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