TFY4215 Innføring i kvantefysikk. NTNU Høsten 2022

TFY4215 Innføring i kvantefysikk
Høsten 2022

Sist oppdatert: 9. august 2023



Faginformasjon:


Faglærer: Jon Andreas Støvneng,   E-post: jon.stovneng@ntnu.no,   Kontor: E3-141 ,   Institutt for fysikk, NTNU Gløshaugen, 7491 Trondheim.



Innholdsfortegnelse




Framdriftsplan

Framdrift i 2022.


[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Videoforelesninger

Forelesninger høst 2022: TFY4215 H2022

Tavleforelesninger i TFY4215 våren 2017: TFY4215 V2017

Tavleforelesninger i TFY4215 høsten 2020: TFY4215 H2020

Tavleforelesninger i TFY4215 høsten 2021: TFY4215 H2021

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Timeplan

Mandag Tirsdag Onsdag Torsdag Fredag
08.15 - 10.00 ~ ~ ~ ~ ~
10.15 - 12.00 ~ ~ ~ ~ ~
12.15 - 14.00 ~ ~ ~ ~ ~
14.15 - 16.00 ~ Regneøving R2 ~ ~ ~
16.15 - 18.00 Forelesning S3 ~ ~ Forelesning S3 ~

Første forelesning: Mandag 22. august. Siste forelesning: Torsdag 24. november
NB: Forelesninger mandag, tirsdag og torsdag i uke 34, 35 og 36. Ingen øvingstimer disse ukene. Til gjengjeld, ingen forelesninger i uke 37.
Første øvingsveiledning: Uke 37, tirsdag 13. september
Siste øvingsveiledning: Uke 47, tirsdag 22. november

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Studasser

Håvard Falch (haavafal)
Maxim Tjøtta (maximat)
Sofiya Sianiuta (sofiyas)
Edvard Georgescu Solbrekken (edvardgs)

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Numerikkøvinger

Obligatoriske numerikkøvinger:

compex1.ipynb
compex1.html

compex2.ipynb
compex2.html


Veiledningsuker: 40 og 41.
Innleveringsfrist (for begge): 21/10. Jobb helst i grupper på 2 eller 3; 1 og 4 kan og godtas. NB: Kun EN på gruppa leverer inn på blackboard.

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Regneøvinger

Det er ikke innlevering av de 11 ordinære øvingene nedenfor, men det gis veiledning av studassene i øvingstimene.
Oppgavesamlingen OPPGAVE 1 -- 27 (med store bokstaver) er utviklet av Ingjald Øverbø, med basis i mange års undervisningserfaring i faget. Verdien av å jobbe godt med disse oppgavene, og tilhørende løsningsforslag, kan ikke overvurderes.
Flervalgsoppgavene, Oppgave 1 etc, nummerert fra 1 og oppover i hver øving, har et format og omfang som ligger nærmere opp til typiske eksamensoppgaver.
En OPPGAVE bidrar til generell styrke og utholdenhet. En Oppgave bidrar til å spisse formen.
Veiledning Øving Nr Løsning
Uke 37 oving1.pdf 1 losning1.pdf
Uke 37 oving2.pdf 2 losning2.pdf
Uke 38 oving3.pdf 3 losning3.pdf
Uke 38 oving4.pdf 4 losning4.pdf
Uke 39 oving5.pdf 5 losning5.pdf
Uke 40 compex1.ipynb
compex1.html
Numerikkøving 1
Uke 41 compex2.ipynb
compex2.html
Numerikkøving 2
Uke 42 oving6.pdf 6 losning6.pdf
Uke 43 oving7.pdf 7 losning7.pdf
Uke 44 oving8.pdf 8 losning8.pdf
Uke 45 oving9.pdf 9 losning9.pdf
Uke 46 oving10.pdf 10 losning10.pdf
Uke 47 oving11.pdf 11 losning11.pdf


[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Tillegg

Ingjald Øverbøs tilleggsnotater til emnet TFY4215 Innføring i kvantefysikk.

Tillegg 1       Tillegg 2       Tillegg 3       Tillegg 4       Tillegg 5       Tillegg 6


Ingjald Øverbøs tilleggsnotater til emnet FY2045 Kvantemekanikk 1. (Stort sett ikke pensum i TFY4215.)

