Spis tre ci

________________________________________________________________________

3

SPIS TRE CI

I. ELEMENTY TEORII KINETYCZNEJ GAZÓW …………………………….

7

I.1. Model gazu. Makroskopowa i mikroskopowa definicja gazu doskonałego ….

7

I.2. Do wiadczalne stwierdzenie rozkładu pr dko ci cz steczek gazu ……………....

8

I.3. Wzór barometryczny ……………………………………………….…………….

9

I.4. Rozkład pr dko ci cz steczek gazu. Funkcja rozkładu Maxwella ……………… 11

I.5. Stopnie swobody cz steczek i zasada rozdziału energii ………………………… 16

I.6. Zawiesina. Ruchy Browna ………………………………………………………. 19

I.7. rednia droga swobodna ………………………………………………………… 20

I.8. Podstawy teorii transportu. Transport p du, energii i cz steczek (masy) ………. 21

I.9. Przepływ gazu …………………………………………………………………… 24

I.9.1. Nat enie przepływu gazu ………………………………...…………….. 26

I.9.2. Szybko pompowania. Szybko zmian ci nienia (przy stałej obj to ci)

26

I.9.3. Przewodno układu pró niowego ……………………………………….. 28

I.9.4. Dyfuzja gazów silnie rozrzedzonych przez cian porowat ……………. 28

I.9.5. Rodzaje pomp. Pompa dyfuzyjna ……………………………………...… 31

I.9.6. Zasada działania pompy dyfuzyjnej (olejowej lub rt ciowej) ………...… 32

I.10. Hydrodynamika ………………………………………………………………... 35

I.10.1. Aerodynamika …………………………………………………………... 36

I.10.2. Aerostatyka i hydrostatyka ……………………………………………… 36

I.10.2.1. Prawo Archimedesa ……………………………………...……... 37

I.10.2.2. Prawo Pascala ……………………………………………..……. 38

I.10.3. Hydrodynamika cieczy doskonałej …………………………….............. 38

I.10.3.1. Ciecz doskonała, prawo ci gło ci ……………………………… 38

I.10.3. Prawo Bernoulliego dla cieczy doskonałej …………………………….. 39

I.10.4. Konsekwencje prawa Bernoulliego …………………………….............. 42

I.10.4.1. Paradoks hydrodynamiczny …………………………………….. 42

I.10.4.2. Geometryczna interpretacja równania Bernoulliego dla cieczy

idealnej ………………………….………………………………

42

I.10.4.3. Rurki Pitota ……………………………………………...……… 43

I.10.5. Ciecze rzeczywiste ……………………………………………………... 44

I.10.5.1. Prawo Bernoulliego dla cieczy rzeczywistej …………………... 44

I.10.4. Wykorzystanie praw hydrodynamiki w technice ………………………. 45

II. RUCH FALOWY …………………………………………………………...… 49
II.1. Ruch falowy – wprowadzenie ………………………………………………….. 49

II.1.1. Oscylator harmoniczny jako ródło fali ………………………………… 50

II.1.2. Oscylator harmoniczny tłumiony jako model atomu o rodka

pobudzanego do drga przez fal ………………………………………..

51

II.1.3. Funkcja falowa ………………………………………………………….. 52

II.2. Równanie fali w o rodku spr ystym …………………………………….…….. 53

II.2.1. Równanie ró niczkowe fali …………………………………………….. 53

Sylwester Kania – Wykład z fizyki, cz

1

________________________________________________________________________

4

II.3. Pr dko fazowa i pr dko grupowa. Paczka falowa ………………………… 56

II.3.1. Pr dko grupowa ……………………………………………………….. 58

II.3.2. Zwi zek mi dzy pr dko ci grupow a pr dko ci fazow …………….. 60

II.3.3. Kiedy zachodzi równo pr dko ci fazowej z grupow ? –

O rodek nie wykazuj cy dyspersji ………………………………………

60

II.3.4. Ogólny zapis równania fali ……………………………………………… 61

II.4. Energia fali ……………………………………………………………………... 62

II.4.1. Wektor Umowa-Poyntinga ……………..……..………………………... 64

II.5. Ci nienie fali …………………………………………………….……………… 65

II.6. Tłumienie fali …………………………………………………………………... 68

II.7. Fale na granicy dwóch o rodków ………………………………………………. 71

II.8. ródła d wi ku …………………………………………………………………. 74

II.9. Akustyka wn trz (architektoniczna) ………………………………………..…... 78

II.9.1. Wielko ci charakteryzuj ce pole akustyczne …………………...………. 78

II.9.2. Wielko ci charakteryzuj ce d wi ki ……………………………...…….. 80

II.9.3. Wielko ci wpływaj ce na jako akustyczn pomieszcze ………….….. 82

II.10. Ultrad wi ki i hiperd wi ki …………………………………………………... 84

II.10.1. Wytwarzanie i odbiór ultrad wi ków ……….……………………..…..

