Optyka atomowa i czasteczkowa
Transkrypt
Optyka atomowa i czasteczkowa
Kod przedmiotu 13.2-08-23-B/07 LICZBA PUNKTÓW ECTS Nazwa przedmiotu OPTYKA ATOMOWA I CZĄSTECZKOWA Jednostka prowadząca Instytut Fizyki Kierunek studiów Fizyka, studia stacjonarne II stopnia, specjalność nauczycielska Rok, semestr, formy zajęć i liczba godzin Kierownik i realizatorzy Przedmioty wprowadzające i wymagania wstępne Ramowy program przedmiotu Formy zajęć Rok Semestr wykład II III 15 Konwersatorium laboratorium ćwiczenia 30 2 Punkty ECTS 2 wykład - dr M. Makowska-Janusik konwersatorium – dr A. Migalska-Zalas Znajomość podstaw optyki klasycznej, mechaniki teoretycznej i kwantowej Wykład: 1. Definicja i historia rozwoju spektroskopii 2. Podstawowe pojęcia teorii fal elektromagnetycznych: natura promieniowania elektromagnetycznego, równania Maxwella w postaci róŜniczkowej, dualizm korpuskularno-falowy, widmo fal elektromagnetycznych 3. Kwantowanie energii, atomy jedno i wieloelektronowe, sprzęŜenie momentów pędów, formy energii molekuł, obsadzenie poziomów energetycznych, rozkład Maxwella-Boltzmana, 4. Oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią, współczynniki Einsteina, prawdopodobieństwo absorpcji i emisji promieniowania elektromagnetyczne, moment przejścia, reguły wyboru, prawa rządzące absorpcją 5. Parametry pasma spektralnego; czynniki determinujące kształt, intensywność i szerokość pasma absorpcyjnego 6. Teoria grup, rodzaje symetrii molekuł, transformacja Fouriera i jej zastosowanie w optyce 7. Cząsteczki w polu elektrycznym i magnetycznym: atom w polu elektrycznym, zjawisko Starka, polaryzacja elektryczna i jej anizotropowość, polaryzowalność i hiperpolaryzowalność, cząsteczki polarne i niepolarne, polaryzacja dielektryka, modele pola lokalnego, związek między wielkościami dielektrycznymi i optycznymi, rozszczepienie poziomów energetycznych w polu magnetycznym, zjawisko Zeemana, zjawisko Pashena-Backa, 8. Spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni: widmo rotacyjne - model rotatora sztywnego, liczba kwantowa rotacji, rozkład obsadzeń poziomów rotacyjnych, widmo rotacyjne a struktura molekuł, widmo oscylacyjne - model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego, energia oscylacji molekuł, obliczanie stałych siłowych i częstości drgań metodą Wilsona, struktura widm absorpcyjnych molekuł dwu- i wieloatomowych, częstości oscylacji a struktura molekuł, przejaw oddziaływań wewnątrz i międzymolekularnych w widmach oscylacyjnych widma rotacyjne, oscylacyjne i rotacyjno – oscylacyjne: drgania normalne, klasyfikacja drgań, degeneracja drgań, zastosowanie teorii grup w określaniu reguł wyboru, aparatura do rejestracji widm absorpcyjnych w podczerwieni, zastosowanie spektroskopii w podczerwieni do określenia struktury molekuł, wyznaczenie odległości międzyjądrowych w molekułach dwuatomowych na podstawie widma rotacyjnego i oscylacyjno-rotacyjnego 9. Spektroskopia absorpcyjna UV-vis: charakterystyka stanów elektronowych atomów i molekuł, energia stanów elektronowych, reguły wyboru przejść elektronowych, przejścia z przeniesieniem ładunku, przejścia typu d-d, struktura oscylacyjna widm elektronowych, zasada Francka-Condona, przejawy oddziaływań wewnątrz i międzymolekularnych w widmie elektronowym, spektroskopia pierwiastków alkalicznych, efekt relatywistyczny, zastosowanie spektroskopii elektronowej, metodyka spektroskopii obszaru widzialnego i nadfioletu, aparatura do rejestracji widm elektronowych, fluorescencja, fosforescencja 10. Rozpraszanie promieniowania elektromagnetycznego: widmo Ramana, przejścia stokesowskie i antystokesowskie; prawdopodobieństwo rozpraszania ramanowskiego i reguły wyboru 11. Zjawiska optyki nieliniowej: fenomenologia zjawisk nieliniowo-optycznych; klasyfikacja zjawisk nieliniowo-optycznych; parametryczne zjawiska optyki nieliniowej 12. Spektroskopia laserowa: fizyczne zasady działania laserów; lasery gazowe, półprzewodnikowe i jonowe; zasady generacji akcji laserowej; inwersyjne obsadzenie poziomów; ujemny współczynnik absorpcji; pasywne i aktywne modulatory dobroci laserów, holografia 13. Kondensat Bosego-Einstaina, sieci optyczne. Zagadnienia nowoczesnej optyki i optoelektroniki Konwersatorium: Ćwiczenia rachunkowe obejmują rozwiązywanie zadań związanych tematycznie z zastosowaniami praktycznymi merytorycznych treści wykładów. Forma zaliczenia zajęć Ćwiczenia zaliczane na podstawie ustnych odpowiedzi i pisemnych kolokwiów. Zaliczenie przedmiotu odbywa się na podstawie zdanego egzaminu Wykład, ćwiczenia w rozwiązywaniu zadań i problemów związanych z treściami wykładu Metoda dydaktyczna Literatura podstawowa 1. 2. Z. Kęcki „Podstawy spektroskopii molekularnej”, PWN Warszawa 1992 „Fizyka Chemiczna – dynamika molekuł na tle róŜnych metod badawczych” pod red. J. Janik, PWN Warszawa 1989 P. W. Atkins, „Chemia fizyczna” PWN Warszawa 2001 H. Haken, H.C. Wolf, „Atomy i kwanty” PWN Warszawa 1997 H. Haken, H.C. Wolf, „Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej”, PWN Warszawa 1998 J. Sadlej, „Spektroskopia molekularna” Wydawnictwo Nukowo-Techniczne, Warszawa 2002 P. W. Atkins, „Chemia fizyczna, zbiór zadań z rozwiązaniami”, PWN Warszawa 2001 3. 4. 5. 6. 7. Literatura uzupełniająca 1. 2. 3. 4. 5. B. Ziętek „Lasery” Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń 2008 H. Günther, „Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego”, PWN Warszawa 1983 J. Stankowski, W. Hilczer, „Wstęp do spektroskopii rezonansów magnetycznych” PWN Warszawa 2005 W. Zieliński, A. Rajcy, „Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych” Wydawnictwo Nukowo-Techniczne, Warszawa 2000 A. Bartecki „Spektroskopia elektronowa związków nieorganicznych i kompleksowych” PWN Warszawa 1971