Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępnościMenu skrótów klawiszowych
Logo OpenStax

Spis treści
  1. Przedmowa
  2. Optyka
    1. 1 Natura światła
      1. Wstęp
      2. 1.1 Rozchodzenie się światła
      3. 1.2 Prawo odbicia
      4. 1.3 Załamanie
      5. 1.4 Całkowite wewnętrzne odbicie
      6. 1.5 Rozszczepienie
      7. 1.6 Zasada Huygensa
      8. 1.7 Polaryzacja
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    2. 2 Optyka geometryczna i tworzenie obrazu
      1. Wstęp
      2. 2.1 Obrazy tworzone przez zwierciadła płaskie
      3. 2.2 Zwierciadła sferyczne
      4. 2.3 Obrazy tworzone przez załamanie promieni światła
      5. 2.4 Cienkie soczewki
      6. 2.5 Oko
      7. 2.6 Aparat fotograficzny
      8. 2.7 Proste przyrządy powiększające
      9. 2.8 Mikroskopy i teleskopy
      10. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    3. 3 Interferencja
      1. Wstęp
      2. 3.1 Doświadczenie Younga z dwiema szczelinami
      3. 3.2 Matematyczny opis interferencji
      4. 3.3 Interferencja na wielu szczelinach
      5. 3.4 Interferencja w cienkich warstwach
      6. 3.5 Interferometr Michelsona
      7. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 4 Dyfrakcja
      1. Wstęp
      2. 4.1 Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie
      3. 4.2 Natężenie światła w dyfrakcji na pojedynczej szczelinie
      4. 4.3 Dyfrakcja na podwójnej szczelinie
      5. 4.4 Siatki dyfrakcyjne
      6. 4.5 Otwory kołowe i rozdzielczość
      7. 4.6 Dyfrakcja rentgenowska
      8. 4.7 Holografia
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  3. Fizyka współczesna
    1. 5 Teoria względności
      1. Wstęp
      2. 5.1 Niezmienność praw fizyki
      3. 5.2 Względność jednoczesności zdarzeń
      4. 5.3 Dylatacja czasu
      5. 5.4 Skrócenie długości w szczególnej teorii względności
      6. 5.5 Transformacja Lorentza
      7. 5.6 Względność prędkości w szczególnej teorii względności
      8. 5.7 Relatywistyczny efekt Dopplera
      9. 5.8 Pęd relatywistyczny
      10. 5.9 Energia relatywistyczna
      11. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    2. 6 Fotony i fale materii
      1. Wstęp
      2. 6.1 Promieniowanie ciała doskonale czarnego
      3. 6.2 Efekt fotoelektryczny
      4. 6.3 Efekt Comptona
      5. 6.4 Model atomu wodoru Bohra
      6. 6.5 Fale de Broglie’a
      7. 6.6 Dualizm korpuskularno-falowy
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    3. 7 Mechanika kwantowa
      1. Wstęp
      2. 7.1 Funkcje falowe
      3. 7.2 Zasada nieoznaczoności Heisenberga
      4. 7.3 Równanie Schrӧdingera
      5. 7.4 Cząstka kwantowa w pudełku
      6. 7.5 Kwantowy oscylator harmoniczny
      7. 7.6 Tunelowanie cząstek przez bariery potencjału
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 8 Budowa atomu
      1. Wstęp
      2. 8.1 Atom wodoru
      3. 8.2 Orbitalny magnetyczny moment dipolowy elektronu
      4. 8.3 Spin elektronu
      5. 8.4 Zakaz Pauliego i układ okresowy pierwiastków
      6. 8.5 Widma atomowe i promieniowanie rentgenowskie
      7. 8.6 Lasery
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    5. 9 Fizyka materii skondensowanej
      1. Wstęp
      2. 9.1 Rodzaje wiązań cząsteczkowych
      3. 9.2 Widma cząsteczkowe
      4. 9.3 Wiązania w ciałach stałych
      5. 9.4 Model elektronów swobodnych w metalach
      6. 9.5 Teoria pasmowa ciał stałych
      7. 9.6 Półprzewodniki i domieszkowanie
      8. 9.7 Przyrządy półprzewodnikowe
      9. 9.8 Nadprzewodnictwo
      10. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    6. 10 Fizyka jądrowa
      1. Wstęp
      2. 10.1 Własności jądra atomowego
      3. 10.2 Energia wiązania jądra
      4. 10.3 Rozpad promieniotwórczy
      5. 10.4 Procesy rozpadu
      6. 10.5 Rozszczepienie jądra atomowego
      7. 10.6 Fuzja jądrowa
      8. 10.7 Skutki biologiczne i zastosowania medyczne promieniowania jądrowego
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    7. 11 Fizyka cząstek elementarnych i kosmologia
      1. Wstęp
      2. 11.1 Wstęp do fizyki cząstek elementarnych
      3. 11.2 Zasady zachowania w fizyce cząstek elementarnych
      4. 11.3 Kwarki
      5. 11.4 Akceleratory i detektory cząstek
      6. 11.5 Model standardowy
      7. 11.6 Wielki Wybuch
      8. 11.7 Ewolucja wczesnego Wszechświata
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  4. A Jednostki
  5. B Przeliczanie jednostek
  6. C Najważniejsze stałe fizyczne
  7. D Dane astronomiczne
  8. E Wzory matematyczne
  9. F Układ okresowy pierwiastków
  10. G Alfabet grecki
  11. Rozwiązania zadań
    1. Rozdział 1
    2. Rozdział 2
    3. Rozdział 3
    4. Rozdział 4
    5. Rozdział 5
    6. Rozdział 6
    7. Rozdział 7
    8. Rozdział 8
    9. Rozdział 9
    10. Rozdział 10
    11. Rozdział 11
  12. Skorowidz nazwisk
  13. Skorowidz rzeczowy
  14. Skorowidz terminów obcojęzycznych

