Fizic pentru ingineri II (curs si seminar) - Fizica pentru ingineri I - II, lectii prezentate de Eugen Scarlat la grupele de Inginerie Matematica

si Inginerie Fizica, an I-III -

A/ Electromagnetism si optica

1. Campuri si unde electromagnetice (6 ore).

Caracterizarea campului in vid, in medii aflate in miscare relativa: unificarea interactiilor electrice si magnetice.

Ecuatiile lui Maxwell in medii liniare, omogene si izotrope. Forma integrala si forma locala. Propagarea campului electromagnetic.

Seminar: Unda electromagnetica progresiva: energia si intensitatea undei; timpul de masura si medierea temporala

Modularea si pachetul de unde. Spectrul undelor electromagnetice. Transmisia informatiei pe purtatoare de radiofrecventa. Generarea si detectia undelor electromagnetice.

Seminar: Campul electromagnetic n medii izotrope (dielectrice si conductoare); indicele de refractie.

Comportarea campului electromagnetic in medii dielectrice si in metale. Ghiduri de unda. Cavitati rezonante.

Seminar: Adancimi de patrundere, moduri proprii

Aplicatii: generatoare de microunde; electrostrictiunea si magnetostrictiunea (traductoare electro-mecanice); efectul piezoelectric; meta-materiale in domeniul RF; telemetrie RF; radarul; cartografiere in RF; magnetismul pamantesc.

2. Teoria electromagnetica a luminii si optica (18 ore).

Proprietatile radiatiei electromagnetice (coerenta, polarizarea, monocromaticitatea). Absorbtia luminii.

Reflexia si transmisia undelor electromagnetice (relatiile lui Fresnel). Ghiduri (fibre) optice. Propagarea luminii in cazul limita al opticii geometrice. Aparate optice.

Seminar: coeficientilor de reflexie si transmisie. Reflexia totala (modelul reflexiei totale in fibra optica).

Interferenta luminii. Interferometrie optica.

Seminar: Vzibilitatea franjelor, gradul de coerenta, precizia masuratorilor interferometrice, straturi multiple trece banda, banda interzisa la cristalele fotonice.

Difractia luminii. Difractia pe retele cristaline. Analiza Fourier spatiala in optica difractiva.

Seminar: Rezolutia optica la limita de difractie, tipuri de microscoape

Dispersia luminii. Medii neliniare. Medii anizotrope.

Holografia optica (de faza, de amplitudine, electronica).

Efecte electro-optice si magneto-optice. Modulatoare de lumina.

Optica integrata. Sisteme micro-electro-optice. Retele Bragg pe fibre.

Seminar: Filtre spatiale; frecvente spatiale;

Aplicatii: metrologie optica (masurari interferometrice, detectoare optice, lidarul, aparate si traductoare electro-optice si opto-electro-mecanice); calitatea mediului (spectrul UV, influenta stratului de ozon, efectele biologice ale UV-A,B,C); aplicatii industriale (comutatoare rapide cu comanda optica, panouri de comanda cu zgomot redus, defectoscopie in medii ostile, tehnica pulsurilor hiper-scurte); aplicatii IT (memorii, porti logice, criptare holografica), astrofizica (telescoape cu optica adaptiva).

B/ Fizic cuantic (curs si seminar)

I. Bazele fizicii cuantice

1. Radiatia termic de echilibru

1.1 Modelul corpului negru

1.2 Formula lui Planck

Seminar: Legea de deplasare a lui Wien, formula lui Wien, formula Rayleigh-Jeans, legea Stefan Boltzmann.

2. Structura de nivele energetice a atomilor

2.1 Experimentul Franck-Hertz

2.2 Spectrul hidrogenului. Formula lui Balmer

2.3 Modelul atomic al lui Bohr

Seminar: Calculul nivelelor energetice, a energiei de ionizare, a razelor Bohr si a constantei lui Rydberg.

