1

Andrzej Wojtowicz

pokój 331

konsultacje wtorek 12.00 – 

14.00 

www.fizyka.umk.pl/~andywojt

 

 

2

LITERATURA i materiały pomocnicze

 H.E. Enge, M.R. Wehr, J.A. Richards,

Wstęp do fizyki atomowej, 

PWN, Warszawa 1983



H. Haken, H.C. Wolf, 

Atomy i kwanty, PWN, Warszawa 2002



Richard P. Feynman, 

Feynmana wykłady z fizyki. T. III

 D. Halliday, R. Resnick, J. Walker

Podstawy fizyki, t. 5, rozdz. 39, 40, 41



Andrzej Wojtowicz: 

www.fizyka.umk.pl/~andywojt

 

 

3

PODSTAWY MECHANIKI 

KWANTOWEJ

Richard P. Feynman, 

Feynmana wykłady z fizyki

T. I rozdz. 37 i 38 

T. III rozdz. 3 i 7

 

 

4

PLAN WYKŁADU

  Atomowa struktura materii

  Elektryczność, a atomowa struktura 

materii

  Korpuskularny charakter 

promieniowania elektromagnetycznego

  Falowy charakter cząstek 

materialnych

  Proste modele atomu

  Atom wodoru w mechanice kwantowej

  Atom wodoru i jony wodoropodobne; 

atomy wieloelektronowe; układ 

okresowy; widma atomów metali 

alkalicznych

  Momenty magnetyczne i poprawki 

energetyczne do struktury energetycznej 

atomu wodoru

 

 

5

PLAN WYKŁADU

  Struktura subtelna w atomie 

wodoru; oddziaływanie spin – orbita, 

struktura nadsubtelna

  Funkcje falowe elektronu w atomie 

wodoru z uwzględnieniem spinu, 

składanie momentów pędu

  Zasada Pauliego; atom helu

  Rozszczepienie subtelne, 

oddziaływanie spin-orbita, sprzężenie 

L – S 

  Sprzężenie j – j, reguły wyboru, 

zjawisko Zeemana.  Promieniowanie X 

a energetyczna struktura atomów

  Cząsteczki; wiązania chemiczne

 

 

6

Atomowa struktura materii

Elektryczność, a atomowa struktura 

materii

 

 

7

Atomowa struktura materii

Demokryt i Szkoła Epikurejska (atomy)

atomos (niepodzielny)

Arystoteles i Stoicy (ciągłość przestrzeni 

i materii, cztery elementy: gorąco, zimno, 

suchość i wilgoć)

Rozwój alchemii i chemii (2 połowa XVIII 

wieku)

 

 

8

Atomowa struktura materii; wkład 

chemików:

Joseph Priestley:

 podgrzewając HgO, tlenek rtęci, otrzymał 

tlen,

odkrył także amoniak, tlenek węgla, 

chlorowodór, kwas siarkowy, tlenek siarki, 

tlenek azotu, wodę sodową

Antoine Lavoisier; pierwiastki chemiczne

 „ostatnie stadium osiągalne przez 

analizę”, 

zachowanie materii (tlen i wodór, woda)

DALTON PLAYHOUSE

http://web.visionlearning.com/dalton_playhouse/ad

_loader.html

 

 

9

1799, J.L. Proust, prawo stałych 

stosunków:

 

„stosunek ciężarów 

pierwiastków w określonym związku 

chemicznym jest wielkością stałą, 

niezależną od warunków w jakich ten 

związek otrzymano”

John Dalton, prawo stosunków 

wielokrotnych:

„jeśli dwa pierwiastki chemiczne A i B 

łączą się ze sobą na dwa lub więcej 

sposobów tworząc związki C i D, to 

przy utrzymywanej stałej masie 

pierwiastka A, masy pierwiastka B w 

różnych związkach pozostają do siebie 

w stosunku prostych liczb 

całkowitych”

 

 

10

Gay-Lussac: 

„jeśli gaz A łączy się z gazem B 

tworząc gaz C, bez zmiany 

temperatury i ciśnienia, wówczas 

stosunki objętości gazów A, B i C 

pozostają do siebie w stosunku 

prostych liczb całkowitych”

