Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі. Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті

Transcript

1 Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті Бекітемін Ғылыми кеңес төрағасы, ректор, ҚР ҰҒА академигі Ғазалиев А.М. 2009ж. ОҚЫТУШЫ ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ «Физика 2» пәні бойынша «Машинажасау» мамандығының студенттері үшін. Машинажасау факультеті Физика кафедрасы 2009

2 Алғы сөз Оқытушы пәнінің оқу-әдістемелік кешенін әзірлеген: оқытушы Толекова М.С.,аға оқытушы Рахым Қ.Р. «Физика» кафедрасының мәжілісінде талқыланады 2009 ж. хаттама Кафедра меңгерушісі Смирнов Ю. М ж. (қолы) Геоэкологиялық факультетінің әдістемелік бюросымен мақұлданады 2009ж. хаттама Төраға Рябова И.Н 2009 ж. «Машинажасау технологиясы» кафедрасымен келісіледі (кафедраның аты) Кафедра меңгерушісі Жетесова Г. С. 2009ж. (қолы) «ҚӨМТ және КМ» кафедрасымен келісіледі (кафедраның аты) Кафедра меңгерушісі Кузембаев С. Б. 2009ж. (қолы)

3 1 ОҚУ ЖҰМЫСЫНЫҢ БАҒДАРЛАМАСЫ 1.1 Оқытушы туралы мәлеметтер және байланыстық ақпарат Физика кафедрасы ҚарМТУ-дың 1-ші корпусында (Қарағанды қ., Бейбітшілік бульвары, 56), аудитория 408, байланыс телефоны , қос. 227, факс: Электрондық пошта: 1.2 Пәннің еңбек сиымдылығы Семестр Кредиттер саны Сабақ түрі Дәрістер Практика лық сабақ Зертха налық сабақта р СОДЖ сағатта рының саны Сағат тар дың бар лығы СДЖ сағатта рының саны Са ғат тар дың жал пы саны Ба қы лау түрі 2 к/т Экз. 2 с/т Экз. 2 с/қ Экз. 1.3 Пәннің сипаттамасы «Физика-2» курсы инженерлерді теориялық дайындауды қалыптастыруда жетекші орындардың бірін алады және онсыз мамандырды дайындау мүмкін болмайтын іргелі міндеттерді атқарады. Студенттер классикалық және кванттық физиканың өзара қатынасын, олардың бөлімдерінің арасындағы логикалық байланысты анық түсінуі керек. Студенттерге физиканың өндіріс дамуының негізгі және техникада әлі пайдаланылмаған физикалық құбылыстар мен процесстердің келешекте инженерге пайдалы болуы мүмкін екенін ұғындыру қажет. «Физика-2» курсы жоғарғы математика және теориялық механикамен бірге инженерлерді дайындаудың теориялық негізін құрайды және кез-келген мамандық бойынша жоғарғы техникалық мектепті бітірушілердің инженертехникалық іс-әрекетінің негізгі базасы болып табылады. «Физика-2»-ні оқытудың негізгі мақсаты мыналардан құралады: - студенттерге дүниенің осы заманғы физикалық бейнесін және ғылыми дүние танымын қалыптастыру; - студенттерде классикалық және осы заманғы физиканың теорияларын: іргелі заңдарын, оған қоса мамандық қызметі жүйесінің негізі болатын физикалық зерттеу әдістерін ұғынып, іске асыра білуді қалыптастыру. 1.4 Пәннің мақсаты Студенттерде өздері маманданған техника саласында физикалық ұстанымды іске асыру мүмкіндігін қамтамасыз етуші, келешек инженерлердің ғылым мен техникалық ақпараттар ағынында өзін бағдар табуын қамтамасыз ететін физикадан кең көлемде жеткілікті теориялық дайындық жасау.

4 Оқушыларға ғылыми ойлауды қалыптастыру, немесе әртүрлі физикалық ұғымдардың заңдарын, теориялардың қолданылуының шегін дұрыс түсіну, және тәжірибелік немесе зерттеудің математикалық әдістерінің көмегімен зерттеу нәтижелерінің дұрыстық дәрежесін бағалай білу. Негізгі физикалық құбылыстарды, классикалық және осы заманғы физиканың заңдарын, физикалық зерттеу әдістерін игеру. Студенттерде келешекте инженерлік есептерді шешуде көмектесетін физиканың әртүрлі бөлімдерінен нақты есептерді түсініп және шешу әдістерін қалыптастыру. Студенттерді осы заманғы ғылыми аспаптармен таныстыру, әртүрлі физикалық құбылыстардың ғылыми тәжірибелік зерттеу жүргізудің бастапқы әдеттеріне және өлшеудің қателігін бағалауға машықтандыру. 1.5 Пәннің міндеттері: Білу керек: - әртүрлі физикалық ұғымдар, заңдар, теориялық қолдану аясы туралы; - зерттеудің тәжірибелік немесе математикалық әдістері арқылы алынған нәтижелердің дұрыстық дәрежесін бағалау. - негізгі физикалық құбылыстарды, классикалық және осы заманғы физика заңдарын; - физикалық зерттеу әдістерін; - физиканың ғылым ретінде техниканың дамуына әсерін; - физиканың басқа ғылымдармен байланысы және оның мамандықтың ғылымитехникалық мәселелерін шешудегі орнын. 1.6 Айрықша деректемелер Берілген пәнді зерделеу үшін келесі пәндерді (бөлімдері (тақырыптарды) көрсету арқылы) меңгеру қажет: Пән Жоғарғы математика Химия Бөлімдердің (тақырыптардың) атауы Векторлық талдау және векторлық талдау элементі. Бір немесе бірнеше айнымалы функциялардың дифференциалдық есептеулері. Бір немесе бірнеше айнымалы функциялардың интегралды есептеулері. Ротор, дивергенция, градиент туралы түсінік. Бірінші және екінші ретті кәдімгі дифференциалды теңдеулерді шешу. Химиялық байланыс түрлері. Д.И. Менделеев кестесі. Химиялық элементтер мен олардың басты қосылыстарының негізгі қасиеттері. Атомдар, молекулалар, олардың материяны құраудағы орны.

5 1.7 Тұрақты деректемелер «Физика-2» пәнін оқыту электротехника, термех, Физикалық химия, геофизикада т.б. пәндерді игеруде пайдаланылады. 1. Теориялық механика. 2. Материалдардың кедергісі. 3. Электротехника. 4. Машиналар мен механизмдер теориясы. 1.8 Пәннің мазмұны Сабақтардың түрлері бойынша пәннің мазмұны және олардың еңбек сыйымдылығы Сабақтардың түрлері бойынша еңбек апт а Бөлімдердің (тақырыптардың) атауы 1. ОПТИКА Лекциял ар сыйымдылығы, сағ. Зертх ОСӨ а- Ж налық Практ и- калық СӨЖ I II 1.1. Электромагнитік өріс үшін толқындық теңдеу. Электромагниттік толқынның қасиеттері. Электромагниттік энергия ағынының тығыздығы. Умова- Пойнтинг векторы. Дипольдің сәулеленуі Геометриялық оптика және фотоөлшеу Шағылу және сыну заңдары. Толық шағылу құбылысы. Негізгі фотоөлшеу шамалары және олардың өлшем бірліктері Жарық толқындарының қасиеттері. Жарық интерференциясы. Жарық толқындарының когеренттілігі және монохроматтылығы. Оптикалық жол ұзындығы. Екі когеренттік көздердің интерференция бейнесі. Жұқа - - 1/-/- 1/4/4 1/1/1 1/1/1 2/-/- 1/-/- 1/5/5 1/1/1 1/-/- 2/2/2 3/-/- 3/8/8

