Metrologia

FIZIKA JONIZOVANIH GASOVA

Semestar: VII 2+2

1. Uvodno poglavlje.

Jonizovani gasovi u prirodi (Kosmosu i laboratoriji). Jonizacija zemljine atmosfere (jonizacioni slojevi). Osnovne strukturne karakteristike atoma i molekula. Termodinamička ravnoteža (princip detaljnog balansa). Maksvelova i bolcmanova statistika. Slobodna difuzija (samodifuzija i medjusobna difuzija). Provodjenje toplote u gasovima.

Disocijacija molekula i disocijativna ravnoteža u molekularnim gasovima. Raspodela molekula po vibracionim i rotacionim stanjima u ravnotežnom stanju. Prenos energije kod elastičnog sudara elektrona sa teškom česticom. Elementi neravnotežne statističke fizike, konetička jednačina.
2. Elementarni procesi.

Ekscitacija elektronskim udarom i fotojonizacija. Termalna ekscitacija u ravnotežnom stanju. Jonizacija elektronskim udarom i fotojonizacija. Termalna jonizacija u ravnotežnom stanju (stepen jonizacije). Sudaru druge vrste u gasu. Pripajanje elektrona. Rekombinacija elektrona u gasu. Termoelektronska emisija sa površina. Emisija elektrona pod dejstvom polja. Sekundarna emisija elektrona. Ambipolarna difuzija. Pokretljivost.

3. Umnozavanje naelektrisanja i električni proboj gasa.

Umnožavanje u električnom polju. Jonizacioni koeficienti. Potencijal paljenja i proboj. Verovatnoća električnog proboja. Statički probojni napon. Vreme kašnjenja električnog proboja.

4. Vrste električnog praznjenja.

Tamno pražnjenje, uslovi i karakteristike. Korona pražnjenje. Normalno tinjavo pražnjenje (u/i-karakteristika, svetle i tamne zone). Vrste tinjavog pražnjenja. Radijalna i aksijalna raspodela naelektrisanja u pozitivnom stubu tinjavog pražnjenja. Granični slojevi. Lučno pražnjenje, pozitivni stub, termalne i optičke karakteristike. Proboj naizmeničnim električnim poljem. Visokofrekventni proboj. Mehanizam proboja na visokom pritisku. Atmosfersko pražnjenje.

5. Dijagnostičke metode.

Dijagnostika pozitivnog stuba električnim metodama (merenjem u/i-karakteristike, elektrostatičkim sondama i merenjem vremena kašnjenja proboja). Dijagnostika pozitivnog stuba električnog pražnjenja spektroskopskim metodama (merenjem intenziteta i profila spektralnih linija i merenjem kontinuuma zračenja).

6. Prinema gasnih praznjenja.

Gasni laseri, fizičke osnove dinamike rada gasnih lasera. Atomski He-Ne-laser, molekularni CO₂ -laser i laser sa optičkom pobudom Hg-laser. Gasni izvori svetlosti, zahtevi i principi rada, (Na-lampe niskog i visokog pritiska, Hg-lampe niskog i visokog pritiska, Halogene lampe). GM-brojači.

Vežbe: Laboratorijske.

Uslovi za polaganje ispita: Redovno pohadjanje nastave i izvršena merenja u laboratoriji.

Način polaganja ispita: Usmeno.

FIZIKA ČVRSTOG STANJA
Semestri: VII 2+1+1

VIII 3+2+1

1. Osnovi elektronske teorije metala.

Modeli slobodnih elektrona.

Drudov (klasican) model. Jednosmerna električna provodnost metala. Holov efekat i magnetootpornost. Naizmenična električna provodnost metala. Toplotna provodnost metala.

Zomerfeldov (kvantno-mehnicki) model. Specifična toplota gasa slobodnih elektrona. Provodnost metala. Elektronska emisija. Termoelektronska emisija. Šotkijev efekat. Emisija elektrona indukovana poljem. Foto emisija. Kontaktni i Galvanski potencijal. Magnetna susceptibilnost slobodnih elektrona.
2. Kristalno stanje.

Osnovni pojmovi Opisivanje kristalne strukture. Recipročna rešetka. Odredjivanje kristalnih struktura. Laueova difrakciona jednačina. Faktori koji odredjuju intenzivnost maksimuma kod difrakcije rendgenskog zraka od kristalne rešetke. Eksperimentalne metode. Laueov metod. Metod obrtnog kristala. Metod kristalnog praha. Klasifikacija Braveovih rešetki i kristalnih struktura. Elementi teorije grupa. Nesvodljive (ireducibilne) reprezentacije. Karakter tabela. Elastična svojstva kristala. Medjuatomsko dejstvo i energija povezivanja u kristalima. Tečni kristali.

3. Elektronska stanja i zonska struktura.

Blohovi elektroni. Uticaj periodičnog potencijala na elektronske nivoe. Funkcija stanja, Blohova ili talasna funkcija. Broj elektronskih stanja ili dozvoljene vrednosti za . Osnovne karakteristike strukture energijskih zona. Fermijeva površina. Odredjivanje Fermijeve energije. Gustina nivoa, broj dozvoljenih , broj kvantnih stanja.

Modeli skoro slobodnih elektrona. Zonska struktura slobodnog elektrona u slabom periodičnom potencijalu. Energijski nivoi u blizini pojedinih Bragovih ravni.

