LICENCIATURA DE FSICAS UNIVERSIDAD AUTNOMA DE MADRID

FSICA ATMICA Y MOLECULAR

CURSO 2012-13

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FSICA ATMICA Y MOLECULAR

5o curso de la Licenciatura de Fsicas

8 crditos LRU

Rafael Prez Casero

Facultad de ciencias, C-XII-610

http://www.uam.es/rafael.perez

rafael.perez@uam.es

OBJETIVOS

El estudio de esta asignatura tiene como objetivo conocer y comprender los fundamentos

fsicos que gobiernan la estructura electrnica de tomos y molculas y la interaccin de estos con

campos magnticos y elctricos externos.

COMPETENCIAS, CAPACIDADES Y DESTREZAS A DESARROLLAR

Se pretende que el estudiante entienda y maneje con soltura los diferentes modelos fsicos y

las sucesivas aproximaciones que permiten una descripcin del mundo microscpico de los tomos

y las molculas. El estudiante debe ser capaz de obtener de forma cualitativa, y cuantitativa en

algunos casos, el esquema de niveles de energa de los diferentes tomos de la tabla peridica y de

molculas simples.

Tambin se persigue que el estudiante entienda los procesos fsicos de interaccin de los

tomos y las molculas con campos electromagnticos externos. El estudiante debe ser capaz de

obtener informacin sobre la estructura de tomos y molculas a partir de los resultados

experimentales de estas interacciones.

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CONTENIDOS

1. Estructura atmica de la materia

Bases experimentales. Modelo atmico de Bohr-Sommerfeld.

2. tomos con un electrn

Aproximacin no relativista. Correcciones de estructura fina y de estructura hiperfina.

3. tomos con dos electrones

Aproximacin no relativista. Principio de Exclusin de Pauli. Aproximacin de partculas

independientes. Correcciones perturbativas.

4. tomos multielectrnicos

Aproximacin no relativista de campo central. Correcciones a la aproximacin de campo

central. Acoplamiento Russell-Saunders. Acoplamiento j-j. Mtodo estadstico de Thomas-

Fermi. Mtodo autoconsistente de Hartree-Fock.

5. Interaccin radiacin-tomo

Hamiltoniano de interaccin. Probabilidades de transicin. Aproximacin dipolar elctrica.

Reglas de seleccin.

6. tomos en campos magnticos y elctricos

Hamiltoniano atmico en presencia de B. Efecto Zeeman y efecto Paschen-Back.

Hamiltoniano en presencia de E. Efecto Stark.

7. Molculas diatmicas

Aproximacin de Born-Oppenheimer. Ecuaciones nuclear y electrnica. Estados

rotacionales y vibracionales. Estados electrnicos.

8. Interaccin radiacin-molcula

Espectroscopa rotacional. Espectroscopa vibro-rotacional. Espectros electrnicos.

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FSICA ATMICA Y MOLECULAR

CURSO 2012-13

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DESARROLLO DE LOS CONTENIDOS

El curso comienza con una descripcin histrica de los principales experimentos y modelos

atmicos que condujeron a la teora cuntica (captulo 1). A continuacin se describe la estructura

electrnica y los estados energticos del tomo ms simple, el tomo de hidrgeno, empleando los

fundamentos cunticos y utilizando aproximaciones sucesivas (captulo 2). A partir de las ideas

fundamentales sobre las que descansa la resolucin terica del tomo de hidrgeno se aborda el

estudio de la estructura electrnica y los estados energticos de tomos multielectrnicos (captulos

3 y 4). Sobre esta base se estudia la influencia que las perturbaciones elctricas y magnticas

ejercen sobre los estados del tomo (captulos 5 y 6). Finalmente, se estudia la combinacin de dos

tomos para formar una molcula simple y se describen sus estados energticos (captulo 7) y las

interacciones de la molcula con campos electromagnticos externos (captulo 8).

METODOLOGA

La enseanza y el aprendizaje se basan en actividades presenciales (explicaciones del

profesor) y en actividades no presenciales (resolucin de problemas por parte del estudiante) Las

explicaciones del profesor muestran los fundamentos tericos de la asignatura y su aplicacin a

situaciones generales relevantes. Estos conocimientos se afianzan mediante la resolucin por parte

del profesor de algunos problemas ilustrativos. El tiempo dedicado a las explicaciones tericas es

algo mayor que el dedicado a la resolucin de los ejemplos ilustrativos, debido a la complejidad

matemtica del cuerpo terico de la asignatura.

CRITERIOS DE EVALUACIN

La evaluacin, con carcter general, se realizar mediante una PRUEBA ESCRITA FINAL,

consistente en cuestiones tericas breves y resolucin de problemas, en la que se evaluarn todos

los contenidos impartidos en el curso. Asimismo existirn una o varias PRUEBAS ESCRITAS

PARCIALES, opcionales y no liberatorias. La contribucin de cada prueba parcial a la calificacin

total de la asignatura ser del 20%, aproximadamente.

El estudiante ser calificado siempre que se presente a la PRUEBA ESCRITA FINAL.

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BIBLIOGRAFA

B.H. Bransden, C.J. Joachain. Physics of Atoms and Molecules. Ed. Pearson Education (2003)

C. Snchez del Ro. Fsica cuntica. Ed. Pirmide (1991)

R. Eisberg, R. Resnick. Fsica Cuntica. tomos, Molculas, Slidos, Ncleos y Partculas. Ed. Limusa (1996)

H. Haken and H.C. Wolf. The Physics of Atoms and Quanta. Ed. Springer-Verlag (2005)

C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Lalo. Mcanique Quantique. Ed. Hermann (1973)

TUTORAS

Tendrn lugar, previa solicitud, en el despacho 610 del mdulo 12 de la Facultad de

Ciencias. El horario, flexible, se acordar entre el profesor y el estudiante del modo ms

conveniente para ambos.

RECOMENDACIONES PARA CURSAR LA ASIGNATURA

Para abordar el estudio de la asignatura se recomienda un conocimiento claro de los

conceptos fundamentales de la Mecnica Cuntica y del Electromagnetismo Clsico.