Podsumowanie

  • W mechanice kwantowej stan układu fizycznego jest reprezentowany przez funkcję falową.
  • W interpretacji Borna kwadrat modułu funkcji falowej jest równy gęstości prawdopodobieństwa znalezienia cząstki w konkretnym punkcie przestrzeni, a sama funkcja falowa nie jest nigdy mierzalna, natomiast mierzalne są wartości własne operatorów działających na nią.
  • Funkcja falowa powinna być zazwyczaj znormalizowana, zanim zostanie użyta do dalszych obliczeń.
  • Wartość oczekiwana jest średnią wartością wielkości fizycznej; do jej wyliczenia używa się funkcji falowej i całkowania.
  • Zasada nieoznaczoności Heisenberga mówi, że niemożliwe jest jednoczesne określenie położenia i pędu cząstki z dowolnie dużą dokładnością. Iloczyn niepewności pomiarowych położenia i pędu cząstki jest zawsze równy 2 2 \hbar / 2 lub większy.
  • Ograniczenia narzucone przez tę zasadę nie mają nic wspólnego z jakością aparatury pomiarowej, ale wynikają z falowej natury materii.
  • Niepewność pomiaru energii i czasu pokrywa się z obserwacjami eksperymentalnymi dowodzącymi, że stan kwantowy istniejący tylko przez krótką chwilę nie może mieć zdefiniowanej energii.
  • Równanie Schrӧdingera jest podstawowym równaniem falowym mechaniki kwantowej. Pozwala nam to na dokonywanie przewidywań obserwabli fizycznych jakie są mierzone w eksperymencie fizycznym.
  • Kiedy cząstka porusza się w potencjale niezależnym od czasu, rozwiązaniem równania Schrӧdingera jest iloczyn niezależnej od czasu funkcji falowej i czynnika zależnego od czasu.
  • Równanie Schrӧdingera może być używane do opisu zjawisk fizycznych zachodzących na poziomie mikroskopowym i makroskopowym. W praktyce stosuje się zazwyczaj do opisu zjawisk w mikrościwecie.
  • Poziomy energetyczne cząstki kwantowej w pudełku określamy przez rozwiązanie niezależnego od czasu równania Schrödingera.
  • W celu rozwiązania niezależnego od czasu równania Schrödingera dla cząstki w pudełku (w nieskończonej studni potencjału) należy znaleźć rozwiązania funkcji falowej dla cząstki swobodnej, a następnie dopasować funkcję falową tak, by zerowała się na ścianach pudełka (nazywamy to zastosowaniem warunków brzegowych do rozwiązań równania Schrödingera).
  • Stany energetyczne cząstki w pudełku są skwantowane i indeksowane przez główne liczby kwantowe, będące liczbami całkowitymi.
  • Interpretacja kwantowa różni się znacząco od interpretacji klasycznej, kiedy cząstka znajduje się w niskoenergetycznym stanie z niską liczbą kwantową, czyli jest bliska stanu podstawowego.
  • W przypadku dużych liczb kwantowych, kiedy cząstka kwantowa znajduje się w bardzo pobudzonym stanie, kwantowy opis cząstki w pudełku zgadza się z opisem klasycznym w myśl zasady korespondencji Bohra.
  • Kwantowy oscylator harmoniczny jest modelem zbudowanym na zasadzie podobieństwa do klasycznego oscylatora harmonicznego (stosujemy ten sam hamiltonian, ale wprowadzamy dla położenia i pędu operatory). Pozwala on na modelowanie zachowania wielu procesów fizycznych zachodzących w mikroświecie, takich jak wibracje molekularne.
  • Dozwolone energie (spektrum energii) kwantowych oscylatorów są dyskretne i równomiernie rozłożone (kolejne poziomy energetyczne są oddalone o tę samą wartość). Odległość pomiędzy kolejnymi poziomami energetycznymi jest stała i równa ω ω \hbar \omega , czyli wartości stałej Plancka pomnożonej przez ω ω \omega (gdzie ω = k m ω = k m \omega = \sqrt{k/m} , a k k \omega to stała sprężystości).