3. Proprietti corpusculare ale radiatiei. Fotonul

3.1 Efectul fotoelectric.

3.2 Efectul Compton

4. Caracterul statistic al fenomenelor cuantice

4.1 Extensia experimentului efectului fotoelectric

4.2 Experimentul Vavilov-Braumberg

Seminar: Efectul fotoelectric, efectul Compton

5. Proprietti ondulatorii ale particulelor cu mas de repaus nenul

5.1 Experimentul lui Thomson

5.2 Interferenta cu fascicule electronice

6. Ipoteza lui de Broglie. Unificarea conceptelor de radiatie si particul

6.1 Pachetul de unde de Broglie

6.2 Fuctia de und ca amplitudine de probabilitate

6.3 Aplicatii: microscopul electronic

Seminar: Viteza de grup a pachetului de unde, determinarea lungimii de und a electronilor accelerati n cmpuri electrice

7. Relatiile de incertitudine

7.1 Difractia fotonilor

7.2 Principiul lui Heisenberg. Functii de stare n spatiul coordonatelor si functii de stare n spatiul impulsurilor

II Postulatele fizicii cuantice

1. Ecuatia lui Schrdinger nerelativist

1.1 Ecuatia lui Schrdinger pentru particula liber

1.2 Densitatea de curent de probabilitate si Conservarea probabilittii

1.3 Ecuatia lui Schrdinger pentru o particul cu constrngeri

1.4 Ecuatia lui Schrdinger atemporal si cuantizarea strilor cu constrngeri

Seminar: Ec. lui Schrdinger pentru particule cu mas de repaus nul, calculul coeficientilor de reflexie si de transmisie n cazul treptei de potential

2. Operatori si observabile n fizica cuantic

2.1 Msurarea mrimilor fizice n fizica cuantic. Paradoxul Einstein-Podorski-Rosen

2.2 Stri proprii si valori proprii ale operatorilor

2.3 Operatorul energiei si strile stationare

2.4 Compatibilitatea observabilelor si comutarea operatorilor

2.5 Operatorii coordonatelor si ai impulsurilor

2.6 Alti operatori. Principiul de corespondent

Seminar: Calculul valorilor medii si abaterilor medii ptratice ale operatorilor

3. Formalismul fizicii cuantice

3.1 Postulatele fizicii cuantice

3.2 Legi de conservare n fizica cuantic

3.3 Aplicatii: codarea cu cheie cuantic

III Notiuni de fizic atomic

1. Modele cuantice unidimensionale

1.1 Groapa de potential

1.2 Bariera de potential si efectul tunel

1.3 Oscilatorul cuantic

1.4 Aplicatii: dioda tunel si microscopul cu efect tunel

Seminar: Determinarea functiilor proprii, calcularea valorilor proprii ale energiei si a transparentei barierei de potential; limita clasic a domeniului fizicii cuantice

2. Miscarea n cmp central

2.1 Ecuatia lui Schrdinger pentru potential cu simetrie radial

2.2 Valorile proprii si functiile proprii pentru atomii hidrogenoizi

2.3 Spectrul energetic si regulile de selectie

Seminar: Probabilitti maxime de localizare, corespondenta cu modelul Bohr

3. Spinul

3.1 Experimentul Stern-Gerlach

3.2 Interactia spin-orbit

3.3 Efectul Zeeman

3.4 Aplicatii: stri logice si calculatorul cuantic

4. Atomi cu mai multi electroni

5. Miscarea electronilor n metale

Bibliografie

1. I. M. Popescu, Fizic, vol.2, Ed. Did. si Ped., Bucuresti, 1982.

2. Cornelia Motoc, Fizic cuantic, Ed. All, Bucuresti, 2000.

3. I. M. Popescu, Gabriela Cone, G. Stanciu, Probleme rezolvate de fizic, Ed. Did. si Ped.,

Bucuresti, 1993.