Tillegg 7       Tillegg 8       Tillegg 9       Tillegg 10       Tillegg 11       Tillegg 12       Tillegg 13       Tillegg 14       Tillegg 15       Tillegg 16 ("15B")


Øverbø in English, TFY4215:

Lecture notes 1       Lecture notes 2       Lecture notes 3       Lecture notes 4       Lecture notes 5       Lecture notes 6      

In English, FY2045 Quantum Mechanics I:

Lecture notes 7       Lecture notes 8       Lecture notes 9       Lecture notes 10       Lecture notes 11       Lecture notes 12       Lecture notes 13       Lecture notes 14       Lecture notes 15       Lecture notes 16      

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Notater

Forelesningsnotater høst 2022:

Notater totalt.


Plancks lov. Stefan-Boltzmanns lov. Wiens forskyvningslov.
Fotoelektrisk effekt. Comptoneffekt. Relativistisk mekanikk. Bohrs atommodell. Partikkelbølger.
Schrødingerligningen. Tolkning av bølgefunksjonen. Bølgepakker og uskarphet. Operator, egenfunksjon, egenverdi.
Stasjonære tilstander. Tidsuavhengig SL (TUSL). Partikkel i boks.
Numerisk løsning av TUSL. Hartree Atomic Units. Postulatene.
Sannsynlighetsstrøm. Bevaring av sannsynlighet. Kommutatorer. Hermiteske operatorer.
Usikkerhet og uskarphetsrelasjoner. Forventningsverdienes tidsutvikling. Ehrenfests teorem.
Motivasjon for stykkevis konstante potensialer: Elektroner i krystaller, 1D modell.
Endelig potensialbrønn. Harmonisk oscillator.
Harmonisk oscillator, klassisk vs QM. Morsepotensialet. Tunneleffekt. Resonant tunnelering.
STM. Deltafunksjon. Potensialsprang.
QM i 2D og 3D. Harmonisk oscillator. Partikkel i boks. Degenerasjon. Tilstandstetthet.
Isotropt potensial i 2D. Lz.
Kompatible størrelser. Paritet. Dreieimpuls i 3D. Kvantisert rotasjsonsenergi.
Radialligning. Coulombpotensialet. Utvalgsregler. Magnetfelt. Larmor-presesjon. Zeemaneffekt.
Spinn. Pauliprinsippet. Det periodiske system. Molekyler.
Stern-Gerlach-eksperimentet 100 år   

Forelesningsnotater høst 2021:

side_1_115.pdf    (59.5 MB)

side_1_14.pdf    side_15_31.pdf    side_32_46.pdf    side_47_56.pdf    side_57_66.pdf    side_67_75.pdf    side_76_84.pdf    side_85_90.pdf    side_91_99.pdf    side_100_115.pdf   

Stern-Gerlach-eksperimentet 100 år   



Forelesningsnotater høst 2020 (grunnlaget for videoforelesningene høst 2020):

Uke 34 torsdag: Innledning til QM.    Mappe med sentrale vitenskapelige artikler.
Uke 34 og 35: Plancks strålingslov. Fotoelektrisk effekt. Comptoneffekten.   
Uke 36: Bohrmodellen. Partikkelbølger. Schrödingerligningen. Tolkning av bølgefunksjonen. Bølgepakker. Operator, egenfunksjon, egenverdi.   
Uke 37: Stasjonære tilstander og TUSL. Partikkel i boks. Numerisk løsning av TUSL.
Uke 38: Postulatene. Sannsynlighetsstrøm. Sannsynlighetsbevarelse. Kommutator. Hermitesk operator.
Uke 39: Uskarphetsrelasjoner. Forventningsverdienes tidsutvikling. Ehrenfests teorem. Endelig potensialbrønn.
Uke 40: Diracs deltafunksjon. Deltafunksjonsnormering. Deltafunksjonsbrønn. Harmonisk oscillator.
Uke 41: Harmonisk oscillator. Spredning. Tunneleffekt.
Uke 42: Resonant tunnelering. Elektroner i faste stoffer. Periodisk potensial.
Uke 43: QM i 2D og 3D: Harmonisk oscillator. Degenerasjon. Partikkel i boks. Tilstandstetthet. Metall, isolator, halvleder. Isotropt potensial i 2D.
Uke 44: Kompatible størrelser. Symmetri og paritet. Dreieimpuls i 3D. Stiv rotator.
Uke 45: Radialligning. Coulombpotensialet. Utvalgsregler.
Uke 46: Dreieimpuls, magnetfelt og spinn. Pauliprinsippet. Atomer og det periodiske system. Molekyler



