Elektronfizika

Tartalom

Előszó 5
Bevezetés 13
7. rész
TÖLTÖTT RÉSZECSKÉK MOZGÁSA ELEKTROMÁGNESES TÉRBEN 19
1.1 Energiaviszonyok sztatikus terekben 20
1.2 A mozgás homogén sztatikus terekben 21
a) Elektromos tér 21
b) A részecske mozgása homogén mágneses térben 29
c) A részecske mozgása egyszerre ható elektromos és mágneses térben 32
d) A részecske mozgása egyidejűleg ható, nagyobb kiterjedésű homogén villamos és mágneses térben 34
1.3 A mozgásegyenletek igen nagy sebességeknél 41
a) A tömeg növekedése a sebességgel 41
b) A tömeg-energia ekvivalencia 42
c) A relativisztikus mozgás mágneses térben 45
1.4 Töltött részecske mozgása centrális erőtérben 47
a) A mozgásegyenletekből levonható általános következtetések 47
b) A pálya alakja 48
1.5 Mágneses dipólus mozgása mágneses térben 32
a) A dipólus viselkedése homogén mágneses térben 52
b) A dipólus viselkedése inhomogén mágneses térben 56
1.6 Az elektronoptika elemei 57
a) Az optika töréstörvényének analógiája az elektromágneses térben 57
b) A mechanika és az optika általános analógiája 60
c) A fókusztávolság meghatározása az optikai analógia alapján 64
d) Vékony mágneses lencsék 70
e) Vastag lencsék 72
f) A tértöltés szerepe 76
g) Gyakorlati elektronoptika 78
1.7 Az ionoptika elemei 84
a) Az elektrosztatikus tér mint spektrométer 84
b) A mágneses tér mint spektrométer 88
c) Bonyolultabb terekkel dolgozó tömegspektrográfok 90
1.8 Részecskegyorsító berendezések 91
a) A kaszkádgenerátor 92
b) A Van de Graaff-generátor 94
c) A ciklotron 96
d) A betatron 97
e) A szinkroton és a szinkrociklotron 100
f) A mikrotron 103
g) A gyorsító berendezésekkel elérhető maximális energia 104
1.9 Töltött részecskék mozgása nagyfrekvenciás elektromos térben 105
a) A dióda viselkedése nagyfrekvenciás térben 10S
b) A katódsugárcső viselkedése nagyfrekvenciás eltérítő feszültségnél 107
c) A fázisfókuszálás 109
d) A rádiófrekvenciás tömegspektrográf 111
1.10 A klasszikus elektrodinamika sugárzó elektronja 113
2. rész
MIKRO REND SZEREK TÖRVÉNYSZERŰSÉGEI 116
2.1 A Bohr-féle atommodell 117
a) Bohr posztulátumai 117
b) A hidrogénatom lehetséges energiaállapotai 118
c) A kisugárzott fény spektruma 119
d) A korrespondencia-elv legegyszerűbb alakja 121
e) Az atom ellipszismodellje 122
f) Az atom energiaállapotának jellemzése a fő- és mellékkvantumszámok segítségével 123
g) A kvantumfeltétel általánosítása 125
h) A mágneses kvantumszám bevezetése 125
i) Az energianívók felhasadása mágneses térben 126
j) A kiválasztási szabály igazolása a korrespondencia-elv segítségével 127
k) Az elektron saját mechanikai és mágneses nyomatéka 128
1) A kvantumszámok teljes rendszere 130
2.2 A kvantummechanika alapjai 131
a) A Bohr-elmélet fogyatékosságai 131
b) A hullám-korpuszkula dualitás 131
c) A fényelektromos jelenség 132
d) A Compton-effektus 133
e) A részecskékkel kapcsolatos de Broglie-hullámok 134
2.3 A kvantummechanika alapegyenlete: a Schrödinger-egyenlet 137
a) A hullámoptikai analógia 137
b) A Schrödinger-egyenlet értelmezése 139
2.4 A Schrödinger-egyenlet legegyszerűbb megoldásai 140
a) Erőmentes térben mozgó elektronhoz rendelt síkhullám 140
b) Egy véges térrészben mozgó elektron lehetséges energiaállapotai 141
c) A Heisenberg-féle határozatlansági reláció 143
d) Az alagúteffektus 145
e) A hidrogénatom 147
2.5 A periódusos rendszer felépítése 151
2.6 Az atomok lehetséges energiaállapotai 153
a) Az egyelektronos rendszerek 153
b) Az egyelektron-rendszer viselkedése mágneses térben 158
c) Több elektronú rendszerek 161