6 апт а III IV V Бөлімдердің (тақырыптардың) атауы мөлдір қабыршақтағы интерференция.интерферомет рлер Жарық дифракциясы. Френель Гюйгенс ұстанымы. Френельдің белдеулік әдісі. Дөңгелек тесіктегі Френель дифракциясы. Бір саңылаудағы және дифракция торындағы Фраунгофер дифракциясы. Кеңістік торындағы дифракция. Вульф Брегг формуласы. Кристалдардың құрылысын зерттеу. Голография туралы түсінік Толқындық оптика. Жарық дисперсиясы. Жарықтың жұтылуы. Жарық поляризациясы. Табиғи және поляризацияланған жарық. Шағылу кезіндегі поляризация. Брюстер заңы. Жарықтың қосарлана сынуы. Поляризация-ланған жарық алу тәсілі. Малюс заңы. 2. Кванттық оптика 2.1 Жылулық сәуле шығару. Жылулық сәуле шығару. Абсалют қара дене. Кирхгоф, Стефан-Больцман, Вин заңдары. Абсалют қара дененің спектріндегі энергияның бөлінуі. Планктың кванттық гипотезасы және формуласы. Фотондар. Фотонның энергиясы және импульсі. Сабақтардың түрлері бойынша еңбек сыйымдылығы, сағ. Практ Зертх Лекциял ОСӨ и- а- СӨЖ ар Ж калық налық - 1/-/- 1/4/4 1/-/- 1/1/1 2/2/2 2/-/- 2/5/5 1/1/1 1/-/- 2/2/2 3/-/- 3/4/6 1/1/1 1/1/1 1/-/- 2/-/- 2/4/4-1/-/- -

7 апт а VI VII VII I Бөлімдердің (тақырыптардың) атауы 2.2. Квант теория идеясын тәжірибеде дәлелдеу. Фотондар. Франк және Герц тәжірибелері. Фотоэффект. Комптон эффектісі. Атомның сызықтық спектрі.бор постулаттары. Сәйкестік принципі Корпускулалықтолқындық дуализм. Де Броиль гипотезасы. Электрондар диффракциясы. Анықталмаушылық қатынасы. Толқындық функция және оның статикалық мәні. 2.4 Шредингердің стационарлық және уақыт бойынша күй теңдеуі. Бір өлшемді тік бұрышты «потенциалдық» шұңқырдағы бөлшек. Потенциалдық тосқауыл арқылы бөлшектің өтуі Сутегі атомы және молекуласы үшін Шредингер теңдеуі. Сутегі атомы үшін Шредингер теңдеуі. Сутекті атомдар. Энергетикалық деңгейлер. Деңгейлер ені. Кеңістіктік кванттау. Күрделі атомдардағы электрондық деңгейлердің құрылысы. Кванттық сан. Паули принципі. Сабақтардың түрлері бойынша еңбек сыйымдылығы, сағ. Практ Зертх Лекциял ОСӨ и- а- СӨЖ ар Ж калық налық /-/- 1/-/ /-/- 2/5/5 1/-/- 1/-/- - 2/-/- 4 /4/4 1/1/- 1/-/- - 3/-/- 3/8/8 1/-/- 1/-/- 2/-/- 2/-/- 1/4/4

8 апт а IX X XI Бөлімдердің (тақырыптардың) атауы Сутегі молекуласы. Иондық және коваленттік байланыс. Екіатмды молекуланың электрондық термі Кванттық электрониканың элементтері. Жұту, тосын және еріксіз сәуле шығару. Лазерлер Кванттық статистика. Фазалық кеңістік. Қарапайым ұяшықтар. Күй тығыздығы. Нернст теоремасы және оның салдарлары. Бозе-Эйнштейн және Ферми-Дирак квантық статистикалары туралы түсінік. Квазибөлшектер. Олардың анықтамалары және түрлері. Кристалдық тордың жылу сыйымдылығы. Фонондық газ. Температураның абсалют нөлінде металдағы электрондардың таралуы. Ферми энергиясы. Металдардың электр өткізгіштігі. 2.8 Қатты денлер физикасы. Кристаллография құрылысының элементтері. Кристаллография құрылысын зерттеу әдістемесі. Кристалл торының жылу сиымдылығы. Фонондық газ. Металдың жылу өткізгіштігінің өлшемдік Сабақтардың түрлері бойынша еңбек сыйымдылығы, сағ. Практ Зертх Лекциял ОСӨ и- а- СӨЖ ар Ж калық налық - - 1/-/- 2/5/5 1/1/1 1/-/- - 3/-/- 3/8/8 1/1/- 1/-/- - 3/-/- 3/8/8 1/-/- 1/-/- - 3/-/- 3/8/8

9 апт а Бөлімдердің (тақырыптардың) атауы эффектісі. Сабақтардың түрлері бойынша еңбек сыйымдылығы, сағ. Практ Зертх Лекциял ОСӨ и- а- СӨЖ ар Ж калық налық XII XII I XI V Металдардың электр өткізгіштігі. Тоқ тасымалдаушылар квазибөлшектер. Кристаллдардағы энергетикалық белдеулер. Төменгі өлшемді жүйелер. Ферми деңгейі. Ферми беті. Кристалдағы энергиялық белдеулер. Металл, диэлектрик және жартылай өткізгіштіктердің белдеулік теориясы. Жартылай өткізгіштің меншікті және қоспалық өткізгіштігі. Ферромагнетиктердің қасиеттері. Кванттық көзқарас. Өзара алмасу. Кюри температурасы. Ферромагнетиктердің магниттелуі. 3. Атом ядросы және элементар бөлшектер 3.1. Атом ядросы. Атом ядросының құрылысы және сипаттамалары. Масса ақаулығы және байланыс энергиясы. Ядролық күштер. Атом ядросының құрылысы. Ядролық күштер. Атом моделі. Альфа-бета және гамма-сәулелерінің заңдылықтары. 1/-/- 2/-/- 1/4/4 1/-/- 2/-/- - 1/-/- 2/5/5 1/-/- 1/1/- - 3/-/- 3/8/8 1/1/1/ 1/-/1-1/-/- 1/4/4

10 апт а XV Бөлімдердің (тақырыптардың) атауы Радиоактивтілік. Радиоактивтік сәуле шығару түрлері. Ядролық реакциялар. Реакцияның тізбектік бөлігі. Ядролық реактор. Синтез реакциясы. Энергия көздерінің мәселелері Элементар бөлшектер. Сабақтардың түрлері бойынша еңбек сыйымдылығы, сағ. Практ Зертх Лекциял ОСӨ и- а- СӨЖ ар Ж калық налық - 2/-/- 1/4/ Элементар бөлшектердің өзара әсерлесуі және жіктелуі. Лептондар, адрондар, кварктар. Күштік электромагниттік және әлсіз гравитациялық әсерлесу. 1/-/- 1/-/- - 3/-/- 3/8/8 Барлығы: 15/8/6 15/4/4 15/6/6 45/0/0 45/117/ Негізгі әдебиеттер тізімі 1. Савельев И.В. Жапы физика курсы, І-том. М Савельев И.В. Жалпы физика курсы. ІІ-том. М Савельев И.В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн.3. Молекулярная физика и термодинамика. М Фриш С.Э., Тиморева А. В. Физика курсы. І-том «Мектеп» Фриш С.Э., Тиморева А. В. Физика курсы ІІ-том «Мектеп» Абдулаев Ж. Физика курсы. Алматы Ахметов А Қ., Физика Алматы 2001

11 8. Волькенштейн В.С. Жапы физика курсының есептері. М г. 9. Ақылбаев Ж. С., Ермаганбетов Қ. Т., Электр және магнетизм. - Қарағанды Трофимова Т.И. Курс физики. М г. 11. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М г. 12. Бектыбаев Ш. Б. Жалпы физика курсының есептері. «Электодинамика. Тербелістермен толқындар» Әдістемелік құрал Бектыбаев Ш. Б. Жалпы физика курсының есептері. «Механника. Молекулярлық физика» Әдістемелік құрал Рақым Қ., Биімбетова Г. «Толқындық және Кванттық оптика» Зертханалық жұмысқа арналған әдістемелік құрал Бектыбаев Ш.Б. «Электромагнитизм» зертханалық жұмыс бойынша әдістемелік құрал Рақым Қ., «Жалпы физика курсы электрлік құбылыстар» Әдістемелік оқулық құрал Чертов А., Воробьев А. Задачник по физике. М г. 18. Сивухин Л.В. Общий курс физики в 5-и томах. М г. 19. Рымкевич П.А. Курс физики. М г. 20. Иродов И.Е. Механика: основные законы. М г. 21. Савельев И.В. Курс физики в 3-х томах. М г. 22. Трофимова Т.И. Курс физики. М г. 23. Иродов И.Е. Электромагнетизм. М. С-П г. 24. Шубин А.С. Курс общей физики. М г. 25. Савельев И.В. Общий курс физики. М г. 26. Трофимова Т.И. Курс физики. М г. 27. Яворский Б.М. Основы физики. Т. 1. М г. 28. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М г. 29. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б. Курс физики. М г. 30. Грабовский Р.И. Курс физики. М г. 31. Берклеевский Курс физики в 5-и томах. М г. 32. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике в 9- и томах. М г. 33. Орир Дж. Физика. в 2-х томах. М г. 34. Тарасов Л.В. Основы квантовой механики. М г. 35. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика М г. 36. Епифанов Е.И. Физика твердого тела. М г. 37. Суханов А.Д. Фундаментальный курс физики в 3-х т. М 1999 г. 38. Милантьев В.П. Атомная физика. М г. 39. Телеснин Р.В. Молекулярная физика. М г. 40. Лозовский В.Н. Курс физики в 2-х томах. С-П г. 41. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. М г. 42. Савельев И.В. Сб. вопросов и задач по общей физике. М г.

