Pevné látky pro biomedicínu
Kód | Zakončení | Kredity | Rozsah | Jazyk výuky |
---|---|---|---|---|
17MPPLB | Z,ZK | 2 | 2+0 | česky |
- Přednášející:
- Jan Aubrecht (gar.), Rudolf Klepáček
- Cvičící:
- Předmět zajišťuje:
- katedra přírodovědných oborů
- Anotace:
-
Fyzika pevných látek (FPL) je nejrozšířenějším oborem fyziky s nejrozsáhlejšími aplikacemi. Tématické okruhy přednášek: typy vazeb, struktura PL, metody určování struktury, elektrické vlastnosti kovů, kmity mřížky a tepelné kapacity, pásová teorie PL, luminiscence a vybrané optické vlastnosti PL, fyzika polovodičů, dielektrika a magnetika, mechanické vlastnosti kovů, supravodivost, kapalné krystaly, materiály v medicíně.
- Požadavky:
-
Zápočet: aktivní účast na řešení úloh, zápočtová písemná práce.
Zkouška: zápočet, prokázání znalostí odpovídajících odpřednášené látce.
- Osnova přednášek:
-
1.Typy vazeb: přitažlivé a odpudivé síly v krystalu, kovalentní, kovová, iontová vazba, Van der Waalsovy molekulární síly, vodíková vazba, smíšené vazby
2.Struktura pevných látek: pevné, kapalné, plynné skupenství, plazma, prvky symetrie, operace symetrie, krystalové soustavy, bodové grupy, prostorové grupy, Bravaisova mřížka, reciproká mřížka, mřížkové poruchy
3.Metody určování struktury: princip rentgenové, elektronové a neutronové difrakce, jejich porovnání a aplikace
4.Elektrické vlastnosti kovů: klasická, kvantová a pásová teorie kovů, elektrická
a tepelná vodivost, zaplněnost valenčních pásů, Boltzmannova kinetická teorie, vodivost slitin, Fermiho-Diracova rozdělovací funkce
5.Kmity mřížky a tepelné kapacity: kmitové větve - akustické, optické, Brillounova zóna, Dulongův-Petitův zákon, Debyeova teplota, Einsteinovy členy
6.Pásová teorie pevných látek: zaplněnost, vzdálenost a překryv pásů, pásová teorie tuhých látek, metody studia pásové struktury, Fermiho-Diracova rozdělovací funkce, Maxwellova-Boltzmanova rozdělovací funkce, pásová struktura kovů
a polovodičů, valenční x vodivostní pás, dovolené a zakázané energetické hladiny
7.Luminiscence: fosforescence, fluorescence, elektronové přechody, mezisystémové přechody, emisní x excitační spektra, metody měření luminiscence, absorpce, Lambertův-Beerův zákon, chemiluminiscence, bioluminiscence
8.Fyzika polovodičů: energetická pásová struktura, vlastní, příměsový
a kompenzovaný polovodič, akceptory, donory, P-N přechod, V-A charakteristika P-N přechodu
9.Dielektrika a magnetika: Clausiova-Mosottiova rovnice, mechanismy polarizace, Kramersovy-Kronigovy relace, Debyeovy formule, Lyddanův-Saxsův-Tellerův vztah, optické vlastnosti dielektrik, mezipásmové přechody, absorpční hrana, jevy v dielektrikech, diamagnetismus, feromagnetismus, paramagnetismus, doménová struktura v magneticky uspořádaných látkách
10.Mechanické vlastnosti kovů: struktura kovů, poruchy krystalové mřížky, stlačitelnost, pružnost, teplotní roztažnost, složky napětí, deformace, mechanické teorie pevnosti
11.Supravodivost: způsoby chlazení, Peltierův jev, stavová rovnice ideálního plynu, Helium 3, Helium 4, ??přechod, Ginsburgova-Landauova teorie, BCS teorie supravodivosti, Meissnerův jev, Londonovy rovnice, Josephsonovy jevy
12.Kapalné krystaly: fotonické struktury, fázové přechody 1. a 2. druhu, termotropní, lyotropní, chirální a nechirální kapalné krystaly, nematická, cholesterická, smektická fáze
13.Materiály v medicíně: keramika, kloubní náhrady, biokompatibilní materiály, zápočtový test
14.Oprava testu, konzultace, zápočet.
- Osnova cvičení:
-
Řešení vybraných typových úloh z oblasti teorie pevných látek a fyziky kondenzovaného stavu: 1. Kmity atomů v krystalických mřížkách a jejich tepelné vlastnosti, 2. Schrödingerova rovnice pro pevné látky, 3. Fonony, 4. Pohyb elektronů v periodickém potenciálu, 5. Odezva pevných látek na vnější elektromagnetickou vlnu, 6. Výpočty optických parametrů, 7. Reakce polovodičového PN přechodu na vnější elektrické pole.
- Cíle studia:
-
vytvořit u studentů komplexní pohled na problematiku fyziky pevných látek, klasická fyzika + kvantová fyzika + statistická fyzika
- Studijní materiály:
-
[1] Kraus I., Frank H., Kratochvílová I.: Úvod do fyziky pevných látek, ČVUT v Praze, 2009.
[2] Kraus I., Fiala J.: Elementární fyzika pevných látek, ČVUT v Praze, 2011.^[3] Kittel Ch.: Úvod do fyziky pevných látek, Academia Praha 1985.
[4] Beiser A.: Úvod do moderní fyziky, Academia Praha 1975.
[5] Kraus I.: Struktura a vlastnosti krystalů, Academia Praha, 1993
.
- Poznámka:
-
Pevné látky pro medicínu
- Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:
-
06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po Út St Čt Pá - Rozvrh na letní semestr 2011/2012:
- Rozvrh není připraven
- Předmět je součástí následujících studijních plánů:
-
- Navazující magisterský studijní obor Přístroje a metody pro biomedicínu - prezenční (povinně volitelný předmět)