Metrologia

EKSPERIMENTALNE METODE U FIZICI

Semestri: VII 2+0

VIII 2+2

1. Uvod.

Pojam spektroskopije. Kratak istorijat otkrića vezanih za spektroskopiju. Podela spektroskopije i oblasti primene.

2. Tehnika klasične optičke spektroskopije.

Izvori elektromagnetnog zračenja. Toplotni izvori. Jonizovani gas kao izvor zračenja (tinjavo i lučno pražnjenje, varnica, cevi sa udarnim talasom, pinčevi, plazmeni fokus, laserska plazma, plazmatron). Izvori na mlazevima elektrona (sinhrotronsko, ondulatorno zračenje). Detektori zračenja. Fotografska emulzija. Toplotni detektori (bolometri, termoelementi, optoakustički, piroelektrični). Fotonski detektori (fotoemisioni, fotoelektrični poluprovodničcki). Filtri (apsorpcioni, interferencioni). Klasifikacija i karakterizacija spektroskopskih instrumenata. Instrumenti sa prizmom, sa rešetkom, interferometrijski, modulacioni.

3. Atomska spektroskopija.

Emisija i apsorpcija linijskog zračenja. Verovatnoće prelaza i vreme života. Selekciona pravila. Širenje spektralnih linija. Sistematika atomskih stanja. Rendgenski spektri. Atom u spoljašnjem električnom i magnetnom polju (Zemanov efekat, Štarkov efekat). Izotopski pomak i spinska hiperfina struktura. Kvantni brojevi i struktura atoma. Izgradnja periodnog sistema elemenata. Emisiona, apsorpciona i fluorescentna spektroskopija.

4. Molekulska spektroskopija.

Elektronska, vibraciona i rotaciona energija dvoatomskih molekula. Spektri dvoatomskih molekula. Kontinualni i difuzni spektri. Višeatomski molekuli. Molekulska UV i vidljiva spektroskopija. Infracrvena spektroskopija. Mikrotalasna spektroskopija gasova. Ramanova spektroskopija.

5. Laserska spektroskopija.

Princip rada i podela lasera. Karakteristike važnijih lasera značajnih za spektroskopiju. Laserska apsorpciona spektroskopija. Optoakustička spektroskopija. Optogalvanska spektroskopija. Laserski indukovana fluorescencija. Spektroskopija bez Doplerovog širenja. Saturaciona spektroskopija. Dvofotonska spektroskopija.

Efekti u intenzivnom elektromagnetnom polju. Hladjenje i trapovanje atoma i jona. Merenje vremena života pobudjenih stanja. Indukovano Ramanovo rasejanje. Koherentna anti-Stoksova Ramanova spektroskopija.
6. Magnetna rezonantna spektroskopija.

Magnetna rezonancija na snopovima atoma i molekula. Standardi u metrologiji. Dvostruka rezonancija. Elektronska spinska i nuklearna magnetna rezonancija.

7. Elektronska spektrometrija.

Fotoelektronska spektrometrija, sudarna spektrometrija (spektrometrija energijskih gubitaka, spektrometrija brzih elektrona, spektrometrija koincidencije), Auger-ova elektronska spektrometrija, Pening-ova jonizaciona spektrometrija.

8. Masena spektrometrija.

Statički analizatori. Statički maseni spektrometri. Dinamički maseni spektrometri. Izvori jona. Detektori i prijemnici jona. Metodi registracije jonskih struja i masenih spektara.

9. Fizika vakuuma.

Vakuumski sistemi. Vakuum pumpe. Merenje vakuuma.

10. Fizika niskih temperatura.

Kriogeni fluidi (azot, helijum, vodonik, vazduh). Kriostati. Indikatori.

11. Termometrija.

Termoparovi. Metal-otporni termometri. Poluprovodnički temperaturski senzori (sopstveni i dopirani poluprovodnici, diodni, metal-oksidni, ugljenični termometri). Optička pirometrija.

12. Računar u fizičkom eksperimentu.

Diskretne elektronske komponente. Integrisana kola. Obrada signala. Šum. Filtri. Konvertori. Interfejsi. Delovi računara. Primena u fizičkom eksperimentu.

Način polaganja ispita: Usmeno.

Literatura:

1. V. Lj. Marković, Eksperimentalne metode u fizici, I deo, Klasična optička spektroskopija (PMF, Niš, 2003 ).

2. M. Kurepa, B. Čobić , Fizika i tehnika vakuuma, (Naučna knjiga, Beograd, 1988).

3. R. A. Dunlap, Experimental physics Modern methods (Oxford University Press, New York, 1988).

NUKLEARNA FIZIKA
Semestri: VII 2+2+0

VIII 2+2+2

1. Uvod.

Osnovne etape u razvoju nuklearne fizike. Istrorijski pregled. Prirodna radio- aktivnost i otkriće jezgra. Kvantnomehaničko shvatanje fizičkih procesau mikrosvetu. Elementarne čestice, interakcija i zakoni konzervacije.