12 43. Трофимова Т.И. Сб. задач по общей физике. М г. 44. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. М г. 45. Козел С.М., Рашба Э.И. Сб. задач по физике. М г. 46. Беликов Б. Решение задач по физике. М г Қосымша әдебиеттер 47. Бектыбаев Ш. Рақым Қ. Аязбаев А. «Оптика» бөлімі бойынша зертханалық жұмыстар үшін методикалық нұсқау Махметов Т.С. «Толқындық және кванттық оптика» курстық есептері бойынша әдістемелік құрал Стрелков С.П. Механика М г. 50. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика М г. 51. Калашников С.Г. Электричество М г. 52. Ландсберг Г.С. Оптика М г. 53. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности М г. 54. Матвеев А.Н. Электродинамика М г. 55. Китель Ч. Введение в физику твердого тела М г. 56. Спроул Р. Современная физика М.1974 г. 57. Марков М.А. О природе материи М.1976 г. 58. Квасников И.А. Молекулярная физика М г. 59. Архангельский М.М. Курс физики. Механика М г. 60. Астахов А.В. Курс физики. Механика и кинетическая теория материи М г. 61. Астахов А.В., Широков И.М. Курс физики, т. 2, 3 М г., 1983 г. 62. Бутиков Е.Н. Оптика М.1987 г Студенттердің білімдерін бағалау критерилері Пән бойынша емтихан бағасы межелік бақылау бойынша үлгерімнің барынша үлкен көрсетулерінің (50% дейін) және қорытынды аттестацияның (емтиханның) (50% дейін) қосындысы ретінде анықталады және кестеге сәйкес 100% дейінгі мәнді құрайды. Әріптік жүйе бойынша Баллдар %-тік құрамы Дәстүрлік жүйе бағалау бойынша бағалау А цифрлық балама 4, Өте жақсы А- 3, В+ 3, Жақсы В 3, В- 2, Қанағаттандырарлық С+ 2, С 2, C- 1, D+ 1,

13 D 1, F Қанағаттандырарлықсы з Аралық бақылау оқытудың 5-ші, 10-шы және 15-ші апталарында жүргізіледі және бақылаудың келесі түрлерінен алғанда қалыптасады: Бақылау түрі %-дық құрамы Оқытуды ң академиялық кезеңі, апта Сабаққа 0,2 қатысуш * * * * * * * * * * * * * * * 3 ылық Конспект 0,4 лекцияла * * * * * * * * * * * * * * * 6 р Практ. Жұм * * * * * * * * 10 Зертхана 1,25 лық жұмыста * * * * * * * * 10 р Атт. 5 Модулі * * * 15 СӨЖ 0,4 * * * * * * * * * * * * * * * 6 Емтихан 50 Барлығы 10 0 Барлығы 1.12 Саясаты және процедуралары «Физика-2» пәнін зерделеу кезінде келесі ережелерді сақтауды сұраймын: 1. Сабаққа кешікпеу. 2. Сабақты себепсіз босатпау, ауырған жағдайда анықтаманы, басқа жағдайларда түсіндірме хатты ұсынуды сұраймын. 3. Оқу процесіне белсене қатысу. 4. Курстастастармен және оқытушылармен шыдамды, ашық, қалтықсыз және тілектес болу.

14 1.13 Пәннің оқу-әдістемелік қамтамасыз етілгендігі Автордың аты-жөні Неізгі әдебиттер Оқу-әдістемелік әдебиеттердің атауы Баспасы, Даналар саны Шыққан Кітапха- Кафед- жылы нада рада Фриш С. Э. Теморива А. В. Физика курсы, І- ІІ том Мектеп, Савельев И.В. Жалпы физика курсы Мектеп, 18 8 І ІІ том 1988 г. Абдулаев Ж. Физика курсы Алматы, Волькенштейн Жалпы физика Москва, В.С. курсының есептері 1990 г. Ахметов А. Қ. Физика Алматы, Ақылбаев Ж. С. Электр және магнетизм Қарағанд Ермағанбетов ы Қ.Т. Милантьев В.П. Атомная физика. Москва, 1999 г Телеснин Р.В. Молекулярная физика. Москва, 1980 г Лозовский В.Н. Курс томах. физики в 2-х С.-П., 2001 г Матвеев А.Н. Электричество и Москва, магнетизм г. Трофимова Т.И. Сб. задач по общей Москва, физике г. Иродов И.Е. Задачи по общей Москва, физике. М г. Козел С.М., Сб. задач по физике. Москва, Рашба Э.И г. Беликов Б. Решение физике задач по Москва, 1986 г Чертов А., Задачник по физике. Москва, Воробьев А. З г. Савельев И.В. Курс общей физики в 5 Москва, томах г

15 Трофи мова Т.Н. Курс физики. Білім және тестілеулеудің мемлекеттік стандартының ұлттық орталығы. Әр ПӘН бойынша жоғарғы оқу орындарының студенттеріне арналған мемлекеттік аралық бақылау тестілерінің жиынтығы. Москва, 2001 г Астана, 2005 г Қосымша әдебиеттер Әбдіғаппаров Қ., Алматы, 10 Ақылбаев А. Қ. Физика 1995 Жылқыбаева М. Жалпы физика Алматы, курсының есептері Стрелков С.П. Механика. Москва, 1979 г Кикоин А.К., Молекулярная физика. Москва, Кикоин И.К г. Калашников С.Г. Электричество. Москва, 1977 г. Ландсберг Г.С. Оптика. Москва, 1976 г. Матвеев А.Н. Механика и теория Москва, относительности г. Матвеев А.Н. Электродинамика. Москва, 1978 г. Китель Ч. Введение в физику Москва, твердого тела г. Спроул Р. Современная физика. Москва, 1974 г. Марков М.А. О природе материи. Москва, 1976 г. Квасников И.А. Молекулярная физика. Москва, 1998 г. Архангельский Курс физики. Москва, М.М. Механика г. Астахов А.В. Курс физики. Москва, Механика и 1977 г. кинетическая теория материи. Астахов А.В., Курс физики, т. 2, 3. Москва, Широков И.М г., 1983 г

16 Бутиков Е.Н. Оптика. Москва, г. 2 Пән бойынша тапсырмаларды орындау және тапсыру кестесі Бақылау түрлері Зертханалы қ жұмыстард ы қорғау Машықтану есептерін шығару Аттестациял ық модуль 1 Зертханалы қ жұмыстард ы қорғау Машықтану есептерін шығару Аттестациял ық модуль 2 Тапсырманың Мақсаттары мен мазмұны «Механика» бөлімі бойынша тереңдетіп оқу «Механика» бөлімі бойынша тереңдетіп оқу «Механика» бөлімі бойынша тереңдетіп оқу «Молекулярл ық физика және термодинамик а» бөлімі бойынша тереңдетіп оқу «Молекулярл ық физика және термодинамик а» бөлімі бойынша тереңдетіп оқу «Молекулярл ық физика және термодинамик а» бөлімі бойынша Ұсынылатын Орындау Бақылау Тапсыру әдебиеттер ұзақтығы түрі мерзімі 1-4 апта Күндеікті 1-4 апта Күндеікті 5 апта Белгілен -ген мерзімд е 5-9 апта Күндеікті 5-9 апта Күндеікті 9 апта Белгілен -ген мерзімд е 4 апта 4 апта 5 апта 9 апта 9 апта 8 апта