Forelesningsnotater vår 2020:

Uke 2 onsdag: Innledning til QM.    Mappe med sentrale vitenskapelige artikler.
Uke 2 fredag: Plancks strålingslov.   
Uke 3: Fotoelektrisk effekt. Comptoneffekt. Bohrmodellen. Partikkelbølger. Schrödingerligningen.   
Uke 4: Tolkning av bølgefunksjonen. Bølgepakker. Operator, egenfunksjon, egenverdi. Stasjonære tilstander og TUSL.
Uke 5: Partikkel i boks. Numerisk løsning av TUSL.
Uke 5: Postulatene.
Uke 6, onsdag: Sannsynlighetsstrøm. Sannsynlighetsbevarelse. Kommutator. Hermitesk operator. Uskarphetsrelasjoner.
Uke 6, fredag: Minimalt uskarphetsprodukt. Forventningsverdienes tidsutvikling. Ehrenfests teorem.
Uke 7: Endelig potensialbrønn. Diracs deltafunksjon. Deltafunksjonsnormering. Deltafunksjonsbrønn.
Uke 8: Harmonisk oscillator.
Uke 9: Spredning. Tunneleffekt.
Uke 10: QM i 2D og 3D. Harmonisk oscillator. Degenerasjon. Partikkel i boks. Periodisk potensial. Tilstandstetthet.

Resten av pensum ble våren 2020 dekket av side 101 - 133 fra 2019.



Forelesningsnotater fra 2019:


Uke 2 og 3: Innledning til QM. Plancks strålingslov. Bohrmodellen. Partikkelbølger. Schrödingerligningen. (IKKE øving på fredager.)
Uke 4 og 5: Tolkning av bølgefunksjonen. Bølgepakker. Operator. Egenfunksjon. Egenverdi. TUSL. Partikkel i boks. Postulatene. Sannsynlighetsstrøm. Kommutator. Hermitesk operator. Usikkerhet.
Uke 6 og 7: Uskarphetsrelasjon (bevis). Forventningsverdier og tidsutvikling. Ehrenfests teorem. Numerisk løsning av TUSL i 1D. Fullstendig egenfunksjonssett. Endelig potensialbrønn. Diracs deltafunksjon. Normering med deltafunksjon. Deltafunksjonsbrønn.
Uke 8: Harmonisk oscillator.
Uke 9: Spredning. Tunneleffekt. Anvendelser. QM i 2D og 3D: Harmonisk oscillator. Degenerasjon.
Uke 10 og 11: Partikkel i boks. Pauliprinsippet. Tilstandstetthet. Spinn. Isotropt potensial i 2D. Dreieimpuls i 2D. Kompatible størrelser og felles egenfunksjoner. Symmetri og paritet. Dreieimpuls i 3D. Stiv rotator.
Uke 12 og 13: Radialligning. Coulombpotensial. Utvalgsregler. Dreieimpuls, magnetfelt og spinn. Pauliprinsippet. Atomer og det periodiske system.
Uke 14 og 15: Molekylfysikk. Born-Oppenheimer-tilnærmelsen. Hartree-metoden. Hartree-Fock-metoden. DFT. Basissett og LCAO. Geometrioptimering. Vibrasjonsfrekvenser og normale moder. Kjemiske reaksjoner og likevekter.


Forelesningsnotater fra 2018:
Uke 2 Uke 3 Uke 4 Uke 5 Uke 6 Uke 7 Uke 8 Uke 9 Uke 10 Uke 11 Uke 12 Uke 14 Uke 15 Uke 16

Forelesningsnotater fra 2017 (grunnlaget for videoforelesningene fra 2017):
Uke 2 Uke 3 Uke 5 Uke 6 Uke 7 Uke 8 Uke 9 Uke 10 Uke 11 Uke 12 Uke 13 Uke 14 Uke 13, 14: Molekylfysikk (LaTeX)
Introduksjon til molekylfysikk


Forelesningsnotater fra 2016:
Uke 2 Uke 3 Uke 4 Uke 5 Uke 6 Uke 7 Uke 8 Uke 9 Uke 10 Uke 11 Uke 13 Uke 14 Uke 15, 16: Molekylfysikk
Notater TFY4215 2016 Uke 2 til 16

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


IFYs eksamensarkiv

IFYs eksamensarkiv

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Formelvedlegg

Formelvedlegg til eksamen. Endelig utgave.
Kan skrives ut og medbringes til eksamen 10.januar. Også tilgjengelig som PDF til eksamen.

