G1031322 - Física Cuántica I (Fundamentos de Física) - Curso 2013/2014
Información
- Créditos ECTS
- Créditos ECTS: 6.00
- Total: 6.0
- Horas ECTS
- Clase Expositiva: 24.00
- Clase Interactiva Seminario: 24.00
- Horas de Titorías: 3.00
- Total: 51.0
Outros Datos
- Tipo: Materia Ordinaria Grao RD 1393/2007
- Departamentos: Física de Partículas
- Áreas: Física Atómica, Molecular e Nuclear
- Centro: Facultade de Física
- Convocatoria: 1º Semestre de Titulacións de Grao/Máster
- Docencia e Matrícula: null
Profesores
| Nome | Coordinador |
|---|---|
| Adeva Andany, Bernardo. | SI |
| CORTINA GIL, MARIA DOLORES. | NON |
Horarios
| Nome | Tipo Grupo | Tipo Docencia | Horario Clase | Horario exames |
|---|---|---|---|---|
| Grupo /CLE_01 | Ordinario | Clase Expositiva | SI | SI |
| Grupo /CLE_02 | Horarios | Clase Expositiva | SI | NON |
| Grupo /CLIS_01 | Ordinario | Clase Interactiva Seminario | SI | NON |
| Grupo /CLIS_02 | Ordinario | Clase Interactiva Seminario | SI | NON |
| Grupo /TI-ECTS01 | Ordinario | Horas de Titorías | NON | NON |
| Grupo /TI-ECTS02 | Ordinario | Horas de Titorías | NON | NON |
| Grupo /TI-ECTS03 | Ordinario | Horas de Titorías | NON | NON |
| Grupo /TI-ECTS04 | Ordinario | Horas de Titorías | NON | NON |
| Grupo /TI-ECTS05 | Ordinario | Horas de Titorías | NON | NON |
Programa
Existen programas da materia para os seguintes idiomas:
Obxectivos da materia
O obxectivo desta materia é lograr unha comprensión da ecuación de Schrödinger, do principio de indeterminación, do tamaño finito dos átomos e, en xeral, das leis de movemento dos corpos na escala atómica, molecular e nuclear. Dado que estas contradicen esencialmente os principios que o alumno estudou en Física ata o momento, é necesario revisar a fondo unha serie de ideas comúns, tanto en Mecánica como en Electromagnetismo. Danse a coñecer as propiedades ondulatorias do movemento, e a existencia dunha fase asociada con el, ata comprender a estrutura do átomo.
Otro obxetivo central da asignatura é comprender a idea e interpretación estándar da función de ondas. O efecto túnel, a interferencia cuántica, e o momento angular son obxetivos asimesmo esenciales dela. Resolverase analíticamente o problema do oscilador armónico e do átomo hidrogenoide sin espín. Outro obxetivo non menor da asignatura e comprender o cálculo do número de estados cuánticos por unidade de enerxía, e a dexeneración cuántica. Introducirase o espín do electrón.
Contidos
I) LOS PRINCIPIOS DE LA MECÁNICA CUÁNTICA
La potencia radiada por una carga acelerada.
El principio de cuantificación de la acción para ondas y partículas.
Las fluctuaciones cuánticas, el radio de Bohr y la energía de Rydberg.
La fórmula de Bohr y la ley de Balmer. Estados cuánticos en átomos multielectrónicos.
El efecto fotoeléctrico.
El experimento de Frank-Hertz.
La radiación de frenado y la emisión de rayos X.
El efecto Compton. La difracción de Laue.
La hipótesis de DeBroglie y el experimento de Davisson y Germer.
Los experimentos de doble rendija.
II) LA MECÁNICA CUÁNTICA ONDULATORIA
La hipótesis de propagación de Feynman para intervalos de tiempo muy breves.
La ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo.
Concepto de función de ondas e interpretación física.
La transformación de Fourier: inversión e invariancia de escala del producto escalar.
Magnitudes observables y operadores. Ejemplos.
Cálculo del valor medio y de la dispersión de una magnitud observable.
El principio de indeterminación de Heisenberg.
Los estados estacionarios de la energía: ecuación de autovalores.
Propagación temporal de estados no estacionarios.
La física cuántica en el dominio relativista.
Extensión a tres dimensiones de todas las ideas anteriores
La cavidad de paredes planas impenetrables en una y tres dimensiones
El oscilador armónico: espectro y funciones de onda
El salto de potencial: coeficientes de reflexión y de transmisión
La barrera de potencial: transmisión resonante y efecto túnel
El efecto túnel en Física : algunos ejemplos notables
III) SISTEMAS RADIALES EN TRES DIMENSIONES
El momento angular en la Física Cuántica:
El momento angular orbital L: efectos de la indeterminación.
Los operadores L2 y Lz y su espectro cuántico de autovalores.