17 Зертханалы қ жұмыстард ы қорғау Машықтану есептерін шығару Аттестациял ық модуль 3 тереңдетіп оқу «Электростат ика тұрақты бөлімі бойынша тереңдетіп оқу «Электростат және тоқ» ика тұрақты бөлімі бойынша тереңдетіп оқу «Электростат ика тұрақты бөлімі бойынша тереңдетіп оқу және тоқ» және тоқ» апта Күндеікті апта Күндеікті 14 апта Белгілен -ген мерзімд е 15 апта 15 апта 14 апта 3 Дәріс жинағы Бөлім 1 ОПТИКА ДӘРІС 1 Тақырып 1.2. Сәулелік (геометриялық) оптика туралы түсінік (1/1/1 сағ). Дәріс жоспары 1. Абсолюттік және салыстырмалық сыну көрсеткіші. 2. Сыну және шағылу заңы. 3. Толық шағылу. 4. Фотометрия. Оптикада жарық сәулесінің табиғаты мен қасиеттері жэне олардың затқа өтетін эсерлері қарастырылады. Оптиканың негізгі заңцары болып мыналар саналады: 1) Сэуленің түзу сызық бойымен таралуы. 2) Шағылу заңы. 3) Сыну заңы. 4) Толық шағылу заңы.

18 1) Шағылу: Екі ортаның шекарасына түсетін шағылатын сэулелер және екі сэуле ортасынан өтетін шекараға түсетін перпендикуляр бір жазықгықта жатады. Түсу бұрышы шағылу бұрышына тең болады. а - түсу бұрышы, Р - сыну бұрышы 2) Екі ортаның шекарасына түскен сәуле және сынған сәуле ортаның шекарасына түскен, екі сэуленің ортасынан өтетін перпендикуляр бір жазықтықта жатады. ХҮІІ ғасырдың аяғында жарықтың табиғаты туралы екі түрлі ғылыми түсінік болды. Олардың біреуі жарықтың толқындық теориясы, жарықтың корпускулалық теориясы. Жарықтың корпускулалық теориясын тұжырымдаған И.Ньютон (1672 ж.). Бұл теория бойынша жарқырауық денелердің ұшып шыққан жарық бөшектерінің ағыны. Корпускула - бөлшек деген ұғым, яғнижарық бөлшектері инерция заңына ұқсас түзу сызықтық бойымен таралады. Осыдан, ягни айнаға түскен жарық бөлшектің шағылу бұрышы түзу бү-рышына тең. Екі ортаның шекарасында жарықтың сыну себебі жарық бөлшектері екінші ортаның бөлшектеріне тартылады. Соның салдарынан бірінші ортадан екінші ортаға өткенде жарық жылдамдығы өзгереді. Сонда бірінші ортаға қарағанда екінші орта тыгыздау болса, жарық жылдамдығы артады. Корпускулалық теория бойынша жарықтың сыну көрсеткіші (п) жарықтың екінші ортадағы жылдамдықтың бірінші ортадағы жылдамдықтың қатынасына тең. Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары. Тақырып 1.1. Электромагниттік өріс үшін толқындық теңдеуі. 1. Электромагниттік толқындардың қасиеті. 2. Электромагниттік энергияның ағын тығыздығы 3. Умова-Пойнтинг векторы. 4. Дипольдің сәле шығаруы. ДӘРІС 2 Тақырып 1.3 Жарық толқындарының қасиеті (1/1/1 сағ). Дәріс жоспары 1. Жұқа қабыршақтардағы интерференция. 2. Когерентті толқындардың интерференциясы. 3. Ньютон сақинасы. 4. Бірдей қалыңдық жолағы. 5. Оптиканың жарықталынуы. Сабын көпіршігіне суға тамған мұнай кілегейіне күн сэулесі түскенде олардың беттері қызыл - жасылды болып тұрады.

19 Интерференция жарықтың дифракция құбылысы Максвель теориясы бойынша жарық электромагнитік толқынның дербес түрі. Осылар жарықтың толқындық теориясың мақұлдады. Мұндай жолақтың түрлі - түсті болуы көпіршік пен сұйыққа ақ жарық түскендіктен боды, яғни жұқа пленканканың қабыршық бетіне монохрамат бір түсті жарық түсі, онда аралары күңгірт жолақ пен ашық бір түсті жолақатар байқалып, олардың жарықталуы бірдей болмайды. Олай болса, осындай ашық жэне күңгірт жолақтардың пайда болуы жұқа пленка беттермен шағылган жарық толқындары бірінен - бірі қосылысқанда олардың бірінен - бірі элсіреті себебінен болады. Фазалар айырымы уақытқа байланысты өзгермейтін толқындар когоренттік толқындар деп аталады. Осындай толқындар шығаратын көздер когорентті көздер деп аталады. Когорентті жарық толқындары ғана интерференциялық көріністер бере алады. Жарық толқындарын интерференциялық шарттарына олардың жиіліктерінің бірдей жэне фазалық айырымының уақытқа байланысты тұрақты болуы жатады. Осындай шарттарды тек монохромадты жарық толқындары ған қанағаттандырады.

20 Когорентті жарық толқындарының интерференциясы. Паралель жарық көзі екі тесігі бар экранға түседі. Содан соң С 1 және С 2 тесіктерден өткен жарық екінші экранға түседі. Гюгенс принципі бойынша бірінші экранның тесігі сфералық толқындардың жаңа көзі болып табылады. Сөйтіп, фазлары бірдей амплитудасы өзара тең толқындар екінші экранның бетінде қосылады. Т нүктесінде қосылған қосылған толқынның фазалық айырымы Р нүктесіне дейін жүргізілген жолдар айырымына байланысты болады. r2 r1 Тербеліс амплитудасы Р нүктесінде косинус теориясы бойынша табылады. А = A1 A2 2A1 A2 cos 2 1 Қорытындысында амплитуда макчимал мэнге ие болады. А = 2 А Сондықтан интерференция кезіндегі мах шарты жолдар айырымына байланысты n ; k( r r ) n ; k 2 / n ( r r ) 1 2n / 2 ; Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары. 1. Уақыттың когеренттілігі. 2. Интерферометрлер. 3. Ньютон сақиналары қалай алынады? ДӘРІС 3 Тақырып Жарық дифракциясы (1/-/- сағ). Дәріс жоспары. 1. Бір саңылаудағы дифракция. 2. Тордағы дифракция. 3. Кеңістік торындағы дифракция. Жарықтың сызықтық тараудан ауытқу құбылысы - дифракция. Гюгенс принципіне Френельдің қосылуы. Толқындық беттің әрбір нүктесінің айналасында пайда болатын элементар толқындар бірімен - бірі қосылып интерференцияланады. Қортқы сыртқы орауыш бетте толқынның біршама интенсивтілігі байқалады.

21 Френельдің зоналық схемасы: 8 жарық көзінен жарық толқындары таралып, сфералық толқындар түзеді. Сол беттің біреуі п болсын. Енді жарық толқынның С - нүктесіндегі эсерін анықтау үшін Френель пікірі бойынша толқындық бетті бірнеше дөңгелек зонаға бөлеміз. Ол үшін С - нүктесін центр етіп алып, М бетке бірнеше сфера сызамыз. Сонда көршілес сфералар радиустары бір - бірінен айырымы жарық толқынына, яғни А/2 - ге: Сонда бұл сфералар толқындық бетті бірнеше сигменттер мен зоналарға бөледі. Көршілес зонаның сэйкес нүктесінен С нүктесіне келген жарық тербелістерінің жолдар айырымы А/2 - ге тең, ягни олар С нүктесіне жеткенде фазалар қарама - қарсы болады. Радиусы ең қысқа шеңбермен шектелген зона ең қысқа зона деп аталады. Оған көршілес бірінші, екінші, үшінші зоналар болып есептелінеді. Жуықтап алғанда барлық зоналардың аудандары бірдей. ds1 ds2 Егер жарық бір саңылаудан емес қатарлас бірнеше саңылаудан өткізілсе, онда байқалатьш дифракциялық жолақгар енсіз және. жарығырақ болады. Олай болса, бірдей өзара параллель орналасқан саңылаулар жиынтығы дифракциялық тор деп аталады. Тордың мөлдір саңылауларының ені: AB=CD=EF=a; мөлдір емес аралықтары: ВС = DЕ =b; а + b = d; d- дифракциялық тордың тұрақтысы немесе периоды.