85

II.10.1.1. Przetworniki piezoelektryczne i elektrostrykcyjne …………….. 86

II.10.2. Odbiorniki wi zek i sondy ……………………………………………... 89

II.10.3. Własno ci i zastosowania ultrad wi ków ………………………...…… 90

II.11 Infrad wi ki …………………………………………………………………...

91

II.12. Badanie o rodków za pomoc ultrad wi ków – diagnostyka

materiałowa (metoda echa i metoda cienia) …………………………………..

95

II.12.1. Metoda echa ………………………………………………...…………. 95

II.12.2. Metoda cienia (przepuszczenia) ……………………………………..... 96

II.12.3. Metoda rezonansowa ……………………………………………..…… 97

II.13. Wizualizacja wad ………………………………………………………….….. 98

II.14. Ultrad wi kowe metody diagnostyczne (w diagnostyce medycznej) ………... 99

II.15. Ultrad wi kowe metody diagnostyczne w technice ……………………….….. 102
III. OPIS

POLA

ELEKTROMAGNETYCZNEGO

……………………………. 104

III.1. Stacjonarne pole elektryczne …………………………………………….…….. 104

III.1.1 Prawa dla pola elektrycznego …………………………………………... 105

III.1.2 Prawo Gaussa (I prawo Maxwella) …………………………...……….. 107

III.1.3. Wektor polaryzacji ……………………………………………...……... 108

III.2. Pole magnetyczne ……………………………………………………………... 110

III.2.1. Prawo Ampere`a ………………………………………………………... 111

III.2.3. Prawo Gaussa dla pola magnetycznego (II równanie Maxwella) ……... 112

III.3. Pole elektromagnetyczne ………………………………………………….…... 113

III.3.1. Opis pola elektromagnetycznego ………………………………...…….. 113

III.3.2. Indukcja elektromagnetyczna …………………………………………... 114

III.3.2.1. Prawo Faradaya (III równanie Maxwella) ……………..………. 114

III.3.2.2. IV równanie Maxwella ……………………………………...….. 115

III.4. Równania Maxwella dla o rodka z ładunkami – ich sens fizyczny ………….. 116

III.5. Fala elektromagnetyczna jako rozwi zanie równa Maxwella dla pró ni …... 118

Spis tre ci

________________________________________________________________________

5

III.5.1. Równania Maxwella dla pró ni ………………………………..…….... 118

III.5.2. Równanie fali elektromagnetycznej ……………………………..….…. 119

III.5.3. Poj cia przydatne do opisu własno ci fali elektromagnetycznej ……… 121

III.5.4. ródła fal elektromagnetycznych ……………………………………… 125

III.5.4.1. Obwód R, L, C – drgania wymuszone ………………...……… 127

III.5.4.2. Dipol promieniuj cy …………………………….…..…………. 129

III.6. Fale elektromagnetyczne ………………………………………………………. 130

III.6.1. Zjawiska na granicy dwóch o rodków ……………………...…………. 130

III.6.2. Dyspersja wiatła ………………………………………………..

133

III.6.3. Pochłanianie wiatła (absorpcja wiatła) – prawo Bougera-Lamberta ... 135

III.6.4. Oddziaływanie fali elektromagnetycznej z materi ……………...…….. 136

III.6.5. Przechodzenie fali przez cienkie warstwy ……………………………… 137

III.6.5.1. Warstwy przeciwodbiciowe …………………………...……….. 139

III.6.5.2. Pr ki jednakowej grubo ci ……………………………..……... 140

III.6.6. Spektroskopia mikrofalowa ……………………………………………. 141

IV. ZASADY

WZGL DNO CI

I

ELEMENTY

MECHANIKI

RELATYWISTYCZNEJ

…………………………………………..…………..

143

IV.1. Zasada wzgl dno ci Galileusza ………………………………………………. 143

IV.2. Do wiadczalne podstawy szczególnej teorii wzgl dno ci.

Do wiadczenie Michelsona ……………………………………….…………...

144

IV.2.1. Do wiadczenie Michelsona …………………………………………….. 144

IV.3. Transformacja Lorentza-Einsteina ……………………………………………. 148

IV.3.1. Postulaty Einsteina …………………………………………………….. 148

IV.3.2. Stała skalowania transformacji L.-E. Wyprowadzenie wzorów

transformacyjnych dla szczególnej teorii wzgl dno ci …...……………

148

IV.3.2.1. Transformacja Lorentza-Einsteina ……………………...……... 150

IV.3.3. Konsekwencje transformacji L.-E. w mechanice ………………………. 151

IV.3.3.1. Skrócenie długo ci, dylatacja czasu, dodawanie pr dko ci ……... 152

IV.3.3.2. Masa i energia ………………………………………………...... 155

IV.3.3.3. II prawo Newtona i praca w ogólnej teorii wzgl dno ci ………. 157

IV.3.4. Zjawiska potwierdzaj ce teori wzgl dno ci …………………………... 157

IV.3.4.1. Wpływ pola grawitacyjnego na fotony ……………………...…. 157

IV.3.4.2. Odchylanie wiatła przez du mas ………………………….... 158

V. FALOWY

CHARAKTER

MATERII.