2. Prolaz naelektrisanih čestica i zračenja kroz materiju.

Oblici interakcija čestica i zračenja sa materijom. Gubici energije čestice na jonizaciju, domet čestice. Kulonovska interakcija čestica sa jezgrima. Zakočno zračenje. zračenje Vavilova - Čerenkova. Prolaz gama zračenja kroz materiju, fotoefekat, Compto- nov efekat, stavranje parova.

3. Detekcija i spektroskopija nuklearnog zračenja.

Gajger-Milerovi brojači, scintilacioni brojači, poluprovodnički detektori. Vilsonova i mehurasta komora. Magnetni spektrometar.

4. Akceleratori naelektrisanih čestica.

Izvori jona, Van de Graffov akcelerator, linearni akcelerator, fazna stabilnost kod orbitalnih akceleratora, ciklotron, sinhrociklotron.

5. Svojstva stabilnih atomskih jezgara.

Hipoteze o sastavu jezgra, otkriće neutrona, proton-neutronska hipoteza o sastavu jezgra. Naelektrisanje jezgra. Dimenzije jezgra, masa jezgra, defekt mase i energije veze jezgra. Semiempirijska formula (Weizsackera) za odredjivanje energije veze jezgra.
6. Momenti jezgra.

Spin jezgra. Magnetni moment jezgra. Rabijev metod magnetne rezonance. Parnost talasne funkcije jezgra. Kvadrupolni električni moment i oblik jezgra.

7. Modeli atomskih jezgara.

Model kapi. Model Fermi gasa. Model slojeva. Kolektivni model.

8. Radioaktivni raspadi.

Radioaktivnost i zakon radioaktivnog raspada. Sukcesivne radioaktivne transformacije. Prirodna radioaktivnost. Jedinice radioaktivnosti i doza. Statistički karakter radioaktivnog raspada. Alfa raspad: energijski bilans, mehanizam alfa raspada. Beta raspad: Fermijeva teorija beta raspada, nekonzervacija parnosti. Gama raspad: elektromagnetni prelazi, multipolnost i verovatnoća prelaza, interna konverzija, Mossbauerov efekat.

9. Nuklearne reakcije.

Osnovne karakteristike nuklearnih reakcija, energija reakcije, vrste reakcija. Zakoni održavanja u nuklearnim reakcijama, prelazak izmedju laboratorijskog sistema i sistema centra masa. Mehanizmi nuklernih reakcija, model složnog (“compound”) jezgra, širina stanja i srednji život Breit-Wignerova formula.

10. Nuklerna fisija i fuzija.

Otkriće fisije. Fizički procesi pri fisiji. Elementarna teorija fisije. Nuklearni reaktori. Termonuklearna fuzija u svemiru i laboratorijskim uslovima.

11. Nuklearne sile.

Osnovne karaktristike nuklearnih sila, jačina, nezavisnost od naelektrisanja nukleona, zavisnost od spina, necentralnost i tenzorski karakter, zasićenje, izmenski karakter.Mezonska teorija nuklearnih sila. Unutrašnja struktura nukleona, pojam izospina, sile izmene i ogovarajući potencijali. Elementarna teorija deuterona.

Oblici nastave: Predavanja, Računske i laboratorijske vežbe.
Način polaganja ispita: Pismeno i usmeno. Pismeni deo ispita je eliminatoran.

Literatura:

1. Dr Laza Marinkov-Osnovi Nuklearne fizike -Novi Sad, 1976.

2. W.E. Burcham - Nuklearna fizika - uvod (sa fizikom elementarnih čestica) Naučna Knjiga, Beograd 1974.

3. Stevan Jokić - Subatomska fizika-Instituta za nuklearne nauke Vinča ,Beograd, 2000.

4. Dr Dragomir Krpić, Dr Ivan Aničin, Dr Ilija Savić - Nuklearna fizika kroz zadatke - Univerzitet u Beogradu, Beograd1994.

5. Dr Predrag Osmokrović,Dr Milesa Srećkov - Zbirka zadataka iz nuklearne fzike- Naučna Knjiga, Beograd 1994.

ODABRANA POGLAVLJA MODERNE FIZIKE
Semestri: VII 2+1

VIII 2+1
1.Opšta teorija relativnosti.

