Válogatott fejezetek a fizikából II.

Tartalom

5. Kvantumelmélet (Biró Gábor)........................................3
Bevezetés ..........................................5
5.1 A klasszikus fizika érvényességének korlátai ........... 7
5.11 Fényelektromos jelenség.................7
5.12 Röntgensugárzás..................................11
5.13 Comtpon effektus .........................14
5.14 Párképződés és szétsugárzás....................................20
5.15 Az anyagbullám hipotézis...............23
5.16 Részecske-diffrakció....................... 26
5.17 A színképelemzés eredményei ............................29
5.18 A Bohr-féle atomelmélet ...........................33
5.19 További kvantumos jelenségek.....................38
5.2 Kvantummechanika. .....................41
5.21 A kvantummechanika kialakulásának történelmi körülményei.........................41
5.22 A hullám-korpuszkula ellentmondás összeegyeztetése.................43
5.221 A y hullámfüggvény statisztikus értelmezése ... 43
5.222 A határozatlansági összefüggések........................45
5.223 Példák a határozatlansági összefüggésekre..........50
5.224 Összefoglalás......................... 53
5.23 A kvantáltság. egységes leírása............................55
5.231 Az operátorok. Sajátértékegyenlet......................55
5.232 A fizikai mennyiségek, mint operátorok. A stacionárius Schrödinger-egyenlet..........61
5.233 Példa a Schrödinger-egyenlet megoldására: a harmonikus oszcillátor ................65
5.24 A kvantáltság és a hullámsajátosság kapcsolata ...... 69
5.241 A hullámegyenlet. A szabad elektron................. 69
5.242 Elektron két fal között . . .................72
5.25 A hidrogén atom.......................75
5.251 Az alapállapot..............................75
5.252 Gerjesztett állapotok ...........................81
5.253 Elfajult állapotok............................................84
5.26 Az atom finomszerkezete........................................88
5.261 Kiegészítés az operátor kalkulus hoz....................88
5.262 Az impulzusnyomaték kvantáltsága....................92
5.263 A Zeeman-effektus........................96
5.264 Mellékkvantumszám. Iránykvantálás..................98
5.265 A spin...................................101
5.266 A spin kvantumszám........................................105
5.267 Két elektron spinnel..........................................110
5.27 Szabad részecskék mozgása külső erőtérben................113
5.271 Az időtől függő Schrödinger -egyenlet..................114
5.272 Szabad részecske áthaladása potenciál lépcsőn ...................116
5.273 Az alagút jelenség ...................120
5.274 Mozgás periódikus potenciál térben...................123
5.28 A hélium atom. Az atomfizikai többtest-probléma .... 125
5.281 Két-elektron Schrödinger egyenlete..................125
5.282 A részecskék azonossága................................128
5.283 A Pauli-féle kizárási elv.... ..................130
5.284 Perturbáció-számitás......................................135
5.285 A kicserélődési energia......................137
5.286 Az ortogonalitás............................................139
5.287 A hélium atom energia-szintjei........................141
5.29 A kémia atomfizikai megalapozása...............143
5.291 A hidrogén molekula......................................143
5.292 A kémia kötés....................... . 145
5.293 Az elemek periódusos rendszere......................147
5.3 A kvantum-elektrodinamika, a kvantum-térelmélet alapgondolata.................156
6. Magfizika. Elemi részek (Tóth András) ............... 159
6.1 A magfizika kialakulása és fejlődésének utja........................161
6.11 Az atommag összetétele . .......................................163
6.12 A magkutatás feladata és jelenlegi helyzete................166
6.2 Az atommag jellemző adatai .................168
6.21 Az atommag tömege. A kötési energia.............168
6.22 Az atommag kiterjedése ..................172
6.23 A magmomentumok.........................176
6.231 A magspin....................................................176
6.232 A mag mágneses momentuma..........................176
6.233 Elektromos momentumok......................177
6.234 A magmomentumok mérése...... .................180
6.3 A magerők....................................................................182
6.31 A magsürűség és a kötési energia telitési jellege..........183
6.32 A Majorana-potenciál.....................................185
6.33 A deuteron. A proton-neutron potenciál spinfüggése és nem centrális jellege.......................................188
6.331 A proton-neutron potenciál spinfüggése..............189
6.332 A proton-neutron potenciál nem centrális jellege.................. 191
6.34 Nukleon-nukleon ütközések......................................194
6.341 A hatáskeresztmetszet...................194
6.342 A szórásfolyamatok leírása különböző koordinátarendszerekben.................197
6.343 Alacsony energiájú szórás....... ........199
6.344 Nagyenergiájú szórás ........................201
6.345 Összefoglalás..................................205
6.35 A magerők mezonelméletének alapgondolata . ........206
6.4 Magmodellek.......................................211
6.41 A cseppmodell.................................211