22

23 Барлық саңылаулардан бастапқы бағытқа ф бұрыш жасай параллель шоқтарында тұрған линзалардан бас фокус жазықтығының бір Т(-) -де жиналады. Яғни экрандағы Т(-) -нің жарықталынуы сол дифракциялынған шоқтар қосылғандағы интерференция нэтижесіне байланысты. Фазалар айыпымы көршілес саңылауладан таралған жарық шоқтарының сәйкес екі шеткі сәулесінің жол айырымына байланысты болады. ( a b) sin d sin Егер жол айырымы жарты толқынның жұп санына тең болса, ф бағыты бойынша таралған көршілес жарық шоқтары қосылғанда бірін бірі күшейтеді де дефракциялық жолақ жарық болады. Дефракцияланған монохромад күшеуі шарты d sin 2k k 2 10 Толқын ұзындығы А = 10 м немесе ІАмстрем (А ) рентген сәулелері кристалды өткенде дифракциялық құбылыс байқалуы керек. Атомдардың бірбірінен қашықтығы 1 А кристал. Бұл жағдайда көлемдік дифракция ток қызметін атқарады. Осы пікірдің математикаиық тркырымын М. Лауэ шығарған болатын. 2 d sin k к = 1,2,3, Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары. 1. Френел белдеулері. 2. Фраунгофер және Френель дифракцисы. 3. Векторлық диаграмма әдісі. ДӘРІС 4 Тақырып 1.5.Толқындық оптика (1/1/1сағ). Дәріс жоспары 1. Жарық дисперсиясы. 2. Поляризация жазықтығының айналуы. 3. Жарықтың жұтылуы. Вавилов-Черенков жарықтың сәулеленуі. Затгың сыну көрсеткіші заттың электр өтімділігімен мынадай байланыстары болады: n Заттың сыну көрсеткішінің жарық толқын ұзындығына X тэуелділігі жарық дисперсиясы деп аталады. n f ( ) Жарық толқындары ұзарғанда, яғни тербеліс жиілігі азайғанда сыну көрсеткішінің кемуі қалыпты дисперсия деп аталады. Ал жарық толқыны қысқарғанда, яғни тербеліс жиілігі артқанда сыну көрсеткіші анамаль дисперсия деп аталады.

24 Заттың сыну көрсеткішінің өзгеруін толқын ұзындығына өзгеруі байланысы заттың дисперсиясы деп аталады. Анамаль дисперсия жарықтың жұтылу жолақтары айқын білінетін газдар мен буларда өткенде білінеді. Анамаль дисперсия 1901 ж. американдық физик Вуд, орыс физигі Рождественский 1912 ж. зерттеді. Жарық сызықтардан түзілген спектр сызықтық деп аталады. Жеке кескіндерінің аралары бірігіп, жалпақ түсті жолақ спектр пайда болса, оны тұтас вектор деп атайды. Сызықтық спекторды дара атомдар береді. Спекторлық сызықтардық әрқайсысы белгілі бір толқын ұзындығына сәйкес келеді. Сызықтық спекторды инартті метал булары береді. Вавилов-Черенков жарықтың сәулеленуі. Совет физигі 1931 жылы академик Вавилов басшылығымен жүргізілген эксперементтерде жүргізілген жарықтың фазалық жылдамдығынан үлкен тұрақты жылдамдықпен қозғалған жағдайда жарық толқындық болатанын анықгады. Черенков радийден шыққаг гамма сэулелер өткенде ерітінділердің жарық шығаруын зерттей отырып гамма сэулелер өткенде еріткіштердің өздері де элсіздеу жарық шығаратынын байқады. Бұл жарықты гамма сэулелер эсерінен сұйықтың атомдарынан бөлініп шыққан шапшаң электр шығаратындығын дәлелдеді. Б^л жарық алға қарай 1 бағытпен таралады. Совет физигі Франк, Талм 1937 ж. бұл құбылысты теория түрінде толық түсіндірді. Электрон көрсетілген бағытта и жылдамдықпен қозгалып бара жатсын. Электрон өріс эсерінен жолдардың молекулалары поляризациялынады жэне жарық толқын шығарады. Толқындық бейне конус тэрізді болып, оның төбесінде электрон тұрған болады. Сфералық толқындардың таралу бағытымен электрон қозғалысы багытының арасында Ө бұрышы пайда болады. п ортаның сыну көрсеткіші cos e n v c vn

25 с вакуумдагы жарық жылдамдығы Жарық толқындарының энергиясы сол затқа енуіне байланысты кемуін жарықтың жұтылуын айтамыз. Егер біртекті заттың бетіне түскен монохромад жарық шоғырының интенсивтілігі Іо болса, оның сол заттан өткеннен кейінгі интенсивтілігі I мына теңцеу арқылы анықталады. І=I п -е l Бугер-Лангер заңы е= жұтылу коэффициенті, l - заттың қалыңцығы Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары. 1. Поляризацияланған жарықты талдау. Жартылай және тортен бір толқын пластикасы. 2. Дисперсияның электрондық теориясы. 3. Дисперсиялық призма. Бөлім 2 Кванттық физика. Дәріс 5 Тақырып 2.1 Жылулық сәуле шығару (1/1/1 сағ). Дәріс жоспары 1. Абсолют қара дененің сәле шығару мәселелері. 2. Квант гипотезасы және Планк формуласы. 3. Жылулық сәуле шығару заңдары. 4. Фотоэффект. 5. Комптон эффектісі. 6. Атомның сызықтық спектрі 7. Бор постулаттары. Сәйкестік ұстаным. r Дененің энергетикалық жарықтануы t жарқырау беттің бір өлшемнен шығатын сәуле ағынымен өлшенеді. Сәулелену тығыздығы: deизл r. T S t d Сәуле шығарғыштықтың қабілетін энергетикалық жарықталынумен байланысы; R 0 r T d.

26 Дененің жұтылу қасиетінің коэффициенті. E погл E пад Дененің шағылу қасиетінің коэффициенті.. отр E E. пад Дененің өткізу қасиетінің коэффициенті:. E прох. E пад Абсолют қара дененің спектрлік сэуле шығарғыштық қабілеті ол сэуленің толқын ұзындығы л мен температурасына тэуелді болады. 4 R Э f, T d T 0 Неміс ғалымы Кирхгоф 1859 ж. термодинамика зандарына сүйеніп дененің сэуле шығарғыштық қабілетін гл сэуле шығарғыштық қабілетіне бл қатынасы дененің табиғатына қатысты болмай барлық денелерге бірдей, сәуле ұзындығы л мен температурасына тэуелді, универсал функция болады деп қорытынды жасады. r, T r, T r, T r, T c... f, T r 8, T 1, T 2, T 3 табиғатта толқын ұзындығына байланыссыз барлық сэулелерді жұтатын абсолют қара дене кездеспейді, сондықтан практикада дененің сәуле жұтқыштық қабілеті дэл 1-ге тең болмайды (0< б <1) Стефан -Больцман және Вин заңдары. Белгілі бір температурада абсолют қара денені эртүрлі толқын ұзындығына сэйкес салыстырса сэуле жұтқыштық қабілетін эксперименттік қисықтардан байқауға болады., T n Т температура артқан сайын әрбір қисықгың тах қысқа толқындар алқабына қарай ығысады. Абсолют қара дененің толық жарқырауы: R Э 0 f 4, T d T

