Основы современной физики, Корнюшкин Ю.Д., 2005

Основы современной физики, Корнюшкин Ю.Д., 2005.
  Пособие составлено в соответствии с программой по физике для технических ВУЗов. В нем в доступной форме изложены основы квантовой механики, атомной физики, физики твердого тела, физики атомного ядра. Автор, по возможности, стремился изложить основные достижения физики двадцатого века.
В основе пособия лежат лекции, прочитанные автором в течение ряда лет для студентов СПбГУ ИТМО. Главное внимание в пособии уделено обсуждению физического смысла и содержания основных законов природы в области микромира, а также физике твердотельного состояния.
Учебное пособие предназначено, в первую очередь, для студентов младших курсов. Однако оно может быть полезным и студентам старших курсов, а также аспирантам и преподавателям различных специальностей.

Опыт Дэвиссона - Джермера.
Любая гипотеза, как бы она ни была привлекательна и правдоподобна, остается гипотезой до тех пор, пока она не подтвердится опытом. Только прямые опыты, в которых отчетливо проявлялись бы волновые свойства частиц, могли бы подтвердить правильность идеи де Бройля.
В 1922 г. по заказу американской фирмы "Белл-телефон" Клинтон Джозеф Дэвиссон (1881-1958) и его сотрудник Кансмен изучали отражение электронов от поверхности металла и при этом обнаружили какие-то аномалии. В 1925 г. Дэвиссон, находясь в Европе, показал свои графики Максу Борну, Джеймсу Франку (аспиранту Борна) в Геттингене и Дугласу Хартри в Оксфорде.
Все они признали, что аномалии на графиках свидетельствуют о проявлении волновых свойств электронов, т.е. волн де Бройля, хотя и не убедили в этом Дэвиссона. Вскоре после возвращения в Америку в экспериментальной установке Дэвиссона во время работы случилась авария: треснула вакуумная трубка, и нагретый в это время поликристаллический Ni под действием кислорода воздуха окислился. После восстановления установки и прокаливания образца в вакууме исследования совместно с Лестером Альбертом Джермером (1896-1971) были продолжены. Вскоре выяснилось, что спектр отраженных электронов имеет отчетливо выраженные интерференционные максимумы. В результате к концу 1927 г. они убедились в реальности существования волн материи. Но еще в 1925 г. студент М. Борна Вальтер Эльзассер, получив задание разобраться с этим явлением, предположил. что аномалии на графиках Дэвиссона объясняются электронными волнами де Бройля. Он послал в журнал краткую заметку, в которой объяснил результаты опытов Дэвиссона и Кансмана дифракцией волн материи. Однако на эту заметку тогда никто не обратил внимание.
Оглавление
Предисловие
Предисловие автора
ГЛАВА 1. ЗАКОНЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
1.1. В одна де Бройля
1.2. Опыт Дэвиссона - Джермера
1.3. Волновая функция
1.4. Физический смысл волновой функции
1.5. Соотношения неопределенностей
1.6. Уравнение Шредингера
1.7. Электрон в потенциальной яме
1.7.1. Линейный гармонический осциллятор
а) Классический осциллятор
б) Квантовый осциллятор
1.7.2. Движение электрона в потенциальной яме с плоским дном
1.7.3. Движение электрона над потенциальной ямой
1.7.4. Движение электрона над потенциальным барьером
1.7.5 Движение электрона в направлении потенциального барьера конечной толщины
1.7.6. Автоэлектронная эмиссия
ГЛАВА 2. ФИЗИКА АТОМОВ И МОЛЕКУЛ
2.1. Основные понятия
2.2. Оператор момента импульса
2.3. Атом водорода
2.4. Снятие вырождений состояний в атоме водорода
4.1. Снятие вырождения состояний по магнитному квантовому числу
4.2 Снятие вырождений по орбитальному квантовому числу
2.5. Спектральные серии атома водорода
2.6. Спектральные серии атомов щелочных металлов
2.7. Физическая причина возникновения тонкой структуры в спектре атомов щелочных и щелочноземеленых элементов
2.8. Энергия спин-орбитального взаимодействия
2.9. Распределение электронов в атоме по слоям и состояниям
2.10. Двухатомная молекула
ГЛАВА 3. ОСНОВЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
3.1. Классификация твердых кристаллических тел
3.1.1. Ионные кристаллы
3.1.2. Ковалентные кристаллы
3.1.3. Металлические кристаллы
3.1.4. Молекулярные кристаллы
3.2. Основные особенности классической и квантовой статистики
3.3. Функция распределения Ферми-Дирака
3.4. Квазичастицы в кристаллическом твердом теле
3.4.1 Фононы кристаллической решетки
3.4.2 Квазиэлектроны кристаллической решетки
3.5. Распределение свободных электронов по энергиям
3.6. Явление сверхпроводимости
3.7. Свободные электроны в кристаллической решетке твердого тела
3.7.1 Адиабатическое приближение
3.7.2 Приближение самосогласованного поля
3.7.3 Приближение почти свободных электронов
3.7.4 Приближение сильной связи
3.8. Зонная теория твердых тел
3.9. Эффективная масса квазиэлектрона в твердом теле.
3.10. Дырочная проводимость
3.11. Электрохимический потенциал в собственных полупроводниках
3.12. Примесные полупроводники
3.13. Электропроводность полупроводников
3.13.1 Собственный полупроводник
3.13.2 Примесные полупроводники
3.14. Контакт двух полупроводников
3.15. Физические особенности контакного слоя в р-n полупроводнике
3.16. Контакт металл - полупроводник
3.17. Соотношение Эйнштейна
3.18. Выпрямляющее действие р-n перехода
3.19. Транзисторы
3.20. Внутренний фотоэффект в полупроводниках
3.20.1 Фоторезисторы (фотосопротивления)
3.20.2 Фотодиоды, фотоэлементы
3.21. Физические основы работы лазеров
3.21.1 Время жизни атома в возбужденном состоянии
3.21.2 Принцип детального равновесия
3.21.3 Основные принципы работы лазеров
3.21.4 Гелий-неоновый лазер
3.21.5 Полупроводниковые лазеры
3.22. Эмиссионные явления
3.22.1 Термоэлектронная эмиссия из металлов
3.22.2 Полевая электронная эмиссия
3.22.3 Фотоэлектронная эмиссия
3.22.3.1 Фотоэлектронная эмиссия из металлов
3.22.3.2 Фотоэлектронная эмиссия из полупроводников
ГЛАВА 4. ОСНОВЫ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА
4.1. Элементарные частицы
4.1. Основные свойства элементарных частиц
4.1.2 Кварковая структура адронов
4.2. Строение атомного ядра
4.3. Энергия связи ядра
4.4. Ядерные силы
4.5. Строение атомных ядер
4.5.1 Модель жидкой капли
4.6. Формула Вейцзеккера
4.7. Мезонная теория ядерных сил
4.8. Модель ядерных оболочек
4.9. Направленность радиоактивных превращений
4.10. Радиоактивность
4.10.1 Закон радиоактивного распада
4.10.2 а- распад
4.10.3 ?- распад
4.11. Ядерные реакции
4.12. Эффективное сечение ядерной реакции
4.13. Деление тяжелых ядер при захвате нейтрона
4.14. Продукты деления урана под действием тепловых нейтронов
4.15. Цепная ядерная реакция
4.16. Реакции синтеза легких ядер
4.16.1 Термоядерные реакции
4.16.2 Термоядерные источники энергии Солнца.