6.411 A kötési energia és a cseppmodell ....................212
6.412 Kvantumos effektusok. A féleméleti kötési energiaképlet .................216
6.42 A héjmodell............................ 219
6.43 Az egyesitett modell...................221
6.5 Magsugárzások......................................223
6.51 A gamma-sugárzás....................................................223
6.52 A béta-bomlás................................................225
6.521 A béta-bomlás és a kötési energia képlet..............225
6.522 A béta-bomlás energiaspektruma. A neutrínó .... 226
6.523 A gyenge kölcsönhatás.......................228
6.53 Nehéz magok spontán bomlása: oc-bomlás, hasadás. .................229
6.6 Magreakciók.......................................231
6.61 Alapfogalmak. . . ........................................231
6.62 A Bohr-féle közbenső mag-modell..........................234
6.63 Maghasadás. Láncreakció...........................235
6.64 Magfúzió. Termonukleáris reakciók..........................237
6.7 Elemi részek................................................................240
6.71 Kisérleti módszerek................................................241
6.711 A részecskedetektálás módszerei......................242
6.712 Töltött részecskék gyorsitása..................244
6.72 Az elemi részek tulajdonságai..................................245
6.721 A foton........................................245
6.722 Az elektron és a pozitron. Dirac lyukelmélete .................246
6.723 A proton és a neutron. Antirészek....................249
6.724 A neutrínó és a müon ........................250
6.725 A mezonok.......................................252
6.726 A hiperonok.............. .....................254
6.73 Az elemi részek áttekintése......................................255
6.74 Az elemi részek szerkezete ...........................258
7. A modern fizika néhány ismeretelméleti kérdése (Biró Gábor) .................. 261
7.1 A machizmus ...........................................264
7.2 A koppenhágai iskola...................................266
7.3 A jelenlegi helyzet........................................271
8. Modern anyagvizsgálati eszközök és módszerek....................281
8.1 Szilárdtestfizika és alkalmazásai (Tóth András) ............283
8.11 A szilárd test fogalma és geometriai jellemzése..........283
8.111 A szilárd test meghatározása. .........................284
8.112 Kristálygeometriai alapfogalmak...............285
8.113 A kristályok anizotrópiája .......................288
8.12 Kötéstípusok szilárd testekben..................................290
8.121 A kötés létrejöttének általános feltételei............290
8.122 A taszító kölcsönhatás....................................292
8.123 A vonzó kölcsönhatás......................................294
8.1231 Ionos kötés. Ionkristályok.............294
8.1232 A kovalens vagy atomos-kötés. Atomkristályok ..............................295
8.1233 Van der Waals kötés. Van der Waals kristályok..........................296
8.1234 Fémes kötés. Fémkristályok..................297
8.13 Reális kristályok. Rácshibák..................298
8.131 A kristályok keletkezése. Egykristály és polikristály .................298
8.132 Mozaik struktura . ...............................299
8.133 Szennyezések........................299
8.134 Rácsrezgések ............................................299
8.135 Rácsközi atomok és rácslyukak........................300
8.136 Diszlokációk . ............. . . . .........301
8.14 Szilárd testek képlékeny alakváltozása .. ..............303
8.141 A diszlokációk forrásai . . . ...............304
8.142 A kristályok alakítási keményedése.........305
8.143 A kristályok szilárdsága. A szilárdság növelésének módjai...........306
8.15 A szilárd testek sávelmélete......................308
8.151 Az atomos közelítés......................308
8.1511 ElektromosOés mágneses tér hatása a szabad atom energiaszintjeire...........308
8.1512 Az elektronállapotok változása az atomok közelítésénél . ......................309
8.1513 Az energiasávok kialakulása ......... 312
8.1514 Az energiasávok belső szerkezete.......315
8.152 A közös elektron közelítés .....................316
8.1521 Elektronhullámok a rácsban........... 316
8.1522 Az energia és impulzus kapcsolata. Tiltott energiasávok......................318
8.1523 A közös-elektron közelítés pontosabb tárgyalása . . ................... . 319
8.1524 A sávszerkezet irányfüggése ...............325
8.153 A két modellből levonható következtetések .................326
8.154 Elektron mozgása a kristályban külső tér hatására. Az effektív tömeg................327
8.155 A szilárd testek felosztása a sávelmélet alapján . 330
8.1551 Szigetelők.................. 331
8.1552 Vezetők . .........................332
8.1553 Félvezetők. A "lyuk" fogalma. ......... 332
8.1554 Sávszerkezet és fajlagos ellenállás..........333
8.16 A szilárd testek vezetési tulajdonságai. . . ............334
8.161 A Fermi-Dirac statisztika. . ...........................334
8.1611 A Fermi-Dirac eloszlás........................335
8.1612 Az elektronok energia szerinti eloszlása . 337
8.1613 A Fermi-szint hőmérsékletfüggése..........340
8.162 A fémek elektromos vezetőképessége...............342
8.1621 A fémes vezetés klasszikus elmélete..................... 342