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Eksamen

Oppgaver 09.08.23.
LF 09.08.23.

Vurderingsprotokoll 09.08.23.

Oppgaver 10.01.23.
LF 10.01.23.
Vurderingsprotokoll 10.01.23. (Poenggrenser E16, D21, C26, B31, A36.)


Oppgaver 13.12.22.
LF 13.12.22.
Vurderingsprotokoll 13.12.22.


Spørretime i forkant av eksamen: Fredag 09.12.22 kl 1015 i aud. R1.
Tidspunkt for eksamen: 13.12.22 kl 1500-1900.
Eksamensform: Med tilsyn på Sluppen. 40 flervalgsoppgaver med lik vekt.
Forside til Eksamen 13.12.22.



Eksamen 07.12.21.   LF 07.12.21.


Eksamen 07.12.20. (Tilfeldig variant.)
Kort LF til eksamen 07.12.20. (Ikke tilpasset oppgavevarianten ovenfor.)
Mappe med pythonprogram relevante for LF til eksamen 07.12.20.
Forside ved eksamen 07.12.20.
Treningsoppgaver og eksamensoppgaver:
Testeksamen med 10 oppgaver.
LF testeksamen.
(Kun moderat kvalitetssikring av svarene her; se opp for mulige feil. Og ikke mange veldig raske oppgaver her, så en klokketime er trolig knapt for de fleste.)

Flervalg, noen treningsoppgaver.
Flervalgstrening, fasit .
Flervalgstrening, kort LF .

Eksamensoppgaver 2. juni 2016.
Løsningsforslag 2. juni 2016.
Oppgaver med løsningsforslag 2. juni 2016.

Eksamensoppgaver 9. august 2016.
Løsningsforslag 9. august 2016.

Eksamensoppgaver 10. juni 2017.
Løsningsforslag 10. juni 2017.

Eksamensoppgaver 9. august 2017.
Løsningsforslag 9. august 2017.

Eksamensoppgaver 30. mai 2018.
Løsningsforslag 30. mai 2018.
(Oppg 2, 15 og 42: Alle svar ble godkjent pga trykkfeil i oppgavetekst eller svaralternativ.)

Eksamensoppgaver 6. august 2018.
Løsningsforslag 6. august 2018.

Eksamensoppgaver 3. juni 2019.
Løsningsforslag 3. juni 2019.

Eksamensoppgaver 8. august 2019.
Løsningsforslag 8. august 2019.

Eksamensoppgaver 12. mai 2020.
Løsningsforslag 12. mai 2020.

Uaktuelle oppgaver til eksamen 07.12.20..


[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Midterm

Det var tilbud om to frivillige midterms i 2019. Disse kunne bare telle i positiv retning på endelig karakter.

TFY4215_M1_V2019.pdf
LF_TFY4215_M1_V2019.pdf

TFY4215_M2_V2019.pdf
LF_TFY4215_M2_V2019.pdf

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Python

Diverse python-program i denne mappa: ./python

Bruk gjerne anaconda.

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Referansegruppe



Referat fra 12.10.22   Innspill fra MLREAL 17.11.22  

Referatene fra høst 2021:
Referat fra 07.10.21 (BFY og MTFYMA)    Referat fra 14.10.21 (MLREAL)    Referat fra 18.11.21

Referatene fra høst 2020:
Referat fra 29.09.20 Referat fra 10.11.20 Sluttrapport høst 2020

Referatene fra vår 2020:
Referat fra 03.03.20 Referat fra 24.03.20

Referatene fra 2019:
Referat fra 22.02.19 Referat fra 12.04.19

Referatene fra 2018:
Referat fra 01.03.18 Referat fra 19.04.18

Referatene fra 2017:
Referat fra 28.02.17 Referat fra 05.04.17

Referatene fra 2016:
Referat fra 23.02.16 Referat fra 25.04.16

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Artikler



Mappe med noen utvalgte vitenskapelige artikler

[Tilbake til innholdsfortegnelsen]


Ansvarlig for denne siden: Jon Andreas Støvneng

Sist oppdatert: 9. august 2023