27 1847 ж. неміс физигі Вин ( жж) термодинамика және электродинамика заңцарына сүйене отырып жоғарыда айтылған функциясын мах мэніне сәйкес келетін толқын ұзындығының температураға тэуелділік заңын ашты. Абсолют қара дененің спектрлік сэуле шығарғыштық қабілетінің тах мэніне сэйкес келетін толқын ұзындығы оның абсолют температурасына кері пропорционал: max b T Вин заңының негізінде сэуле шығаратын денелердің өте жоғары температураларын өлшеу эдісі табылады, ол үшін арнайы приборлар арқылы тах энергияға сэйкес холқын ұзындығын біле отырып арқылы температурасын анықтайды. Күн сәулесінің.тах энергияға сәйкес толқын ұзындығы R C T max 1 5 Жарықтың кванттық теоремасы. М. Планк (1858ж-1947ж) 1900 ж. жарық үздік-үздік белгілі бір мөлшерде энергия потенциалдары немесе энергия кванттары түрінде шығарады деп жорып, энергия кванты тербеліс жиілігіне пропорционал. E=hv=hc/ Сэулелену пропорционал түрінде шығатын болғандықтан энергия осцеляторы тек арнаулы дискретті мәндерді ғана қабылдайды. Планк ұсынған болжамды жылулық сэулеленудің планктік теоремасының негізі ретінде қарап ' және статистикалық физика зақдарын пайдалана отырып абсолют қара дененің температураға тэуелділігін дұрыс көрсетіп формула қорытып шығарды. 2 2 hc 1 u, T hc kt e 1 2 ркх К - Больцман тұрақгысы С - вакуумдағы жарық жылдамдығы Планк формуласы арқылы алдындағы графикте көрсетілген қисықтарын толық түсіндіруге болады және ол эксперименттер нэтижесімен сэйкес келеді. Сол сияқты Вин, Стефан-Больцман заңцарымен сэйкес келеді. Фотоэффект Сыртқы фотоэффект дегеніміз жарықтардың әсерінен заттың бетіне элетрондардың бөлініп шығу құбылысы. Фотоэффект заңдары. 1 заңы. Қанығу тоғының күші (фотоэлектондардың саны) бетіне түскен жарық сәулесінің интенсивтілігіне (жұтылған жарық энергиясына) пропорционал.

28 2 заңы. Фотоэлектрондардың бастапқы максимал жылдамдығы жарықтың интенсивтілігіне тәуелді емес, жарықтың тербеліс жиілігіне және металл бетінің қасиетіне тәуелді. 3 заңы. Әрбір заттың өзінің фотоэффектісінің қызыл шекарасы бар Энштейн теңдеуі. Әрбіпбір электрон бір ғана фотонның энергиясын жұтады. Осы энергияның бір бөлігі металдан электрондарды бөліп шығару жұмысына, қалған бөлігі электронның кинетикалық энериясына айналады. 2 m h A max вых 2 Комптои эффектісі. Рентген сэулесі шашыраған кезде олрдың толқындар ұзындығының өзгеруі Комптон құбылысы немесе Комптон эффектісі д.а. Мысалы, атомдарының массапары аздау элемент (Ьі, Ве, С) сол сияқты жеңіл элементтерден құралған заттардан шашыраған қаталдау рентген сэулелерінің құрамында толқынның ұзындығы бастапқы түскен сэулелерді жэне толқын ұзындықтары одан гөрі ұзынырақ сәулелерінің болатындығы анықталды. Классикалық теория бойынша түскен сәулелердің және шашыраған толқын ұзындықтары бірдей болуға тиісті. Кванттық теория тұрғысынан рентген сэулелері фотондардың ағыны болып табылады. эрбір фотонның белгілі бір энергиясы мен импульсі бар. Фотонның заттың электрондармен соқтығысу ретінде фотонның энергиясы мен импульсі азайып электронға ауысады. Рентген сэуленің энергиясы 17,5 кэв. Электрондардың атомдармен байланысын бұза алады. Энергиясы Һ фотон тыныштықтағы массасы т 0 электронмен соқтығысады фотон энергиясының кемуі шашыраған сэуленің толқын ұзындығының өсетіндігін көрсетеді. 2 sin 0 2 2

29 Бор бойынша сутегі атомының теориясы. Бор бойынша сутегі атомының теориясы 1913 жылы Нильс Бор шығарған. Бордың келесі постулаттары бар: Бордың 1-ші постулаты: атомның энергия мәндері сәйкес келетін Е 1, Е 2, Е 3... стационарлық күй деңгейлерін ұзақ уақытқа сақтайды. Стационарлық күйдегі атом энергия жұтпайды және шашыртпайды. m v r n n h n n 2 Бордың 1-ші постулаты: атом энергиясы қандайда бір стационарлық При переходе атома из состояния с энергией E n в состояние с энергией E m (E n > E m ) излучается один фотон (квант), энергия которого равна: h nm = E n E m Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары. 1. Рэлей-Джинс заңы. Ультрофиолттік апат. 2. Оптикалық пирометрия. Радиациалық, ашық және түстік температура. 3. Атом құрылысы туралы көз-қарастың дамуы. 4. Сутекті тәріздес атомдар. Дәріс 6 Тақырып 2.3. Корпускулді-толқындық қосарлану (1/-/-сағ). 1.Анықталмаушылықтардың қатынасы. 2.Микробөлшектердің толқындық қасиеттері және.анықталмаушылықтардың қатынасы. 3 Толқындық функцияның статикалық мағанасы. Микробөлшектердің бір мезгілде координаты мен импульсін дәл өлшеу мүмкіншілігі жоқ. Толқындық механикада мынадай принцип бар: электронның немесе кез-келген ұсақ бөлшектердің орнын және импульсін бір мезгілде дэл өлшеуге мүмкін емес.сондықтан Гейзенбергтің анықталмаушылық қатынасы: p x бұдан x m Ал импульстің мэні дэл өлшенсе, онда координаттың бір мэні болмайды. Себебі Ах»оо. Сөйтіп ғылыми материалистік тұрғыдан қарағанда траекторияның, координаттың, жылдамдықтың белгілі бір шектері бар болғандықтан олар материяның ерекше қасиеттерін сипаттай алмайды. Гейзенбергтің анықгамаушылық теңсіздіктеріндегі Планк тұрақтысы һ өте аз шама

30 болғаңдықтан координаттар мен анықталмаушылығы тек элементар бөлшектерде ғана анық білінеді де, ірі бөлшектерде байқалмайды. Энергияның анықталмаушылық қатынасы: Е t Көптеген тэжірибелердің нәтижелері XX ғасырдың бас кезінде жаңа теорияның, яғни кванттық механиканың дамуына экеліп соқты. Бұл теорияда ұсақ бөлшектердің қозғалу зандары мен өзара эсерлесуі олардың толқындық қасиетіне байланысты болатындығы анықталады. Оның негізгі 1900 ж. ащылған Планктың кванттық болжамы болып есептелінеді. Австрия физигі Шрейденгер ( жж) көптеген еңбектері кванттық механика теориясын дамытты. Егер де бір атом ішіндегі бөлшектердің қозғалысын зерттесек, онда осы қозғалысқа байланысты. Толқындық қозғалысты қарастыруымыз керек. Ол қозғалыс толқындық функциясымен, яғни у функциясымен сипатталады. Ықтималдық шамасы: dw = Ψ 2 dv (20.1) Ψ 2 ықгималдықтың тығыздығын сипаттайды. Сонымен кеңістіктің белгілі бір нүктесіндегі бөлшектің шын мэніндегі болуы толқындық функцияның нормалану шартына сэйкес 1-ге тең болады 2 dv 1, Кванттық механиканың негізгі теқдеуі болып толқындық функцияға арналған Шрейденгердің 1926 ж. ашқан ұсақ бөлшектер күйін сипатгайтын теңдеуі жатады. Бұл теңдеу бұрыннан белгілі қатынастардан қорытылып шығарылмай, тек көптеген тәжірибелердің нэтижелерінен табылады. Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары. (тақырып 2.3) [1,2,3,4,5] 1. Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов. 2. Джермера и Дэвиссона әдісі. Дәріс 7 Тақырып 2.4 Шредингердің стационарлық және уақыт бойынша күй теңдеуі (1/1/- сағ). Дәріс жоспары 1. Шредингер теңдеуі 2.Потенциалдық шұңқырдағы бөлшектің күйі.