Model čvrstog povezivanja. Zonska struktura. Gustina stanja. Fermijeva energija. Energijske zone. Briluenove zone. Metod za izračunavanje zonske strukture. Elektron-elektron interakcija.
4. Mrežne vibracije.

Klasična teorija harmonijskog kristala. Specifična teorija klasičnog kristala. Dulong-Ptitov zakon. Odredjivanje disperzionih jednačina za harmonski kristal. Normalni modovi jednodimenzionalne monoatomske Braveove mreže. Normalni modovi rešetke sa dva jona po primitivnoj ćeliji. Normalni mod monoatomske Braveove tridimenzionalne rešetke. Veza izmedju vibracija atoma i teorije elastičnosti.

Kvantna teorija harmonskog kristala. Specifična toplota. Specifična toplota na visokim temperaturama. Specifična toplota na niskoj temperaturi. Debajev model. Ajnštajnov model. Fononska i elektronska specifična toplota. Gustina normalnih modova (gustina fononskih nivoa). Analogija sa teorijom zračenja crnog tela (Uporedjivanje fotona i fonona). Merenje fononskih disperzionih relacija . Elektromagnetno rasejanje u kristalu.


5. Električne i toplotne osobine.

Sudari i rasejanja. Provodnost. Električna provodnost. Toplotna provodnost. Lorencov broj. Poluklasicna teorija provodnosti u metalima. Aproksimacija relaksacijskog vremena. Izračunavanje neravnotežne funkcije raspodele Provodnost. Jednosmerna električna provodnost. Osobine provodnosti. Naizmenična električna provodnost. Toplotna provodnost. Termoelektricna snaga (toplotna snaga) metala, Q. Tomsonov efekat. Peltierjev efekt. Termoelement.

Transportni fenomeni. Provodnost. Verovatnoća rasejavanja.

Jednačine Bolcmana. Električne i toplotne osobine. Videman Francov zakon i Matisonovo pravilo.
6. Poluprovodnici.

Uvod. Primesna stanja. Donori. Akceptori. Poluprovodnička statistika. Električna provodnost, pokretljivost. Efekti magnetnog polja. Zonska struktura realnog poluprovodnika. Visoko električno polje. Optičke osobine. Fotoprovodnost. Luminiscencija. Difuzija nosilaca naelektrisanja. Difuziona jednačina za jedan tip nosilaca. Difuziona jednačina za dva tipa nosilaca. p-n spoj.

7. Superprovodnost.

Osnovne osobine superprovodnosti. Peristentne struje. Termoelektrične osobine. Majsnerov efekat. Kritično polje. Termodinamika superprovodnika. Specifična toplota i energijski procep. Izotopski efekat. Kuperovi parovi. Teorije superprovodnosti. Londonova teorija. Londonova jednačina. Dubina prodiranja magnetnog polja. Ginzberg-Landauova teorija. Dužina koherencije i dubina prodiranja kod superprovodnika. Vorteksi. Prsten, superprovodni magnet.

8. Dielektrične i optičke osobine čvrstog.

Uvod. Lokalno polje. Izvori polarizibilnosti. Dipolarna ili orijentacijska polarizibilnost. Dipolarna disperzija (rasturanja). Dipolarna polarizacija u čvrstom. Jonska polarizibilnost. Elektronska polarizibilnost i disperzija. Klasično razmatranje. Kvantno razmatranje. Piezoelektricitet.

Feroelektricitet. Mikroskopski model. Feroelektrični modeli.
9. Magnetizam.

Uvod. Magnetska susceptibilnost. Klasifikacija materijala. Dijamagnetizam i paramagnetizam. Atomsko poreklo magnetizma. Lanževenov diamagnetizam. Paramagnetizam.

Izračunavanje atomske susceptibilnosti Osnovno stanje jona sa delimično popunjenim ljuskama. Susceptibilnost izolatora sa punim ljuskama. Susceptibilnost jona izolatora sa delimično popunjenim ljuskama. Magnetizacija identičnih jona sa angularnim momentom Toplotne osobine paramagnetnih izolatora. Adijabatska demagnetizacija. Susceptibilnost metala: Paulijev paramagnetizam. Elektronske interakcije i magnetne strukture. Izračunavanje magnetnih dipolnih interakcijskih energija. Magnetne osobine dvoelektronskog sistema: singulet i triplet stanja. Magnetne interakcije u slobodnom elektronskom gasu.

Magnetska uredjenost. Feromagnetizam u izolatorima. Molekularna teorija polja. Fizičko poreklo molekularnog polja. Antiferomagnetizam i ferimagnetizam. Feromagnetizam u metalima. Feromagnetni domeni. Magnetizacioni proces.

10. Magnetna rezonancija.

Uvod. Rezonancija. Relaksacija. Maser.

Nulearna magnetska rezonancija.
11. Defekti i dislokacije.

Defekti. Vakancije. Difuzija. Centri obojenosti. Dislokacije.

Uslovi polaganja ispita: Uradjene i overene laboratorijske vezbe.
Način polaganja ispita: Pismeno i usmeno. Pismeni deo ispita je eliminatoran.

Literatura

1. Lj. Miljković, Fizika čvrstog stanja, Univerzitet u Nišu, 1993

2. N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, Solid State Physics, Saunders, Philadelphia, 1976

3. Č. Kitel, Vvedenie v fiziku tverdogo tela, Nauka, Moskva, 1978

4. G. Burns, Solid State Physics, Academic Press,Inc., London,1985.