8.1622 A kvantummechanikai tárgyalás alapjai .................345
8.1623 A szupravezetés................348
8.163 Vezetési folyamatok félvezetőkben....................350
8.1631 A szennyezés hatása a félvezetők sávszerkezetére...................350
8.1632 A vezetőképesség hőmérsékletfüggése (kísérleti eredmények).......353
8.1633 A vezetőképességre vonatkozó általános összefüggés............................357
8.1634 A töltéshordozók koncentrációja félvezetőkben .............................358
8.1635 A töltéshordozók mozgékonysága............363
8.1636 A vezetőképesség hőmérsékletfüggése (Elméleti értelmezés)..........365
8.1637 Az ellenállás hőmérsékletfüggés ének gyakorlati felhasználása. A termisztorok.................370
8.1638 Fény hatása a félvezetők vezetőképességére. Fotoellenállások.................372
8.1639 Lumineszcencia........................375
8.164 A töltéshordozók tulajdonságainak kisérleti vizsgálata. A Hall-effektus........379
8.17 Felületi jelenségek..................................384
8.171 Elektronok kilépése szabad térbe. A kilépési munka............. ................385
8.1711 A fémek kilépési munkája. Fotoemisszió. Termikus elektronerasszió ...............385
8 .1712 Kilépési munka félvezetőkben. Fotoemiszszió. Termikus elektronemisszió ....387
8.172 Két fém kontaktusa............. .............390
8.1721 A kontakt potenciálkülönbség kialakulása 390
8.1722 A kontaktus hatása az elektronok mozgására .............................393
8.173 Fém és félvezető kontaktusa...................394
8.1731 A záróréteg ...... . .................394
8.1732 A záróréteg energetikai viszonyai..........397
8.1733 A fém-félvezető kontaktus egyenirányító hatása . . . .................. ....400
8.1734 Fém-félvezető egyenirányitók. ....... 402
8.174 Két félvezető kontaktusa. A p-n átmenet............402
8.1741 A p-n átmenet egyensúlyi állapota ..... 403
8.1742 A p-n átmenet egyenirányító hatása .... 405
8.1743 A p-n átmenet előállítása. Egyenirányitók.................406
8.1744 Fény hatása a p-n átmenetre. Fényelem. Fotodióda.................408
8.175 A tranzisztor működésének alapelve................409
8.18 A kvantumelektronika és a szilárdtestfizika kapcsolata .................413
8.181 A kvantumerősítők és generátorok működésének alapelve......................414
8.182 A kvantumerősítők és generátorok felosztása. A rubinlaser ................417
8.183 A laser alkalmazásai....................................420
8.2 A magsugárzás alkalmazásai (Soltész István)...................422
8.21 Bevezetés.....................................422
8.22 Az izotóp fogalma. Tömegspektográf..........................422
8.23 Sugárzás és anyag kölcsönhatása ......................423
8.231 Alfa sugárzás és anyag kölcsönhatása..................424
8.232 Béta sugárzás és anyag kölcsönhatása ......... 425
8.233 Gamma sugárzás és anyag kölcsönhatása ......... 427
8.234 Neutronsugár és anyag kölcsönhatása. .............429
8.24 Sugárdetektorok . ...................................................430
8.241 Film doziméter.............................430
8.242 Szcintillációs számláló................ . 431
8.243 Ionizációs kamra..........................................432
8.244 Proporcionális számláló..........................433
8.245 Geiger-Müller számláló............... 434
8.246 Félvezető alapanyagú detektorok............437
8.25 A dozimetria alapfogalmai ...................................438
8.26 A radióaktiv anyagok mértékegységei..........................440
8.27 A radióaktiv izotopok alkalmazása............................440
8.271 Indikátor-módszer...................441
8.272 Abszorpció és szóródás felhasználása..............442
8.273 Aktiválási analizis..........................443
8.28 Sugárvédelem............. ........ ..............444
8.281 Engedélyezett maximális dózis szintek........444
8.282 Sugárvédelmi mérőeszközök..........................445
8.283 Védekezés külső sugárzások ellen......... . 447
8.3 Az ultrahangos anyagvizsgálat fizikai alapjai (Soltész István) . 449
8.31 Bevezetés........................ ....... 449
8.32 Hangtani alapfogalmak....................... 449
8.321 A hang fogalma és előállitása. Hangforrások.................449
8.322 A hang energiája . ............. . 455
8.323 A hang erőssége (intenzitása); hangteljesitmény 456
8.324 Hangnyomás, hangellenállás............. 458
8.325 A hang terjedési sebessége.............. 459
8.326 A hang átmenete egyik közegből a másikba .... 461
8.327 A hangtér alakja .........................467
8.328 Hangelnyelés........ . ...................468
8.33 Az ultrahang előállitása.........................468
8.34 Az ultrahangos hibavizsgálat módszerei ........... 469
8.341 Rezonancia-módszer............469
8.342 Impulzus-módszer..................470
8.343 Az átvilágitási módszer................ 470
8.35 Az ultrahangos anyagvizsgálattal kapcsolatos néhány technikai megoldás................471
8.356 Vizsgálófej..............................471
8.357 Ultrahangfrekvenciás feszültség előállítása és felfogása........................472
8.358 Az indikálás technikája . ...............472
8.36 Ultrahangos vizsgálatok a vasútnál ........................474
Befejezés (Biró Gábor)...............................................475

Témakörök