Istorijski uvod. Opšta formulacija principa ekvivalencije. Veza izmedju gravitacije i metrike.

Postulat opšte kovarijantnosti fizičkih zakona. Jednostavne posledice principa ekvivalentnosti.

Jednačine gravitacionog polja. Izvodjenje gravitacionih jednačina iz varijacionog principa. Eksperimaentalna provera.

Kosmološki aspekti, crne rupe i ograničenja Opšte teorije relativnosti.

2. Superprovodnost.

Eksperimentalni rezultati i prve teorije. Izbor hamiltonijana.

Osnovno stanje superprovodnika, pobudjenje. Konačne temperature.

Provera postojanja sparenih stanja i enrgetskog procepa. Superprovodnik sa strujom. Zavisnost struje od polja. Struja pri konačnoj tmperaturi. Alternativni pristupi teoriji superprovodnosti.

3. Druga kvantizacija.

Operatori kreacije i anihilacije. Harmonijski oscillator. Anharmonijski oscillator. Sistem harmonijski oscilatora. Fononi.

Sistemi identičnih čestica. Hamiltonijan i drugi operatori. Osnovno stanje sistema ferrmiona. Hamiltonijan electron-fonoskog sistema. Elektron-fonoske interakcije.
4. Uvod u kvantna polja.

Klasična polja. Kvantovanje polja. Fejnmanovi dijagrami.

5. Standardni model elementarnih čestica.

5.1. Uvod - Interakcije i čestice.

5.2. Lagranžijani - Lagranžijani u fizici čestica. Realno skalarno polje. Kompleksno skalarno polje; zakoni održanja i Neterina teorema. Lagranžijani sa interakcionim članom. Globalne simetrije i zakoni konzervacije.

5.3. Kalibracione (gejdž) simetrije - Kalibracione simetrije u klasičnoj elektrodinamici i kvantnoj teoriji. Kovarijantni izvodi. Neabelove kalibracione teorije. Neabelove teorije za kvarkove i leptone.

5.4. Lagranžijan standardnog modela - Kvark i leptonska stanja. Kvark i leptonski lagranžijan.

5.5. Osnove elektroslabe teorije, kvantnahromodinamika i primeri spontanog narusenja simetrije. Higsova čestica. Ograničenja standardnog modela.

Oblici nastave: Predavanja i računske vežbe, seminarski rad.
Uslovi za polaganje ispita: Redovno pohadjanje nastave
Način polaganja ispita: Usmeno.

METODIKA NASTAVE FIZIKE
Semestri: VII 2+3

VIII 2+3

1. Nastava kao vaspitno obrazovni proces.

Nastava u prošlosti. Opšti zadaci nastave. Tri osnovna tipa nastave. Didaktički sistemi. Heuristička nastava. Programirana nastava. Problemska nastava. Egzemplarna nastava. Mentorska nastava.

2. Didaktika nastave.

Metode u nastavi fizike. Monološka metoda. Dijaloška metoda. Metoda rada sa udžbenikom. Metoda laboratorijskih radova. Induktivni i deduktivni pristup u nastavi. Ostvarivanje didaktičkih principa u nastavi. Princip naučnosti u nastavi fizike. Princip svesnosti i aktivnosti učenika u nastavi. Princip tačnosti i trajnosti znanja. Princip sistematičnosti i postupnosti. Princip očiglednosti i apstraktnosti.

3. Organizacija nastave i priprema nastavnika.

Razredno časovni sistem. Drugi organizacioni sistemi. Tipovi školskih časova. Posebne napomene u vezi časova izučavanja novog gradiva. Planiranje nastave i priprema nastavnika.

4. Primena znanja - zadaci iz fizike.

Kvalitativni zadaci - zadaci pitanja. Grafički zadaci. Poučavanje učenika u rešavanju kvantitativnih zadataka. Eksperimentalni zadaci.

5. Školski eksperiment iz fizike.

Demonstracioni eksperiment. Tehnika demonstracionog eksperimenta. Laboratorijske vežbe. Laboratorijski eksperimentalni zadaci. Domaći eksperimentalni zadaci. Izrada učila i aparata.

6. Problemsko - razvojna nastava.

Suština i obeležja problemsko - razvojne nastave. Funkcija i značaj rešavanja problema u nastavnom procesu. Principi problemske nastave fizike. Načini stvaranja problemskih situacija. Nivoi problemske nastave fizike.