d) Az atommag mágneses nyomatékának befolyása az atom energiaállapotára 164
e) A röntgenspektrum 166
2.7 A molekulák színképe 169
a) Az energiaviszonyok kvalitatív áttekintése 169
b) A frekvenciák meghatározása 171
c) A Raman-szórás 172
2.8 A rádióspektroszkópia 174
a) A rádióhullámok tartományába eső kisugárzáshoz vezető átmenetek 174
b) A rádióspektroszkópia kísérleti módszerei 175
2.9 A kvantummechanika általános elvei és számítási módszerei 176
a) A Schrödinger-egyenlet átírása operátoros alakba 176
b) A tp állapotvektorral való számolási szabályok 178
c) A lehetséges értékek mint sajátértékek 178
d) A sajátfüggvények ortogonalitása 179
e) Az operátorok felcserélhetőségének szerepe 179
2.10 A perturbációszámítás 180
a) A perturbációszámítás nem degenerált esetben 180
b) A perturbációszámítás elfajuló esetben 181
c) Időtől függő perturbáció 182
2.11 A kvantummechanikai többtestprobléma 183
a) Általános eset elhanyagolható kölcsönhatással 183
b) A hidrogénmolekula 184
2.12 Az atommag 189
a) A rendszám, tömegszám és tömeg 189
b) A mag egyéb jellemzői 191
3. rész
A MAKROSZKOPIKUS ANYAG FELÉPÍTÉSE 193
3.1 A klasszikus statisztika 195
a) A termodinamikai valószínűség fogalma 195
b) A Maxwell-eloszlás mint a legvalószínűbb makroállapot a sebességtérben 198
3.2 A kvantumstatisztikák 200
a) A mikroállapot fogalma a kvantummechanikában 200
b) A klasszikus, a Bose-Einstein- és a Fermi-Dirac-statisztika összehasonlítása 202
c) Az egyensúlyi állapothoz tartozó eloszlás meghatározása 206
3.3 A gáztörvények 208
a) A klasszikus gáz 208
b) Az elektrongáz 222
c) A fotongáz 230
3.4 A szilárd test fizikájának alapjai 231
a) A kémiai kötés természete 231
b) A szilárd testek felépítése 233
c) A potenciális energia menete a fémes szilárd testekben 235
d) A szilárd testek sávelmélete 237
e) Elektronok viselkedése periodikus potenciálú térben 238
f) A sávstruktúrák lehetséges esetei 252
3.5 Statisztikus ingadozások 255
a) A részecskeszám ingadozása egy megadott térrészben 255
b) A Brown-mozgás 258
c) Műszerek mérési pontosságának a termikus ingadozás okozta határa 260
d) Sörét- (Schottky-) zaj 261
e) Az ellenállászaj 263
3.6 A nem egyensúlyban levő rendszerek viselkedése 266
a) A rugalmas és rugalmatlan ütközés energiamérlege 266
b) A hatáskeresztmetszet fogalma 270
c) A relaxációs idő 272
d) A diffúzió 273
e) Elektrongáz transzlációs mozgása külső erőtér hatására 281
f) A D diffúziós állandó és a n mozgékonyság közötti összefüggés 282
g) Boltzmann kinetikus egyenlete 283
4. rész
ELEKTRONOK KILÉPÉSE FÉMEKBŐL 287
4.1 A termikus és téremisszió 287
a) A Richardson-Dushman-formula levezetése 287
b) A katódból kijutott elektronok tulajdonsága 291
c) A retardáló tér hatása 292
d) A kontaktpotenciál 294
e) A Schottky-hatás és a hidegemisszió 296
f) A tértöltés hatása 299
g) Az emissziós összefüggések kísérleti igazolása 304
h) A gyakorlat emittáló anyagai 309
4.2 A vákuumcsövek alaptípusai 310
a) A dióda 310
b) A trióda 311
c) A trióda áramviszonyainak részletesebb vizsgálata. Az elektrométercső 317
d) A többrácsú csövek 320
4.3 A legegyszerűbb csőkapcsolások 323
a) A dióda mint egyenirányító 323
b) Az elektroncső mint erősítő 325
c) Az elektroncső mint rezgéskeltő 330
4.4 A hőenergia átalakítása villamos energiává a termikus elektronemisszió kihasználásával 333
4.5 A szekunder emisszió 337
4.6 A felületi fényelektromos jelenség 339
5. rész
FÉLVEZETŐK 343
5.1 A félvezetők felépítése 344
a) A félvezetők energiaszintjei. Félvezető anyagok 344
b) A „lyuk"-fogalom bevezetésének jogossága 347
5.2 A töltéshordozók eloszlása a különböző energianívókon 349