  • Wartość energii stanu podstawowego jest większa od zera. Oznacza to, że w przeciwieństwie do oscylatora klasycznego kwantowy oscylator harmoniczny nigdy nie znajduje się w stanie spoczynku. Nawet na dnie studni potencjału cząstka (np. atom czy elektron) poddana jest fluktuacjom kwantowym. Spektakularnym tego przykładem jest ciekły hel, który nie osiąga fazy stałej (występuje ona jedynie w warunkach wysokiego ciśnienia).
  • Stany stacjonarne to stany o niezależnej w czasie energii. Ich przykładami są rozwiązania niezależnego w czasie równania Schrödingera.
  • W mechanice kwantowej stacjonarne stany kwantowe posiadające niezerową gęstość prawdopodobieństwa występują również w obszarach poza klasycznymi punktami zwrotnymi (punktami, w których klasyczna cząstka odbija się od bariery potencjału, gdy E V E V E \leq V ).
  • Gdy kwantowy oscylator harmoniczny znajduje się w stanie podstawowym, można go znaleźć z największym prawdopodobieństwem w obszarze minimum energetycznego studni kwantowej. Jest to obszar o najmniejszym prawdopodobieństwie dla oscylatora klasycznego.
  • Dla wysokich liczb kwantowych ruch cząstek kwantowych zaczyna się upodabniać do ruchu oscylatorów klasycznych, co zgadza się z zasadą korespondencji Bohra (opis kwantowy odtwarza opis klasyczny na poziomie pewnych energii i dla pewnych rozmiarów geometrycznych, wykraczających poza rozmiary typowe dla mikroświata).
  • Cząstka kwantowa znajdująca się po jednej stronie bariery potencjału o skończonej szerokości i wysokości może przeniknąć przez barierę i pojawić się po drugiej stronie. To zjawisko nazywane jest „tunelowaniem kwantowym”. Nie posiada ono odpowiednika w fizyce klasycznej.
  • Aby obliczyć prawdopodobieństwo tunelowania kwantowego, należy założyć znajomość wartości energii padającej cząstki i rozwiązać stacjonarne równanie Schrödingera w celu określenia funkcji falowej wewnątrz bariery i poza nią. Prawdopodobieństwo przetunelowania jest równe stosunkowi kwadratów amplitudy za barierą i amplitudy funkcji falowej przed barierą.
  • Prawdopodobieństwo przetunelowania zależy od energii padającej cząstki w stosunku do wysokości i szerokości bariery potencjału. Zależy od szerokości w sposób nieliniowy (wykładniczy) tak, że nawet małe jej zmiany powodują znacznie większą zmianę w prawdopodobieństwie transmisji.
  • Zjawisko tunelowania kwantowego rządzi rozpadem radioaktywnym. Wykorzystywane jest też w wielu współczesnych technologiach, takich jak skaningowy mikroskop tunelowy i nanoelektronika. SMT pozwala na obrazowanie pojedynczych atomów na powierzchniach metalicznych. Urządzenia wykorzystujące tunelowanie elektronów zrewolucjonizowały elektronikę i pozwalają na budowanie szybkich urządzeń elektronicznych o małych rozmiarach.
Cytowanie i udostępnianie

Ten podręcznik nie może być wykorzystywany do trenowania sztucznej inteligencji ani do przetwarzania przez systemy sztucznej inteligencji bez zgody OpenStax lub OpenStax Poland.

Chcesz zacytować, udostępnić albo zmodyfikować treść tej książki? Została ona wydana na licencji Uznanie autorstwa (CC BY) , która wymaga od Ciebie uznania autorstwa OpenStax.

Cytowanie i udostępnienia
  • Jeśli rozpowszechniasz tę książkę w formie drukowanej, umieść na każdej jej kartce informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-3/pages/1-wstep
  • Jeśli rozpowszechniasz całą książkę lub jej fragment w formacie cyfrowym, na każdym widoku strony umieść informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-3/pages/1-wstep
Cytowanie

© 21 wrz 2022 OpenStax. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Uznanie autorstwa (CC BY) . Nazwa OpenStax, logo OpenStax, okładki OpenStax, nazwa OpenStax CNX oraz OpenStax CNX logo nie podlegają licencji Creative Commons i wykorzystanie ich jest dozwolone wyłącznie na mocy uprzedniego pisemnego upoważnienia przez Rice University.