ELEMENTY

MECHANIKI

FALOWEJ

161

V.1. Falowe własno ci mikrocz steczek – hipoteza de Broglie’a ………………...... 161

V.1.1 Zjawisko fotoelektryczne ……………………………………………….. 161

V.1.2. Zasada Fermata a teoria de Broglie’a …………………………………... 162

V.2. Do wiadczenie Davissona i Germera …………………………………………... 165

V.3. Zasada nieoznaczono ci Heisenberga (zasada niepewno ci) …………………. 166

V.4. Równanie Schrödingera (podstawowe równanie mechaniki falowej) …………. 169

V.4.1. Równanie Schrödingera niezale ne od czasu …………………………... 169

V.4.2. Równanie Schrödingera zale ne od czasu ……………………………… 170

V.4.3. Własno ci i normalizacja funkcji falowej ………………………...……. 172

V.4.3.1. Normalizacja funkcji falowej ……………………………...……. 172

Sylwester Kania – Wykład z fizyki, cz

1

________________________________________________________________________

6

V.5. Zjawisko tunelowe. Przej cie przez barier potencjału ……………………….. 174

V.5.1. Współczynnik przej cia …………………………………………………. 175

VI. ELEMENTY

FIZYKI

ATOMOWEJ

……………………………...………… 177

VI.1. Atom wodoru. Energia atomu wodoru …………………………………….…... 177

VI.1.1. Warunki kwantowe Sommerfelda ……………………………….…….. 180

VI.2. Atom wodoru w uj ciu mechaniki falowej. Liczby kwantowe. Zakaz Pauliego 181

VI.3. Atom wodoropodobny, sprz enie spin-orbita …………………...…………... 182

VI.3.1. Atom wodoropodobny ……………………………………………...…. 182

VI.3.2. Sprz enie spin-orbita …………...…………………………………...... 186

VI.3.3. Zakaz Pauliego i reguły wyboru …………………………...………….. 190

VI.3.3.1. Reguły wyboru …………………………………………………. 190

VI.4. Poziomy energetyczne elektronu w atomie …………………………………… 191

VI.4.1. Widma optyczne a widma rentgenowskie ……………………………... 194

VI.4.1.1. Widmo promieniowania rentgenowskiego ………..…………… 195

VI.4.2. Pochłanianie i rozpraszanie promieni X …………………...………….. 197

VI.5. Wi zania drobin (cz stek) …………………………………………….……….. 199

VI.5.1. Wi zanie jonowe (heteropolarne) …………………………...………… 199

VI.5.2. Wi zanie kowalencyjne (homeopolarne) ……………………………… 200

VI.6. Spektroskopia molekularna …………………………………………….……… 202
VII. ELEMENTY

FIZYKI

CIAŁA

STAŁEGO

………………………...……….. 204

VII.1. Siły działaj ce mi dzy atomami (cz steczkami) w krysztale. Typy wi za …. 204

VII.2. Model pasmowy ciała stałego …………………..……………………………. 206

VII.2.1. Model elektronów swobodnych ………………………………………. 206

VII.2.2. Kwantowanie z wykorzystaniem periodycznych warunków

brzegowych ………………………………………………………...…

207

VII.2.3. Przybli enie silnego wi zania (energia kinetyczna elektronów

mniejsza ni energia wi zania) ………………………………………...

208

VII.2.3.1. Teoria pasmowa ciał stałych w przybli eniu silnego wi zania .. 208

VII.2.3.2. Poziomy energetyczne elektronu …………………………...… 209

VII.2.4. Przybli enie słabego wi zania, model Kröniga i Penneya …… 210

VII.3. Przewodnictwo elektryczne …………………………………………………... 213

VII.3.1.Przewodniki ………………………………………………………...….. 213

VII.3.1.1. Klasyczna i kwantowa teoria przewodnictwa metali ………...... 214

VII.3.2. Półprzewodniki ………………………………………………………... 218

VII.3.2.1. Półprzewodniki domieszkowe (typu n i p) ……...…….. 221

VII.3.3. Izolatory ……………………………………………………………….. 223

VII.4. Praca wyj cia i napi cie kontaktowe …………………………………………. 224

VII.4.1. Praca wyj cia ………………………………………………………..... 224

VII.4.2. Napi cie kontaktowe ………………………………………………….. 225

VII.4.2.1. Zł cze metal – metal (zł cze elektronowo-elektronowe) …….. 225

LITERATURA

……………………………………………………………………...

227