1. Opintojakson nimi
Kvanttifysiikan sovelluksia - Atomit ja molekyylit
Kvantfysik tillämpningar - Atomer och molekuler
Quantum physics applications - Atoms and molecules
2. Opintojakson tunniste (koodi)
FYS2005
Vastaavat opintojaksot
- 530288 Atomit ja molekyylit, 3 op
- FYS2025 Kvantfysikens tillämpningar - Atomer och molekyler, 5 op
- BSPH2005 Applications of quantum physics I: atoms and molecules, 5 op
3. Opintojakso pakollisuus/valinnaisuus
Opintojaksosta vastaa fysikaalisten tieteiden kandiohjelma.
Opintojakso kuuluu pakollisena fysiikan (FYS2100) ja fysiikan laaja-alaisen kandin (FYS2200) aineopintokokonaisuuksiin. Muilla fysikaalisten tieteiden opintosuunnilla opintojakson voi sisällyttää valinnaisiin aineopintoihin.
Opintojakso on tarjolla muiden koulutusohjelmien opiskelijoille. Muiden koulutusohjelmien opiskelijat voivat sisällyttää opintojakson fysikaalisten tieteiden opintokokonaisuuteen (FYS1900) tai fysiikan aineopintokokonaisuuteen (FYS2700).
4. Opintojakson taso (alempi/ylempi/tohtori /eurooppalaisen viitekehyksen(EQF) tasot 6,7,8)
Kanditaso=alempi korkeakoulututkinto/EQF-taso 6. Aineopinnot
5. Opintojakson suositeltu suoritusajankohta/vaihe
Suositeltu suoritusajankohta fysikaalisten tieteiden kandiohjelmassa: 2. opiskeluvuosi, periodi IV. Katso tarkemmat opintosuuntakohtaiset ohjeet opintojen ajoitusmalleista.
6. Opintojakson järjestämisajakohta lukukauden/ periodin tarkkuudella
Opintojakso järjestetään vuosittain kevätlukukaudella 4.periodissa.
7. Opintojakson laajuus opintopisteinä
5 op
8. Opintojaksosta vastaava opettaja
9. Opintojakson osaamistavoitteet
Osaa kvanttifysiikan perusteet ymmärtäen etenkin aaltomekaniikan käsitteet ja perusperiaatteet. Ymmärtää kuinka ja missä olosuhteissa kvanttimekaniikka ja klassinen mekaniikka yhtyvät toisiinsa. Ymmärtää kuinka kvanttimekaniikkaa voi käsitellä kolmessa ulottuvuudessa yksinkertaisimmissa fysikaalisissa tilanteissa kuten vetyatomin tapauksessa. Osaa statistisen mekaniikan käsitteet ja jakaumat ja ymmärtää mistä ne tulevat, sekä pystyy hyödyntämään niitä myös kvanttimekaanisten jakaumien tarkastelussa. Pystyy näkemään kuinka atomeista siirrytään edelleen kohti molekyylejä.
10. Opintojakso toteutus
Kurssi suoritetaan osittain arvosteltavaksi palautettavilla laskuharjoituksilla ja kurssikokeella tai vaihtoehtoisesti tentillä. Laskuharjoitukset eivät ole pakollisia, mutta aktiivisuus laskuharjoituksissa vaikuttaa positiivisesti arvosanaan.
11. Edeltävät opinnot tai edeltävä osaaminen
Oletuksena on, että kurssille osallistujat ovat aikaisemmin suorittaneet opintojakson FYS2003 Kvanttifysiikan perusteet tai hankkineet vastaavat taustatiedot.
12. Suositeltavat valinnaiset opinnot
Aiheesta kiinnostuneita kannustetaan jatkamaan muun muassa opintojaksolle FYS2006 Kvanttifysiikan sovelluksia - Tiivis aine ja alkeishiukkaset, kvanttimekaniikkaa hyödyntäville syventäville kursseille sekä kvanttimekaanisia menetelmiä käsitteleville laskennallisten tieteiden opintojaksoille.
13. Opintojakson sisältö
Lyhyt kvanttimekaniikan taustan keskustelu johdantona opintojaksoon. Kvanttimekaniikan ja klassisen mekaniikan välinen kytkentä. Aaltomekaniikkaa kolmessa ulottuvuudessa: Radiaaliyhtälö ja sen ratkaisut Coulombin potentiaalin tapauksessa. Vetyatomin elektronin aaltofunktiot, vetyatomin spektri. Monielektroniaaltofunktio ja identtisten hiukkasten symmetriaominaisuudet. Atomien elektroniverhon rakenne, jaksollinen järjestelmä. Statistisen mekaniikan perusteet ja sen keskeiset jakaumat sekä klassisten ja kvanttimekaanisten jakaumien erot. Ajan salliessa myös atomi magneettikentässä ja Zeemanin ilmiö.
14. Suositeltava tai pakollinen kirjallisuus
- Randy Harris: Modern Physics (2nd edition, Pearson, 2014). Valikoiden kirjan alusta taustamateriaalia, mutta pääosin kappaleet 7-9 ja osittain kappale 10.
- Täydentävänä materiaalina luentomuistiinpanot.
15. Oppimista tukevat aktiviteetit ja opetusmenetelmät
Viikottaiset luennot, opiskelijan itsenäinen työskentely, viikoittain palautettavat laskuharjoitukset, joita lasketaan osittain laskupajoissa assistenttien tuella pienryhmissä ja osittain itsenäisesti. Laskuharjoitukset palautetaan assistenteille, jotka pisteyttävät ne.
16. Arviointimenetelmät ja –kriteerit sekä arvosteluasteikko
Arvosteluasteikko 0-5.
Arvosanan määräytyminen (Fysiikan perusopetuksen pelisäännöt).
17. Opetuskieli
Suomi. Tarvittaessa englanti.