31 Элементар бөлшек бір өлшемді шексіз терең шұңқырдың ішінде қозғалыста болсын. Қозғалысы X координата бойымен бағытталсын, сонда бөлшектің қозғалысы қабырғалары х=0 жэне х=ё шектелген тік бұрышты потенциалдық шұңқырдың ішінде бағытына сәйкес, оның потенциалдық энергия шұңқырдың шіінде и=0, ал координаталары х<0 және х>с! болатын сыртқы жақтарындағы потенциалдық энергия мәні оо өседі. Бөлшек X осі бағытымен қозғалыста болғандықтан, ү функциясы осы бір координатта тэуелді бағытына сәйкес: Потенциолдық шұңқырдағы микробөлшектің энергиясы кванталады, ал оның энергиялық спектры үзікті.микробөлшектің энергиясы нөлге тең 2 h емес,оның ең аз мөлшер імынаған тең : Е0 2. 8ma Туннелдік эффект. Туннелдік эффектінің мәні бөлшектің потенциолдық бөгет арқылы өту мүмкіндігі болып табылабы. Туннелдік эффектіні сипаттау үшін потенциалдық барьердің мөлдірлік коэффициенті I прох деген ұғым енгізілген: D I пад Тікбұрышты потенциалдық бөгеттің биіктігі U 0 және ені L болса бөгеттің мөлдірлігі мына формуламен анықталады: D 0 бірге жуық тұрақты коэффициент Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары (тақырып2) [1,2,3,4,6] 1 Шредингердің стационарлық теңдеуі қандай? 2.Еркін бөлшектердің қозғалысы. Дәріс 8 Тақырып 2.5. Сутегі атомы мен молекуласы үшін Шредингер теңдеуі

32 (1/-/- сағ). Дәріс жоспары 1.Сутегі атомы үшін Шредингер теңдеуі. 2.Сутегі тәріздес атомдар. 3.Кеңістіктік квантталу. 4.Кванттық сан. 5 Паули ұстанымы. Шредингердің стационарлық теңдеуін қанағаттандыратын электронның толқындық функциясы: m Ze E 2 t h r мұндағы m электронның массасы; Е электронның толық энергиясы. Толқындық функцияның энергиясының үзік мәндері: Z me E ( n 1,2,3,...) n 8h 0 Энергияның ең төменгі деңгейі(п = 1) негізгі деп, ал қалған деңгейлер беймаза күйде деп аталады. Электронның күиі төрт шаманың мәндерімен анықталады: энергия, атомдағы электронның импульсының орбиталық моменті импульс моментнің сыртқы магнит өрісінің импульс моментінің бағытына прпроекциясы Импульстің меншікті моменті. Кванттық сандар. Электронның импульс моменті квантталады және мына формула бойынша анықталады: L l l 1 мұндағы l = 0, 1, 2,..., (n-1) орбиталдық кванттық саньное квантовое число. L векторының проекциясы Планк тұрақтысына еселі немесе, L lz m мұндағы m магниттік кванттық сан, оның қабылдайтын мәндері: m = 0, ±1, ±2, ±3,..., ±l, яғни барлығы 2l + 1, мұндағы l орбиталдық кванттық сан. Берілген n ге сәйкес келетін электронның саны n 1 l 0 2 2l 1 n.

33 Кванттық сандар n және l электрондық бұлттың формасы мен мөлшерін сипаттайды, ал кванттық сан т электрондық бұлттың кеңістіктегі бағдарын анықтайды. Электронның күйін сипаттаушылар: l = 0, s- күйі деп аталады. l = 1, р-күйі деп аталады. l = 2, d- күйі деп аталады. l = 3, f- күйі деп аталады. Электронның меншікті импульс моменті де квантталады: L S s s 1 мұндағы s = 1/2 кванттық сан, спиндік кванттық сан деп аталады. L векторының өріс бағытындағы проекциясы L sz квантталып келесі формула бойынша анықталады. L SZ m S мұнда m s санының екі мәні ғана алынады: m s = ±(1/2) Сонымен, электронның 4 кванттық сан арқылы анықталады. n = 1, 2, 3,... бас кванттық сан l = 0, 1, 2,..., (n-1) орбиталық кванттық сан m = - l,..., -2, -1, 0, +1, +2,..., +l магниттік кванттық сан m s = ±(1/2) спиндік кванттық сан. Паули ұстанымы: Атомның төңірегіндегі электрондардың 4 кванттық сандарының бірдей болып келуі мүмкін емес. 2 электронның бір мезгілде бірдей кванттық сандарға ие болуы мүмкін емес. Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары 1. Сутегі молекуласы. 2. Иондық және коваленттік байланыс. 3. Екіатомды молекуланың электрондық термі. ДӘРІС 9 Тақырып 2.6.Кванттық электрониканың элементтері (1/1/1 сағ). Дәріс жоспары. 1. Тосын және еріксіз сәуле шығару. 2. Лазерлер.. Молекула немесе атом электроиагнитік толқындарды қабылдап төменгі энергетикалық деңгейден жоғарғы энергетикалық деңгейге анықталады. Бұл кезде энергияның жұту процесі өтеді. Ал жоғары энергетикалық деңгейден төменгі энергетикалық деңгейге ауысқанда еріксіз кванттық сәуле шығарады:

34 мұндағы h = E j E i, E j и E i электрондар ауысатын деңгейлердің энергиялары. Егер зат энергияны жұтса /мысалы, фотонды/, онда оның атомы мен молекулалары өз бойына артық энергияны жинап беймаза күйге түседі. Атом, ион немесе молекула өзінің осы беймаза күйінен энергиясы төмен деңгейдегі күйіне өз ырқымен тосынан /спонтанно/ және еріксіз /вынужденно/ ауыса алады, ауысу кезінде шығарған сәуле жиілігі мына өрнек бойынша анықталады һ =Е 2 -Е 1, (1) мұнда: һ- Планк тұрақтысы; - сәуленің тербеліс жиілігі; Е2, Е1 - атомның энергиялық деңгейлері; һ - квант энергиясы. Бұл энергиялық деңгейлердің арасындағы ауысу кезінде атомға сыртқы ортадан әсер еткен электромагниттік өрістің квантына қосарлана қосымша квант шығады. Өз ырқымен тосынан сәуле шығару квантының бағыты кезкелген жаққа бағыталса, еріксіз сәуле шығару квантының бағыты сыртқы электромагниттік өріс квантының бағытына сәйкес келеді және сыртқы сәуле кванты мен еріксіз шыққан сәуле квантының тербелістерінің а/ кванттың жұтылуы б/ тосын сәуле шығару hv

35 в/ еріксіз сәуле шығару hv hv - энергиясы Е і, мазасызданбаған атом hv - энергиясы Е, беймаза атом і фазасы, поляризациясы және жиіліктері бірдей, яғни екі квант бір-біріне толық ұқсас болады. Сыртқы электромагниттік сәуленің әсерінен атомның энергиясы тек жоғарғы деңгейден төменгі деңгейге ғана ауысып қоймайды, сонымен қатар төменгі деңгейден энергиясы жоғарғы деңгейге де ауыса алады, тек соңғы жағдайда квант жұтылады. Квант энергиясын шығаратын ауысулар мол болуы үшін энергиялық деңгейі Е жоғары және өзырқымен төменгі деңгейге ауыса алатын беймаза күйдегі, яғни жоғары энергиялық деңгейдегі атомдар мен молекулалардың саны көп болуы шарт. Термодинамикалық тепе теңдік кезінде молекулаларды олардың энергиялық күйіне қарай жіктеу Больцман заңы бойынша атқарылады. N=N 0 e -E/kT, мұнда: N - ортадағы энергиялық күйі Е температурасы Т молекулалардың саны; N 0 - осы Т температурадағы негізгі күйдің молекулаларының саны. Егер қандайда болмасын әдіспен заттың көп молекулаларының энергиялық деңгейі молайтылған /инверсионная населенность/ болса, онда жоғарғы деңгейден төменгі деңгейге ауысудың саны көп болады.бұл - затқа келіп түскен