7. Proveravanje i ocenjivanje rada i uspeha učenika.

Društveni, pedagoški i psihološki značaj ocene. Osnovne funkcije proveravanja i ocenjivanja učenika. Osnovni zahtevi korektnog proveravanja i ocenjivanja. Kriterijumi ocenjivanja. Neki nedostaci u ocenjivanju učenika i nove tendencije. Metode ocenjivanja učenika u nastavi fizike. Savremene metode proveravanja i ocenjivanja.

8. Posebna pitanja nastave.

Psihološke osnove nastave fizike. Subjektivna svojstva nastavnika i rezultati nastave. Politehničko obrazovanje i vaspitanje kroz nastavu fizike. Korelacija nastave fizike sa nastavom drugih predmeta. Vannastavne aktivnosti i ekskurzije učenika. Primena kompjutera u nastavi fizike. Nastavno gradivo, plan i program. Osvrt na istorijat školstva i nastave fizike u Srbiji.

Vežbe: Demonstracione i praktične.
Način polaganja ispita: Praktični i usmeni.


Literatura:

1. Tomislav Petrović: Didaktika fizike, Fizički fakultet, Beograd, 1994.

2. Tomislav Petrović: Nastavna sredstva fizike - I deo, Fizički fakultet, Beograd, 1994.

3. Tomislav Petrović: Nastavna sredstva fizike - II deo, Fizički fakultet, Beograd, 1996.

4. Vladimir Poljak: Didaktika, Školska knjiga, Zagreb, 1980.

5. Milan Raspopović: Metodika nastave fizike, Zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd, 1992.

6. Đorđe Basarić: Metodika nastave fizike, Naučna knjiga, Beograd, 1979.

FIZIKA PLAZME

Semestar: VIII 2+2

1. Plazma u prirodi i laboratoriji.

Elementarni procesi u plazmi. Kinetika elementarnih procesa. Princip detaljne ravnoteže i stepen jonizacije.

2. Kolektivne i parne interakcije u plazmi.

Parametri plazme. Makroskopska kvazineutralnost. Plazmene oscilacije. Elektrostatičko ekraniranje. Parne interakcije u plazmi (Osnovne zakonitosti kod dvojnih sudara). Elastični sudari među naelektrisanim česticama. Kriterijumi plazmenog stanja. Termodinamičke funkcije slabo neidealne plazme. Jednacina Saha. Metodi teorijskog izučavanja plazme (pregled). Kinetička teorija.

3. Orbitalni metod u dinamici plazme.

Aproksimacija vodećeg centra. Kretanje čestice u homogenom i stacionarnom magnetnom polju. Kretanje normalno na magnetne linije sile. Drift nultog i prvog reda. Drift drugog reda. Opšti izraz za brzinu drifta. Kretanje u pravcu magnetnih linija sile. Uslovi zamagnetisanosti. Magnetizaciona struja plazme. Problem magnetne permeabilnosti plazme.

4. Hidrodinamičko opisivanje procesa u plazmi.

Magnetna hidrodinamika. Difuzija magnetnog polja. Zamrznutost magnetnog polja. Magnetni Rejnoldsov broj. Magnetni pritisak. Magnetna hidrostatika. Linearni ("zeta") pinč. Stacionarna Hartmanova proticanja. Dvokomponentni hidrodinamički modeli plazme (pregled). Elementarna hidrodinamička teorija difuzionih procesa u plazmi (pregled). Opšti odnosi kod ravnih talasa. Nestišljiv elektroprovodni fluid. Alfvenov i modifikovani Alfvenov talas. Stišljiv elektroprovodni fluid. Brzi i spori magnetni zvuk. Prostiranje talasa u idealnoj dvokomponentnoj hladnoj plazmi (plazma van i u magnetnom polju). Magnetohidrdinamička teorija udarnih talasa.

5. Elektromagnetno zračenje plazme.

Nastajanje zračenja (mehanizmi emitovanja fotona). Transport zračenja (prolaz fotona kroz materiju). Elementi teorije transporta zračenja. Zakočno zračenje. Ciklotronsko zračenje. Rekombinaciono zračenje plazme. Linijski spektri u fizici plazme.

6. Dijagnostika plazme.

Mikrotalasna dijagnostika. Osnovne ideje optičke i laserske interferometrije plazme. Plazmena spektroskopija. Metod laserskog rasejanja. Plazmene sonde.

Računske vežbe: 2 časa.
Uslov za polaganje ispita: Uredno pohađanje predavanja i vežbi.
Način polaganja ispita: Usmeno.


Literatura:

1. Dr Božidar S. Milić, "Osnove fizike gasne plazme", Naučna knjiga, Beograd, 1977.

2. H.S.Green, R.B.Leipnik, "Sources of Plasma Physics", Wolters-Noordhoff Publ., Groningen, 1970.