Informacje ogólne Wykład 15 h – 25.02 do 08.04.2013 Ćwiczenia 30 h – początek 15.04 Charakter seminaryjny – ~30 min. prezentacje+15 min. dyskusja Lista tematów na stronie Materiały do wykładu na stronie: http://urbaniak.fizyka.pw.edu.pl Zaliczenie: 15.04 – 45 min. test wyboru na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 50 pkt., prezentacja: 50 pkt. Literatura: D. Halliday, R. Resnick, J. Walker – Podstawy Fizyki t.4 i 5 W. Bogusz, J. Garbarczyk, F. Krok – Podstawy Fizyki Ch. Kittel – Wstęp do fizyki ciała stałego

iPhone

iPhone … Kamera CCD Karta SIM Bateria Li-Ion Płyta główna Ekran dotykowy

Procesor złącze p-i-n polikrystaliczny Si izolator SiO2 monokrystaliczny Si złącze p-i-n

Złącza półprzewodnikowe Układy scalone Diody LED Baterie słoneczne Lasery Pamięci komputerowe Pamięci USB Kamery, aparaty cyfrowe Fotodiody, detektory

Atom Krzemu (Si) Si Konfiguracja elektronowa: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 energia elektronu Si Konfiguracja elektronowa: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 Powłoka K L M Główna liczba kwantowa (n) 1 2 3 Podpowłoki 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 Liczba elektronów w powłoce 8 4 Dozwolona liczba elektronów w powłoce

Historyczne modele budowy atomu: Model budowy atomu Thompsona – „model ciasta z rodzynkami” – dodatnio naładowane jądro, w którym umiesczone są ujemnie naładowane elektrony Nie wyjaśnia rozpraszania  model Rutherforda Model Rutherforda – dodatnie jądro, wokół krążące ujemnie naładowane elektrony Nie wyjaśnia np. widm emisyjnych  model Bohra Postulaty Bohra: 1. L= nh/2p 2. hn = E1 – E2 Postulaty wprowadzone ad hoc, model nie daje się zastosować dla atomów z więcej niż dwaoma elektronami  mechanika kwantowa

Budowa atomu Chmury elektronowe –Rozkłady gęstości prawdopodobieństwa „znalezienia” elektronu Eksperymentalne „zdjęcia” rozkładu ładunku wokół atomu węgla (1s2 2s2 2p2) powłoki 2s i 2p

Budowa atomu - elektron Liczba kwantowa Symbol Dozwolone wartości Znaczenie fizyczne główna n 1, 2, 3, …. Energia orbitalna l 0, 1, 2, …., (n-1) Orbitalny moment pędu (L) magnetyczna ml 0, ±1, ±2,…, ±l Składowa z orbitalnego momentu pędu (Lz) magnetyczna spinowa ms ±1/2 Składowa z spinowego momentu pędu Energia elektronu: Orbitalny moment pędu: Razem parametry te określają stan kwantowy elektronu Składowa z orbitalnego momentu pędu: Składowa z spinowego momentu pędu:

Zakaz Pauliego Żadne dwa elektrony (fermiony) w atomie nie mogą mieć jednakowych wszystkich liczb kwantowych

Budowa układu okresowego N = 1,2,3,…. -powłoki l 1 2 3 4 5 s p d f g h Podpowłoki: każda „mieści” maksymalnie 2(2l+1) elektronów Ne – 10 elektronów Konfiguracja elektronowa: 1s2 2s2 2s6 1s2: n=1, l=0, ml= 0, ms=±1/2 – w sumie 2 elektrony 2s2: n=2, l=0, ml= 0, ms=±1/2 – w sumie 2 elektrony 2s6: n=2, l=1, ml=-1, ms=±1/2 ml= 0, ms=±1/2 ml= 1, ms=±1/2 w sumie 6 elektronów brak „wolnych miejsc” (dozwolonych stanów) dla elektronów gaz szlachetny nie reaguje chemicznie

Budowa układu okresowego Na – 11 elektronów Konfiguracja elektronowa: 1s2 2s2 2s6 3s1 1s2: n=1, l=0, ml= 0, ms=±1/2 – w sumie 2 elektrony 2s2: n=2, l=0, ml= 0, ms=±1/2 – w sumie 2 elektrony 2s6: n=2, l=1, 3s1: n=3, l=0, ml= 0, ms=+1/2 – jeden elektron ml=-1, ms=±1/2 ml= 0, ms=±1/2 ml= 1, ms=±1/2 w sumie 6 elektronów jeden luźno związany elektron elektron walencyjny łatwo reaguje z innymi atomami

Atomy – własności optyczne Atomy emitują (zjawisko emisji) i pochłaniają (zjawisko absorbcji) światło Zjawiska te związane są z przejściami elektronów pomiędzy powłokami Ew - Wyższy stan energetyczny (wyższa możliwa energie e) n=1 n=2 n=3 En - Niższy stan energetyczny (niższa możliwa energia e) n=1 n=2 n=3 hn n=3 hn n=2 n=1 absorpcja światła emisja światła

Widmo emisyjne wodoru l = 410 nm E = 3.02 eV l = 434 nm ultrafiolet zakres widzialny podczerwień l = 656 nm E = 1.89 eV n’ – poczatkowa powłoka n – końcowa powłoka R=1.097373*107 m-1 – stała Rydberga

Inne widma emisyjne Neon – światło czerwone Sód – światło żółte Żelazo – światło białe

Zastosowanie - Laser He-Ne 2. l=632,8 nm 3. 2p energia 1. Atom He Atom Ne 1. Przepływ prądu powoduje zderzanie elektronów z atomami He i ich przejście do stanu wzbudzonego 2. Zderzenia He-Ne 3. Atomy Ne przejście elektronu z powłoki 3s na 2p  emisja światła czerwonego

Zastosowanie - Laser Ar/Kr-ion Lasery kryptonowe (Kr) i argonowe (Ar) - kilkanaście przejść, głównie w zakresie kolorów niebieskiego i zielonego liczne zastosowania w medycynie koncerty sekwencery DNA spektroskopia litografia produkcja hologramów

Zastosowanie - Laser CO2 - przejścia w dalekiej podczerwieni (9.4 mm i 10.6 mm)

Zastosowanie - Laser CO2 cięcie blach medycyna estetyczna