Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634699)
Контекстум
.

Физика. Квантовая физика (200,00 руб.)

0   0
Первый авторТюрин Ю. И.
АвторыЧернов И. П., Крючков Ю. Ю., Томский политехн. ун-т
ИздательствоИзд-во ТПУ
Страниц320
ID260519
АннотацияУчебник посвящен физике квантовых процессов, содержит многочисленные примеры, упражнения и задачи. Основное внимание уделено раскрытию физического смысла квантовой оптики, квантово-механическому описанию свойств атомов, современным представлениям физики конденсированного состояния. Классический по построению и содержанию курс имеет целью выработать у студентов практические навыки использования фундаментальных физических закономерностей для решения профессиональных задач. Учебник разработан в рамках реализации Инновационной образовательной программы ТПУ по направлению «Технологии водородной энергетики, энергосбережение и возобновляемые источники энергии».
Кем рекомендованоНаучно-методическим Советом по физике Министерства образования и науки Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по техническим направлениям подготовки и специальностям
Кому рекомендованоПредназначен для преподавателей, студентов, бакалавров, магистров, обучающихся в технических университетах.
ISBN5-98298-457-4--
УДК530.145.6(075.8)
ББК22.31я73
Тюрин, Ю. И. Физика. Квантовая физика : учебник / И. П. Чернов, Ю. Ю. Крючков; Томский политехн. ун-т; Ю. И. Тюрин .— Томск : Изд-во ТПУ, 2009 .— 320 с. : ил. — ISBN 5-98298-457-4-- .— URL: https://rucont.ru/efd/260519 (дата обращения: 24.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

КОРПУСКУЛЯРНЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА И ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА . <...> Свет ведет себя подобно потоку частиц (корпускул), однако одновременно ему присущи и волновые свойства, которые проявляются, в частности, в явлениях дифракции и интерферен 8 ции. <...> Следовательно, несовместимые с точки зрения классической физи ки волновые и корпускулярные свойства в равной мере присущи свету. <...> В 1925 г. Паули сформулиро вал также, так называемый, принцип запрета, согласно которому в од ном квантовом состоянии не может находиться больше одного электро на (принцип Паули). <...> Первая ступень иерархической структуры вещества – фунда ментальные частицы: b ~ , t ~ , е+ , +, + u Название Электрический заряд в единицах |e| uкварк +2/3 d dкварк –1/3 d электрон –1 Вторая ступень иерархической структуры вещества – части цы, состоящие из кварков, в частности нуклоны: 11 У каждого заряженного фермиона есть своя античастица: u ~ , d ~ , s ~ , c ~ , μ τ u u d Название Электрический заряд в единицах |e| u d d p = uud – протон n = udd – нейтрон +1 0 Третья ступень иерархической структуры вещества – ядра – состоят из нуклонов: нейтронов и протонов. <...> Ион ки слорода 16О2–  Пятая ступень иерархической структуры вещества – молекулы. <...> Пример: молекула воды H2 Шестая ступень иерархической структуры вещества – газы. <...> 2Не0 Раздел квантовой физики Квантовая хромодинамика Физика элементарных частиц Квантовая механика, кванто вая электродинамика Квантовая физика атома, кван товая оптика и электроника Квантовая механика, кванто вая теория многих тел Квантовая химия Квантовые жидкости, кванто вая физика твердого тела Релятивистская астрофизика 14 2. <...> Классическая и квантовая физика Физические явления и описывающие их законы принято разде лять на классические и квантовые. <...> Корпускулярноволновой дуализм света В конце XIX столетия казалось, что ответ на вопрос о природе све та найден и доказан экспериментально: свет есть распространяющиеся в пространстве электромагнитные <...>
Физика._Квантовая_физика.pdf
Стр.2
Стр.3
Стр.4
Стр.5
Физика._Квантовая_физика.pdf
УДК 530.145.6(075.8) ББК 22.31я73 Т98 Тюрин Ю.И. Физика. Квантовая физика: учебник / Ю.И. Тюрин, Т98 И.П. Чернов, Ю.Ю. Крючков; Томский политехнический уни верситет. – Томск: Издво Томского политехнического универси тета, 2009. – 320 с. ISBN 5982984574 Учебник посвящен физике квантовых процессов, содержит многочислен ные примеры, упражнения и задачи. Основное внимание уделено раскрытию физического смысла квантовой оптики, квантовомеханическому описанию свойств атомов, современным представлениям физики конденсированного со стояния. Классический по построению и содержанию курс имеет целью вырабо тать у студентов практические навыки использования фундаментальных физи ческих закономерностей для решения профессиональных задач. Учебник разработан в рамках реализации Инновационной образователь ной программы ТПУ по направлению «Технологии водородной энергетики, энергосбережение и возобновляемые источники энергии» и предназначен для преподавателей, студентов, бакалавров, магистров, обучающихся в технических университетах. УДК 530.145.6(075.8) ББК 22.31я73 Рецензенты Доктор физикоматематических наук, профессор ТГПУ В.И. Шишковский Доктор физикоматематических наук, профессор, зав. кафедрой прикладной и теоретической физики НГТУ В.Г. Дубровский Академик РАН главный научный сотрудник Института теплофизики СО РАН В.Е. Накоряков ISBN 5982984574 © ГОУ ВПО «Томский политехнический университет», 2009 © Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Крючков Ю.Ю., 2009 © Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2009
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 1. РАЗВИТИЕ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 2. КОРПУСКУЛЯРНЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА И ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.1. Классическая и квантовая физика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.2. Корпускулярноволновой дуализм света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 2.3. Тепловое излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 2.4. Классическая теория теплового излучения. Ультрафиолетовая катастрофа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 2.5. Гипотеза о квантах. Формула Планка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 2.6. Тепловое излучение Вселенной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38 2.7. Фотоэффект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42 2.8. Эффект Комптона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46 2.9. Корпускулярноволновой дуализм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 2.10. Волновая функция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54 2.11. Дифракция электронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59 2.12. Опыты с нейтронами и пучками частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69 Основные выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 Упражнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75 Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76 3. КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78 3.1. Волновые пакеты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78 3.2. Соотношение неопределенностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82 3.3. Скорость волновых пакетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93 3.4. Расплывание волнового пакета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94 3.5. Частица в ящике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97 3.6. Уравнение Шрёдингера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103 3.7. Граничные условия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109 3.7.1. Потенциальная яма конечной глубины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109 3.7.2. Потенциальный барьер (туннельный эффект) . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 3.8. Гармонический осциллятор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120 3.9. Оптика и квантовые свойства света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123 3.9.1. Законы геометрической оптики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126 3.9.2. Регистрация фотонов (эффект Ханбэри–Брауна–Твисса) . . . . .133 3.9.3. Дифракция света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 3.10. Квантовый компьютер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137 3
Стр.3
Основные выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151 Упражнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152 Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153 4. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА АТОМА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155 4.1. Приближённая теория атома водорода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155 4.2. Уравнение Шрёдингера в трёх измерениях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157 4.3. Cтрогая теория атома водорода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160 4.4. Орбитальный момент импульса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163 4.4.1. Проекция момента количества движения . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163 4.4.2. Квадрат момента количества движения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165 4.4.3. Нормировка волновых функций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169 4.4.4. Среднее значение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170 4.5. Испускание фотонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171 4.5.1. Спонтанное излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171 4.5.2. Спектр атома водорода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .172 4.5.3. Поглощение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174 4.6. Вынужденное излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174 4.7. Лазер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180 4.8. Модель атома Бора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186 4.9. Стабильность орбит . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191 Основные выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192 Упражнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193 Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195 5. АТОМНАЯ ФИЗИКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197 5.1. Принцип запрета Паули . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197 5.2. Многоэлектронные атомы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198 5.3. Периодическая система элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203 5.4. Рентгеновское излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208 5.5. Связь в молекулах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209 5.6. Гибридизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212 Основные выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .215 Упражнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .216 Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .216 6. КОНДЕНСИРОВАННЫЕ СРЕДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .218 6.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .218 6.2. Типы связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .219 6.3. Теория свободных электронов в металлах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222 6.4. Зонная теория твёрдых тел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226 6.5. Физика полупроводников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .231 6.6. Сверхтекучесть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244 6.7. Квантовые полупроводниковые структуры в электронике . . . . . . . . .246 6.8. Лазеры на квантовых ямах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253 6.9. Электронная эмиссия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256 6.9.1. Автоэлектронная эмиссия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .257 6.10. Лазерная запись информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .261 4
Стр.4
6.10.1. Цифровая запись информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262 6.10.2. Принцип записи и хранения информации на CD . . . . . . . . . . .262 6.10.3. Формирование записывающего лазерного излучения . . . . . . . .265 6.10.4. Среды для записи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .265 6.10.5. Плотность записи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .267 6.10.6. Устройство считывающей головки CDпривода . . . . . . . . . . . . .269 6.10.7. Однослойные DVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .271 6.10.8. FMDдиски . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272 6.10.9. Способы лазерной записи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .273 6.11. Современные оптические системы отображения информации . . . .276 6.11.1. Принцип действия мультимедийных проекторов . . . . . . . . . . . .276 6.11.2. Принципы работы цифровых печатающих устройств . . . . . . . .285 6.12. Наноматериалы и нанотехнологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .288 Основные выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .316 Упражнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .317 Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .318 5
Стр.5