2 objętości wodoru + 1 objętość tlenu 

= 2 objętości pary wodnej

1 objętość azotu + 3 objętości wodoru 

= dwie objętości amoniaku

 

 

11

Avogadro, 1811 

(problem małych cząsteczek, 

kontrowersja pomiędzy Daltonem i 

Gay-Lussac’iem) 

Avogadro postulował istnienie atomów 

i cząsteczek, stanowiących 

najmniejszą ilość danego ciała, 

występującą w przyrodzie, 

zaproponował także prawo Avogadry:

„w tej samej temperaturze i pod tym 

samym ciśnieniem jednakowe 

objętości wszystkich gazów zawierają 

tę samą liczbę cząsteczek”

Azot, tlen, wodór składają się z 

dwuatomowych cząsteczek.  

Cząsteczka wody musi się składać z 

dwóch atomów wodoru i jednego tlenu

 

 

12

Wczesne argumenty fizyczne:

Ruchy Browna, kinetyczna teoria 

gazów, prawa elektrolizy Faradaya

NOWOCZESNA FIZYKA ATOMOWA

Dzięki rozwojowi nowych technik nie 

ma już dyskusji o istnieniu atomów.

Poznajemy subtelne szczegóły budowy 

atomów i dziwne nieintuicyjne prawa 

rządzące ich zachowaniem 

(mechanika kwantowa).

 

 

13

RURA WYŁADOWCZA

(jedno z ważniejszych osiągnięć

technicznych XX wieku)

lampy oscyloskopowe

lampy elektronowe (termoemisja)

kineskopy TV

monitory, itd.

świetlówki, “neony”

spektrografy masowe

lampy rtg

fotokomórki i fotopowielacze 

(efekt fotoelektryczny)

http://tubedevices.com/alek/pwl/pwl.htm

 

 

14

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic 
Physics by Harald A. Enge.
© Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 
1983

 

 

15

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic 
Physics by Harald A. Enge.
© Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 
1983

 

 

16

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic 
Physics by Harald A. Enge.
© Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 
1983

 

 

17

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic 
Physics by Harald A. Enge.
© Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 
1983

 

 

18

RUCH CZĄSTEK 

NAŁADOWANYCH

W POLACH ELEKTRYCZNYM I 

MAGNETYCZNYM

ELEKTRONY i 

SPEKTROSKOPIA MAS

Enge, Wehr i Richards, str. 40-

47, 51-57

Haken, Wolf, str. 48-55

 

 

19

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic 
Physics by Harald A. Enge.
© Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 
1983

 

 

20

2

2

2

2

1

2

1

2

y

2

2

2

1

1

2

1

E

mv

qELD

mv

2

qEL

y

y

v

D

v

L

m

qE

t

at

t

v

y

v

L

m

2

qE

2

at

y

y

y

y













































































 



D

2

L

mv

qEL

y

2

E

 

 

21

Copyright © 1972 by Addison-Wesley Publishing Company, Inc, Introduction to Atomic 
Physics by Harald A. Enge.
© Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 
1983

 

 

22

2

2

2

4

3

2

1

2

y

4

2

2

1

3

4

3

B

mv

qvBLD

mv

2

qvBL

y

y

v

D

v

L

m

qvB

t

at

t

v

y

v

L

m

2

qvB

2

at

y

y

y

y













































































 



D

2

L

mv

qBL

y

B

 

 

23











 



D

2

L

mv

qEL

y

2

E











 



D

2

L

mv

qBL

y

B

B

E

y

y

y





filtr energetyczny                         filtr 

pędowy

Pole magnetyczne (albo 

elektryczne) dobieramy tak, by y 

= 0;

B

E

v 

Wartość q/m dla promieni katodowych jest 

dobrze określona (ostra wyraźna plamka)

Mamy wówczas:

 

 

24

Znając napięcie przyspieszające U 

mamy:

2

mv

qU

2



co daje: 

U

2

v

m

q

2



i dalej: 

U

2

1

B

E

m

q

2

2



kg

C

10

76

.

1

m

q

11

e

e





U

B

m

q

2

E

2

2





wykreślając        w funkcji U przy 

stałym B (napięcie odchylające 

dobieramy tak, by pole E równoważyło 

pole B dla danego v)

z nachylenia prostej 

otrzymamy:

czyli: 

2

E