Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Fizyka kwantowa i statystyczna
Koordynator przedmiotu:
Robert KOSIŃSKI
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Informatyka
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne
Kod przedmiotu:
FKS
Semestr nominalny:
3 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
udział w wykładach: 30 godz.; udział w konsultacjach do wykładu: 2 godz.; przygotowanie do kolokwiów: 6 godz.; przygotowanie do kolokwium poprawkowego: 3 godz.; kolokwium poprawkowe: 2 godz.; udział w laboratoriach: 5 x 3 godz.= 15 godz.; zapoznanie się z literaturą dotyczącą rachunku niepewności, zasad wykonywania pomiarów i zasad bezpieczeństwa: 3 godz.; przygotowanie do zajęć laboratoryjnych: 5 godz.; opracowanie wyników pomiarów laboratoryjnych, sporządzenie sprawozdania: 15 godz.; konsultacje do zajęć laboratoryjnych: 2 godz. Łączny nakład pracy studenta wynosi 83 godz.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
30+2+2+15+2 = 51 godz., co odpowiada 2.1 ECTS.
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
2+6+3+2+15+3+5+15+2 = 53 godz., co odpowiada 2.2 ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium15h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Fizyka ogólna
Limit liczby studentów:
Cel przedmiotu:
Zapoznanie studenta z podstawami doświadczalnymi i teoretycznymi mechaniki kwantowej i fizyki statystycznej, niezbędnymi do zrozumienie podstaw działania elementów elektronicznych, wykorzystywanych we współczesnej elektronice i informatyce.
Treści kształcenia:
Wykład Powstanie mechaniki kwantowej i jej podstawy matematyczne. Równanie Schroedingera i jego rozwiązania dla prostych potencjałów jednowymiarowych - porównanie z doświadczeniem i wybrane układy niskowymiarowe; interpretacja otrzymanych rozwiązań i porównanie opisu klasycznego i kwantowego. Efekt tunelowy i działanie mikroskopu tunelowego. Model atomu wodoru – interpretacja funkcji falowych i wartości własnych energii. Liczby kwantowe i zasada Pauliego a układ okresowy pierwiastków – obraz atomu we współczesnej fizyce. Momenty magnetyczne w atomie. Struktura pasmowa kryształu – dielektryki, półprzewodniki i metale. Opis działania najprostszego elementu spintronicznego Opis statystyczny układu fizycznego (aparat matematyczny, dokładność opisu, fluktuacje). Zespół statystyczny, pojęcie entropii i temperatury statystycznej. Rozkłady mikrokanoniczny, kanoniczny i wielki kanoniczny i przykłady układów fizycznych do których mogą być stosowane. Obliczanie średnich wartości wielkości fizycznych. Opis gazu doskonałego w mechanice statystycznej. Zastosowania fizyki statystycznej w fizyce ciała stałego: układ dwupoziomowy i akcja laserowa, ciepło właściwe elektronów przewodnictwa, namagnesowanie prostego ferromagnetyka Laboratorium Przykładowe tematy ćwiczeń laboratoryjnych: Badanie widma emisyjnego atomu wodoru Pomiar długości fal elektromagnetycznych metodami interferencyjnymi Badanie odbicia światła od powierzchni dielektryków Badanie efektu Halla Badanie zjawiska termoemisji w metalach
Metody oceny:
Wykład: 2 kolokwia w semestrze Laboratorium: Kolokwium wstępne przed zajęciami laboratoryjnymi, sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego
Egzamin:
nie
Literatura:
1. R.Kosiński „Wprowadzenie do mechaniki kwantowej i fizyki statystycznej”, Ofic. Wyd. PW, 2006 2. J. J. Orear, „Fizyka I i II”, PWN, Warszawa, 2000 3. K.Jezierski, B. Kołodka, K. Sierański, „Fizyka – zadania z rozwiązaniami cz.II, Wrocław, 1999.
Witryna www przedmiotu:
https://usosweb.usos.pw.edu.pl/kontroler.php?_action=katalog2/przedmioty/pokazPrzedmiot&prz_kod=103A-INxxx-ISP-FKS
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka FKS_W01
Ma podstawową, uporządkowaną wiedzę zakresie podstaw teoretycznych i doświadczalnych mechaniki kwantowej w ujęciu Schroedingera i fizyki statystycznej i ich możliwych zastosowań w elektronice, telekomunikacji i informatyce.
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W02
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka FKS_W02
Zna rozwiązania równania Schroedingera dla prostych układów, w tym modelu atomu jednoelektronowego, pojęcie równania własnego i interpretację jego rozwiązań, mechanizm powstawania struktury pasmowej w krysztale, podział kryształów na dielektryki, półprzewodniki i metale, ma podstawową wiedzę z zakresu właściwości magnetycznych atomu.
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W02
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka FKS_W03
Ma podstawową, uporządkowaną wiedzę w zakresie opisu statystycznego układów wielu cząstek, zna pojęcie zespołu statystycznego i rozkładów statystycznych oraz ogólne zasady ich stosowania
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W02
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka FKS_W04
Ma podstawową wiedzę z zakresu zastosowania mechaniki statystycznej do opisu gazu doskonałego oraz wybranych właściwości ciał stałych, w tym przewodnictwa elektrycznego kryształu, właściwości magnetycznych układu momentów spinowych, akcji laserowej, zna podstawy konstrukcji elektronicznych elementów spintronicznych.
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W02
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka FKS_U01
Potrafi zapisać równanie Schroedingera, rozwiązać je dla najprostszych układów fizycznych i przedstawić interpretację rozwiązań.
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U02, K_U03
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o
Charakterystyka FKS_U02
Potrafi zapisać wyrażenia matematyczne do obliczania średnich różnych wielkości fizycznych w układach statystycznych i w najprostszych przypadkach obliczyć je oraz zinterpretować.
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U02, K_U03
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o
Charakterystyka FKS_U03
Potrafi korzystać przy rozwiązywaniu zagadnień z zakresu wymaganej wiedzy fizycznej z odpowiednich narzędzi matematycznych, w tym matematyki wyższej.
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U02, K_U03
Powiązane charakterystyki obszarowe: III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o, I.P6S_UW
Charakterystyka FKS_U04
Potrafi przeprowadzić prosty eksperyment fizyczny, w którym ujawniają się zjawiska o charakterze kwantowym
Weryfikacja: Kolokwium wstępne przed zajęciami laboratoryjnymi, sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U02, K_U04
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o
Charakterystyka FKS_U05
Potrafi pracować indywidualnie i w zespole
Weryfikacja: Kolokwium, sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_UK03, K_UK04
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UO