Studiehandboken 06/07 del 4 - KTH

KTH Studiehandbok 2006-2007
5A1324 Kvantfysik
Poäng/KTH Credits 8
ECTS-poäng/ECTS Credits 12
Kursnivå/Level
C
Betygsskala/Grading, KTH 3, 4, 5
ECTS-betygsskala/Grading, ECTS
A-F
Obligatorisk för/Compulsory for
F3
Språk/Language
Svenska / Swedish
Kurssida/Course Page
http://courses.theophys.kth.se/5A1324/
Quantum Physics
Kursansvarig/Coordinator
Olle Edholm, oed@theophys.kth.se
Tel. 5537 8168
Bo Cartling, boc@theophys.kth.se
Tel. 5537 8167
Kursuppläggning/Time Period 1, 2,
3
Föreläsningar 60 h
Övningar 52 h
Mål
Kursens mål är att ge grundläggande kunskaper om den moderna fysikens
teoretiska verktyg och färdigheter i att använda dess på grundläggande och
tekniska tillämpningar. Systemen som behandlas är t.ex. atomer och
molekyler i gaser, vätskor och fasta ämnen eller elektroner i metaller och
halvledare. Den ger även en introduktion till beskrivningen av
energiomvandlande processer i system med ett stort antal partiklar. Kursen
utgör grunden för de flesta fysikkurserna inom de olika
kompetensinriktningarna. Kursen består av flera delmoment: Kvantmekanik
och statistisk mekanik ger den teoretiska grunden för den moderna fysiken.
Kursen tar också upp exempel på tillämpningar som finns inom många grenar
av fysik, kemi och teknik. En fördjupad studie av någon vald tillämpning
redovisas i en projektuppgift.
Kursinnehåll
Kvantmekanik: Kvantmekanikens grunder. Schrödingerekvationen tillämpad
på enkla potentialer. Harmonisk oscillator. Operatorer och postulat.
Rörelsemängdsmoment och spinn. Matrispresentation. Pauliprincipen.
Atomfysik. Tidsoberoende störningsräkning med tillämpningar.
Heliumatomen. Enklare molekyler.
Statistisk mekanik: Grunderna för termodynamik, klassisk statistisk mekanik
och kvantstatistik. Termodynamiken är en makroskopisk teori för
energiomvandlingar med särskild vikt på energiformen värme. Statistisk
mekanik ger den mikroskopiska molekylära bakgrunden till termodynamiken.
Kvantstatistiken visar hur symmetriegenskaperna hos de kvantmekaniska
vågfunktionerna har betydelse för ett systems termodynamiska och statistiska
egenskaper. Exempel på tillämpningar som studeras med dessa olika metoder
är en och fler-atomiga ideala gaser, paramagnetiska system, elektroner i
metaller, elektromagnetisk strålning, gittersvängningar och flytande helium.
I en projektuppgift redovisas fördjupade studier av en valfri tillämpning av
delar av kursens teoretiska innehåll.
Förkunskaper
5A1246 Modern fysik, 5A1305 Fysikens matematiska metoder och
grundläggande termodynamik.
Kursfordringar
En skriftlig tentamen i kvantmekanik (TENA; 3 poäng), en skriftlig tentamen i
statistisk mekanik (TENB; 4 poäng) samt redovisning av en projektuppgift
(PROA; 1p).
Kurslitteratur
Kvantmekanik: Griffiths, Introduction to Quantum Mechanics,
Prentice Hall.
Statistisk mekanik: Bowley & Sanchez: Introductory Statistical Mechanics,
Oxford University Press.
Aim
The course gives an introduction to
modern physics and its applications. The
course is the basis of most of the physics
courses in the different competence
directions and consists of several
different parts: Quantum mechanics and
statistical mechanics are the theoretical
basis for modern physics. The course
also covers examples of applications
from various branches of physics,
chemistry and technical sciences. A
deeper study of some chosen application
is done as a project work.
Syllabus
Quantum mechanics: Basics of quantum
mechanics. Schrödinger equation
applied to simple potentials. Harmonic
oscillator. Operators and postulates.
Angular momentum and spin. Matrix
representation. Pauli principle. Timeindependent
pertubation calculations
with applications. Helium atom. Simple
molecules.
Statistical mechanics: The basics of
thermodynamics, classical statistical
mechanics and quantum statistics.
Thermodynamics is a microscopical
theory for transformation of energy with
special emphasis on heat. Statistical
mechanics gives the microscopical
molecular background of
thermodynamics. Quantum statistics
shows the importance of the symmetry
properties of the quantum mechanical
wave-functions for the thermodynamical
and statistical characteristics of systems.
Examples on applications which are
studied with these different methods are
mono- and multi-atomic ideal gases,
paramagnetical systems, electrons in
metals, electromagnetic radiation, lattice
vibrations and liquid helium.
In a project work, an application within
the areas covered by the course is more
deeply studied.
Prerequisites
5A1246 Modern physics, 5A1305
Mathematical methods in physics and
basic thermodynamics .
Requirements
One written examination in quantum
mechanics (TENA;3 cr), one written
examination in statistical mechanics
(TENB; 4cr) and a project work
(PROA;1cr).
5A Fysik 29