Модуль 3

Тема 5. Хвилі та хвильові явища

Хвильовий процес та види хвиль. Гармонічна хвиля та її характеристики. Рівняння плоскої та сферичної хвиль. Пружні хвилі. Фазова швидкість пружної хвилі. Хвильове рівняння пружної хвилі.

Вихрове електричне поле. Скін-ефект. Циркуляція вектора напруженості вихрового електричного поля. Струм зміщення. Узагальнена теорема про циркуляцію вектора напруженості магнітного поля (закон повного струму). Рівняння Максвелла для електромагнітного поля в інтегральній та диференціальній формах.

Електромагнітні хвилі (ЕМХ). Хвильове рівняння ЕМХ. Особливості ЕМХ. Шкала ЕМХ. Випромінювання ЕМХ електричним диполем. Енергія ЕМХ та енергетичні характеристики (об’ємна густина, потік, вектор густини потоку – вектор Умова-Пойнтінга, інтенсивність).

Хвильові явища. Монохроматичні та когерентні хвилі. Інтерференція хвиль. Умови виникнення максимумів та мінімумів інтенсивності. Розрахунок інтерференційної картини від двох когерентних джерел. Використання інтерференції. Стояча електромагнітна хвиля. Вузли та пучності. Дифракція хвиль. Умови та методи її спостереження. Принцип Гюйгенса. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракція у паралельних променях на щілині, умови мінімумів та максимумів інтенсивності. Дифракція у паралельних променях на дифракційній гратці, умови мінімумів та максимумів інтенсивності. Дифракція на просторові кристалічній гатці. Формула Вульфа-Бреггів. Принцип суперпозиції хвиль. Хвильовий пакет. Групова швидкість.

Тема 6. Елементи квантової механіки

Теплове випромінювання, його особливості та характеристики. Абсолютно чорне тіло. Закон Кірхгофа. Розподіл енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла. Закони випромінювання абсолютно чорного тіла. Формула Релея-Джинса. „Ультрафіолетова катастрофа”. Гіпотеза Планка, формула Планка. Зовнішній фотоефект. Рівняння Ейнштейна. Фотони. Корпускулярно-хвильовий дуалізм електромагнітного випромінювання.

Модель атома Резерфорда. Переваги та недоліки. Постулати Бора. Борівська теорія водневоподібного атома. Енергія електрона в атомі водню. Спектр випромінювання атома водню. Серіальна формула. Розвиток теорії Бора. Орбітальні механічний та магнітний моменти електрона. Орбітальне та магнітне квантові числа. Магнетон Бора. Просторове квантування.

Особливості оптичних спектрів багато електронних атомів. Власні механічний та магнітний моменти електрона. Спін електрона, спінове квантове число, магнітне спінове число. Закони заселення електронами енергетичних рівнів в атомах: принцип Паулі і закон мінімальних енергій. Періодична система елементів Д. І. Менделєєва та її квантове обґрунтування.

Корпускулярно-хвильовий дуалізм мікрочасток. Гіпотеза де Бройля та її експериментальне підтвердження. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Хвильова функція , її статистичний зміст. Головне рівняння нерелятивістської квантової механіки. Стаціонарне рівняння Шредінгера.

Застосування рівняння Шредінгера. Мікрочастинка в одномірній прямокутній потенціальній ямі (квантування енергії, принцип відповідності Бора). Тунельний ефект, його природа та прояви.