Los armónicos esféricos y su representación polar.
La ecuación de Schrodinger radial y la barrera centrifuga.
El átomo de hidrógeno:
Resolución de la ecuación de Schrodinger con el potencial de Coulomb para energías negativas.
Estados estacionarios y funciones de onda del átomo de hidrógeno.
Idea de la densidad de probabilidad radial.
Ejemplos de átomos de tipo hidrogenoide.
El experimento de Stern-Gerlach.
La función de ondas de las partículas de espín 1/2.
Bibliografía básica e complementaria
Libros de texto:
J. S. TOWNSEND, Quantum Physics, University Science Books, 2009.
V. MITIN, D. SEMENTSOV, N. VAGIDOV, Quantum Mechanics for Nanostructures,
Cambridge University Press, 2010
David A. B. MILLER, Quantum Mechanics for Scientists and Engineers,
Cambridge University Press, 2008
TIPLER, P.A. , Física Moderna, Editorial Reverte
KRANE, K., Física Moderna, Editorial Limusa
EISBERG, R. y RESNICK,R. Quantum Physics, Wiley Ed. (edición en inglés)
SANCHEZ DEL RIO,~C. y otros, Física Cuántica, Ed. Pirámide (octubre 2008)
J. SANCHEZ-GUILLÉN y M. A. BRAUN, Física Cuántica. Alianza Universidad, 1993.
Lecturas adicionais:
J. J. Sakurai, Modern Quantum Mechanics, University of Bangalore Press (1997).
R. P. Feynmann, Física Vol. III, Mecánica Cuántica. Fondo Educativo Interamericano (1965).
Competencias
A competencia que o alumno adquire nesta asignatura é coñecer e utilizar a ecuación de Schrödinger e as ideas xerais da formulación de Feynman da Mecánica. Estas son as ferramentas básicas para poder abordar un estudo posterior de calquera rama da Física, así como para poder desenrolar calquera actividade de investigación e desenvolvemento relacionada ca materia atómica ou nuclear, a radiación e os dispostivos relacionados con elas.
Metodoloxía da ensinanza
Seguiranse as indicacións metodolóxicas xerais indicadas na Memoria do Título de Grao en Física pola USC. Concretamente, a docencia distribuiráse en clases de tipo expositivo e de tipo interactivo en grupos mais pequenos, e clases de tutoría individualizadas que serán acordadas cos alumnos. Nas clases expositivas exporánse en detalle na pizarra os temas, e os cálculos necesarios, abrindo a posibilidade de que o alumno formule todo tipo de preguntas. Proxectaránse datos experimentais ou simulacións que sexan relevantes. Nas interactivas resolveránse boletíns de problemas cunha participación activa por parte do alumnado e, eventualmente, poderáse ampliar e/ou profundizar o presentado nas clases expositivas. Nas tutorías ofreceráse unha atención personalizada dacordo coas necesidades de cada alumno.
Sistema de evaluación
A evaluación constará de dúas partes:
-Faráse un seguimento continuo do progreso de cada alumno na asimilación da materia mediante a presentación do seu traballo, a resolución de problemas e exercicios de forma individual ou en grupo. Fomentaráse a discusión co alumno dos aspectos conceptuais da asignatura que se atopan nos problemas e exercicios.
- Faráse un exame escrito final que constará de varios problemas do tipo e nivel dos tratados no curso.
A calificación final será un 75% o exame escrito e un 25% a evaluación continua. Nesta última calificaranse as preguntas realizadas polo alumno, con maior mérito si o son en público, así como o nivel de profundización das súas aportacións nos problemas.
Tempo de estudo e traballo persoal
O tempo de traballo na aula en presencia do profesor é de 51 horas, clasificadas do seguinte xeito:
• 24 horas de clase expositiva en grupo grande.
• 24 horas de clase interactiva en grupo reducido.
• 3 horas de tutoría para cada alumno.
O tempo de traballo persoal autónomo do alumno para conseguir un dominio da materia non debería exceder en xeral do dobre das horas presenciais, é decir, 96.
Recomendacións para o estudo da materia
Recoméndase traballar especialmente os problemas propostos, como autoavaliación sobre o bo entendemento da parte teórica.
A avaliación numérica dos resultados, nas unidades do sistema internacional, xoga un papel esencial nesta materia.
Todas as probas de avaliación requirirán resultados numéricos.
A memorización detallada das fórmulas máis relevantes, unha vez entendidas, axuda á boa asimilación da física cuántica, e facilita a resolución de problemas nun tempo razoable.
Para seguir esta materia, é necesario ter un certo coñecemento das leis da mecánica clásica, das ondas e do electromagnetismo. En matemáticas, é necesario coñecer a álxebra básica dos números complexos, e ter estudado algunhas ecuacións diferenciais.