5.3 Áramvezetés homogén félvezetőben 353
a) A vezetés mechanizmusa 353
b) A vezetés kísérleti vizsgálata. A Hali-effektus 355
c) Félvezető ellenállások 357
5.4 Ap-n átmenet 358
a) Az energianívók eltolódása 358
b) Ap-n átmenet termikus egyensúlyának kvantitatív tárgyalása 360
5.5 A rétegdióda 362
a) A kvalitatív kép 362
b) Az áram kvantitutív meghatározása az áteresztő- és a záróirányban 365
c) Ap - n átmenet kapacitása 369
d) Az Esaki- vagy tunnel- (alagút-) dióda 373
e) A tűs egyenirányító 375
5.6 A p-n-p rétegtranzisztor 378
a) A rétegtranzisztor felépítése és működési elve 378
b) Az alapkapcsolások 379
c) A rétegtranzisztor áramviszonyainak kvantitatív tárgyalása 384
d) A tűs tranzisztor 388
5.7 Félvezetőkkel kapcsolatos fotoeffektusok 388
a) Fotoellenállás, fotodióda, fényelem 388
b) A félvezetők lumineszcenciája 391
c) Termoelektromos jelenségek 392
6. rész
VILLAMOS JELENSÉGEK GÁZOKBAN 398
6.1 A töltéshordozók keletkezése és eltűnése 400
a) A gázkisülésben végbemenő elemi folyamatok általános jellemzése 400
b) Elektronok ütközése atomokkal 401
c) Egyéb, töltött részecskékhez vezető folyamat 407
d) Töltött részecskék eltűnése 411
6.2 Töltéshordozó részecskék mozgása 413
a) Mozgás elektromos tér hatására 413
b) A diffúziós mozgás 415
c) A gázkisülés általános alapegyenletei 416
6.3 A különböző fajtájú gázkisülések részletesebb vizsgálata 418
a) Gerjesztett kisülések 418
b) A gáz átütése 419
c) A ködfénykisülés 421
d) Az ivkisülés 423
6.4 A plazmafizika alapjai 427
a) A függetlenrészecske-modell 427
b) Az egyfolyadék-modell 435
c) A kétfolyadék-modell 438
d) A plazma mikrofizikai jellemzői 441
e) A plazma kinetikus elméletének alapjai 446
f) Hullámjelenségek a plazmában 447
g) A magneto-hidrodinamikus generátorok 453
7. rész
AZ ELEKTRODINAMIKA ALAPEGYENLETEIBEN SZEREPLŐ
ANYAGJELLEMZŐK MIKROFIZIKAI ÉRTELMEZÉSE 456
7.1 Az elektromos vezetőképesség 456
a) A vezetőképesség fajai 456
b) A fémes vezetés 457
c) Az ionvezetés 463
d) A szupravezetés 464
7.2 A dielektromos állandó 468
a) A dielektrikumok osztályozása 468
b) Deformációs és orientációs polarizáció gázokban 469
c) Folyadékok és szilárd anyagok polarizációja 474
d) A dielektromos állandó frekvenciafüggése. A dielektromos veszteség 477
e) Ferroelektromos anyagok 483
f) A polarizációval kapcsolatos egyéb jelenségek 489
7.3 A mágneses permeabilitás 493
a) A mágneses anyagok osztályozása 493
b) A diamágneses anyagok 495
c) A paramágneses anyagok 496
d) A nem ferromágneses fémek mágneses tulajdonságai 499
e) A ferromágneses anyagok 500
f) A permeabilitástenzor 508
g) A magnetosztrikció 511
8. rész
AZ ELEKTROMÁGNESES TÉR ÉS A RÉSZECSKÉK ENERGETIKAI
KÖLCSÖNHATÁSA 514
8.1 Általános összefüggések 514
a) Az általános energiamérleg 514
b) Áramok a külső körben 517
c) Tértöltéshullámok 520
8.2 A klisztron 523
8.3 A haladóhullámú cső 525
8.4 A magnetron 529
8.5 A Cserenkov-sugárzás 534
9. rész
KVANTUMELEKTRONIKA 535
9.1 A spontán és indukált emisszió 536
a) Mikrorendszer és a sugárzó tér termikus egyensúlya 536
b) Az átmeneti valószínűségek kvantummechanikai meghatározása 537
c) Az indukált emisszióval kisugárzott teljesítmény 540
9.2 Különböző MASER-típusok 540
a) Az ammóniamézer 540
b) Kétszintű szilárdtest-mézer 543
c) Háromszintű szilárdtest-mézer 546
9.3 Lézertípusok 550
a) Szilárdtest-lézerek 550
b) A gázlézerek 552
c) A félvezető-lézerek 554
d) Az elért eredmények 555
e) Kvantitatív megfontolások 556
Irodalom 558
A fizika alapállandóinak számértéke 560
Név- és tárgymutató 563

Témakörök