36 сәуле квантының /һv/ сол заттың ішінде өзіне ұқсас кванттарды /һv/ туғызып көбейуіне, яғни затқа сырттан түскен сәуленің күшейуіне әкеледі. алдынғы айна Р=50% анод катод артқы айна Р=100% жазық поляризацияланған сәуле б белсенді элемент He-Ne қоспасы Заттың жоғарғы деңгейлі энергиялық күйін белсенді күй деп, ал белсенді күйдегі ортаны белсенді орта деп атайды. Жоғары энергиялық деңгейдегі молекулалар /атом немесе иондар/ санын сырттан энергия беру арқылы көбейтуді инверсиялық нығыздау /накачка/ деп атайды. Нығыздау тәсілдері әртүрлі және ол лазер түрлеріне байланысты. Нығыздау процесін үш деңгейлі лазердің мысалынан көруге болады. Молекулалар 1 - энергиялық деңгейден ІІ - энергиялық деңгейге ауысуы үшін, сырттан келген сәуле квантының көмегімен, электрондар әуелі 1 - энергиялық деңгейден ІІІ - деңгейге ауысады. Бұл ІІІ - деңгейдегі электронның тұрақтап тұру уақыты, яғни электронның бұл беймаза күйде болу уақыты өте аз / 10-8 c/ болуы қажет. Электрондардың ІІ - деңгейде тұрақтау уақыты 10-8 с дан көбірек /айталық 10-3 с/, сондықтан электрондар өзықтиярымен сәуле фотонын

37 III II нығыздау лазер сәулесі I шығармай-ақ ІІІ - деңгейден беймаза уақыты көбірек ІІ - деңгейге /метастабильный/ ауысып жиналады және өте күшті нығыздау болған кезде ІІ - деңгейдегі элоктрондар саны І - деңгейдегіден көп артық болады. Бұл ІІ - деңгейден І - деңгейге электрондардың ауысып, фотон тасқынын шығаруының мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Дегенімен оптикалық тербелістің туындауы тек еріксіз сәуле шығару бір рет қана пайда болмай, одан кейін де жиі қайталанып отырған жағдайда ғана өтеді. Бұл процесс өтуі үшін белсенді орта оптикалық резонатор /үндестіргіш/ ішіне орналасады. Оптикалық үндестіргіш - екі айнаның арасына орналастырған белсенді орта. Айналар жазық, дөңес және ойыс болып келеді. Олардың сәулені шағылыстыру коэффициентінің жоғары болуы - аса керек қасиет. Мұнда шағылыстырғыш қабілеті жоғары және жарықты жүтпайтын, көп қабатты диэлектрлік жамылғышы бар айналар қолданылады. Бірінші айнаның сәулені шағылыстырғыш коэффициенті 0,5 /50%/, ал екінші айнанікі 0,98 / 100%/ тен кем болмайды. Айналардың оптикалық

38 белсенді орта лазер сәулесі жартылай мөлдір айна р=50% мөлдір емес айна р=100% оптикалық резонатор бетінің тегістелуі оған түсетін жарық толқының 1/100 бөлігіндей дәлдікпен өңделуі және айналардың бір - біріне өте дәл параллель орналасуы қажет. Параллель еместігі ең көп болғанда 5 бұрыштық секундтан аспауы керек. Сырттан кванттық энергия алған активтік ортадағы электрондар атомның инверсиялық жинақталу деңгейіне ауысады. Бірақ бұл күйде тұру уақыты өте аз болғандықтан олар қайтадан бір мезгілде өз орнына ауысады, осы кезде активті орта жиіліктері бірдей бірнеше кванттарды шығарады.бұл кванттық сәулесін лазер сәулесі деп атайды. Лазерсәулесін алу оптикалық резонаторладың көмегімен іске асады. Бұл құрылымды лазер деп атайды.. «ЛАЗЕР» атауы ағылшын тілінен шыққан Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) еріксіз жарық шығарудың көмегімен сәулені күшейту. Лазердің түрлері: 1.Активтік ортаға байланысты: қатты, жартылай өткізгіштік, сұйық және газ. 2. Нығыздалу әдісіне байланысты: оптикалық, жылулық, химиялық және газодинамикалық. Жұмыс тәртібіне байланысты: үзілісіз және импульсті. Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары

39 1. Гелий-неон және рубин лазерінің жүмысы. ДӘРІС 10 Тақырып 2.7. Кванттық статистика. (1/1/- сағ). Дәріс жоспары 1. Фазалық кеңістік. Элементар ұяшық. Күй тығыздығы. 2.Нернст теоремасы және оның салдары. 3. Бозе-Эйнштейн және Ферми Дирактың кванттық статистикалары туралы түсінік. 4. Квазибөлшектер олардың анықтамалары және түрлері. Толқындық функцияның симметриялық сипаттамасы бөлшектрің спинімен анықталады. Осыған байланысты бөлшектер екі түрге бөлінеді: 1.Жартылай спинді бөлшектер (электрон, протон, нейтрон) антисимметриялық толқындық қасиетпен сипатталады да Ферми Дирак статистикасына бағынады. Бұл бөлшектреді фермиондар деп атайды. 2. Нолдік және бүтін спинді бөлшектре симметриялық толқындық функциямен сипатталады да Бозе Энштейн статистикасына бағынады, бұл бөлшектре бозондар деп атайды. Бозе-Энштейн статистикасының өрнегі: 1 Ni ( E ) / kt e i 1 мұндағы μ химиялық потенциал, ол бөлшектің тығыздығы мен температурасымен анықталады. Ферми-Дирак статистикасының өрнегі: Мұндағы μ оң мәнге ие болады. 1 Ni ( E ) / kt e i 1 Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары 1. Нернст теоремасы және оның салдары. Квазибөлшектер және оның түрлері. ДӘРІС 11 Тақырып 2.8. Қатты денелер физикасы (1/-/- сағ). Дәріс жоспары. 1. Құрылымдық кристаллографияның элементтері. 2. Кристалл торының жылу сиымдылығы.фонондық газ. Кванттық жылу сиымдылық туралы түсінік. Фонондар.

40 Энштейн кристалл торларындағы атомдардың тербелісін тәуелсіз деп есептеген. Кейінірек бұл теорияны Дебай дамытып тәуелсіз тербеліс туралы қорытындыны жоққа шығарды. Дебайдың түсінігі бойынша төменгі жиілікті тербелістер серпімді толқынға сәйкес келеді. Сондықтан қатты денелердегі жылулық беймаза күйі серпімдік толқындар арқылы сипатталады. Кристалдардағы осы серпімді тербелістер дыбыс толқынның энергиясының кванты фонондар деп аталады. Фонодар квазибөлшектре болып есептеледі, олар өздерін микробөлшектерге ұқсас күйде ұстай алады. Сондықтан серпімді толқындардың квантталуы фонондар туралы көз-қарастың қалыптасуына әкелді. Квази бөлшектрдің басқа бөлшектреден айырмашылығы олар жүйенің өзараәсерлесуші бөлшектерінің коллективімен байланысты. Олар вакуумде өмір сүре алмайды. Фонондар шығарылады, бірақ оның саны сақталмайды. Қатты денелердің жылу сиымдылығы Дюлонг және Пти заңымен анықталады, ол төменгі температурада термодинамикалық температураның кубына пропорционал болады. Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары 1. Кристалдық құрылымды зерттеу әдісі. Металдардың жылу өткізгіштігінің өлшемдік эффектісі. ДӘРІС 12 Тақырып 2.8. Металдардың электр өткізгіштігі (1/1/1сағ). Дәріс жоспары. 1. Ферми деңгейі. Ферми беті. 2. Металдардың элетр өткізгіштігі. 3. Тоқ тасымалдаушылар квази бөлшек ретінде. 4. Кристалдардағы энергиялық белдеулер. Металдардағы электр өткізгіштігін Ферми Дирак таралуына бағынатын идеал газ деп қарастыруға болады. Егер μ 0 дегеніміз Т = 0К дағы газдың химиялық потенциалы болса энергиясы Е электронның кванттық күйдегі орташа саны келесі өрнекке тең: 1 Ni ( Ei 0 ) / kt e 1 N ( E) Яғни Т = 0 болғанда таралу функциясы 1, егер Е < μ 0 және N ( E) 0. Электрондармен толыққа ең жоғарғы энергетикалық деңгейдегі деңгей Ферми деңгейі деп аталады. Идел газдың тығыздығы жоғарлаған сайын Ферми деңгейі де жоғары болады. Электронның шығу жұмысын потенциалдық