NSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

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1 PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística SEMESTRE: Cuarto OBJETIVO GENERAL: El alumno analizará los modelos mecano-cuánticos que se manejan en los dispositivos electrónicos de estado sólido, aplicando los conceptos básicos de la mecánica cuántica y de la mecánica estadística CONTENIDO SINTÉTICO: I.- Fenómenos y conceptos no clásicos. II.- Postulados de la mecánica cuántica no relativista. III.- Aplicaciones de la Ecuación de Schroedinger. IV.- Modelo de Kronig y Penney. V.- Mecánica estadística clásica. VI.- Mecánica estadística cuántica METODOLOGÍA: Búsqueda por parte del estudiante de temas afines, exposición y análisis grupal, solución de problemas extraclase, reforzamiento de conceptos en el laboratorio y reporte, por equipos, de los fenómenos observados, exposición audiovisual por parte del profesor. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Trabajos realizados extra clase. Reportes de las prácticas realizadas en los laboratorios. Participación en actividades de aprendizaje individuales y de equipo. Tres exámenes departamentales. BIBLIOGRAFÍA: 1.- Eisberg Robert - Resnick Robert Física Cuántica Limusa Beiser Artur Perspectives of modern physsics" McGRAW-HILL Serway Raymand A Fìsica Tomo II McGraw-Hill Interamericana, México B. P. Lathi Introducción a la Teoría y Sistemas de Comunicación Limusa Noriega Editores 1997.

2 ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica OPCIÓN: COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Ingeniería en comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística SEMESTRE: Cuarto CLAVE: CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: Agosto 2004 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico - Práctica. MODALIDAD: Escolarizada HORAS/SEMANA TEORÍA: HORAS/SEMANA PRÁCTICA: HORAS/SEMESTRE TEORÍA: 54.0 HORAS/SEMESTRE PRÁCTICA: 27.0 HORAS TOTALES: 8 TIEMPOS ASIGNADOS

3 ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística CLAVE: HOJA 2 DE 10 FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA En los planes de estudio de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica de la ESIME se ha incluido la asignatura de Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística sustentada en la experiencia de que los avances tecnológicos ligados a la electrónica y las comunicaciones, logrados en el siglo anterior, han originado cambios importantes en todas las especialidades de las ciencias y de la ingeniería. Independientemente de que en todos ellos los principios físicos de la asignatura se han conservado inalterables, ahora más que nunca es necesario que el Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica posea una base sólida de conocimientos que le ayuden a comprender y adaptarse más rápidamente a las innovaciones que se presentan en el mundo moderno Nadie puede predecir con exactitud qué avances tecnológicos se conseguirán en el futuro, pero si se puede estar seguro de que los principios físicos de la Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística contribuirán en ellas. Teniendo en cuenta el lugar que ocupa la Física como ciencia y fundamento de la tecnología moderna, queda perfectamente definida la importancia de ésta, como asignatura componente del Plan de Estudios de las carreras de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica. Esta asignatura tiene como antecedente: Álgebra, Cálculo diferencial e integral, Ecuaciones diferenciales, Mecánica clásica, Electricidad y Magnetismo, Ondas mecánicas. Esta asignatura tiene como consecuente: Dispositivos Electrónicos OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno analizará los modelos mecano-cuánticos que se manejan en los dispositivos electrónicos de estado sólido, aplicando los conceptos básicos de la mecánica cuántica y de la mecánica estadística

4 ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística CLAVE HOJA 3 DE 10 UNIDAD l NOMBRE: Fenómenos y conceptos no clásicos. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno describirá las bases en las que se sustenta la dualidad onda corpúsculo cuyo fundamento teórico contradice a la mecánica clásica, resolviendo problemas en los cuales aplicará los principios de la mecánica cuántica. TEMA 1.1 Efecto fotoeléctrico. T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P EC B, 2B, 3B, 4B, 5C Teoría cuántica de Einstein del efecto fotoeléctrico. Efecto Compton y naturaleza dual de la radiación. Ondas de materia. Postulado de De Broglie. La dualidad onda partícula. Principio de incertidumbre. Propiedades de las ondas de materia. Subtotal ESTRATEGIA DIDÁCTICA: Realización de ejercicios, resolución de problemas y exposición de temas de investigación, en forma grupal y/o individual, mediante la guía del profesor quien expone y explica los conceptos, ejemplifica mediante ejercicios que él mismo resuelve y en los laboratorios se fortalecen los conceptos teóricos. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: Ejercicios realizados en clases. Prácticas de laboratorio. Investigación de temas complementarios y discusión grupal de los mismos- Los contenidos de esta unidad y de la siguiente conforman el primer examen departamental

5 ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística CLAVE HOJA 4 DE 10 UNIDAD li NOMBRE: Postulados de la mecánica cuántica no relativista. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El estudiante describirá los postulados de la mecánica cuántica de Schrödinger identificando a la función de onda de De Broglie como la descriptora de los sistemas físicos de comportamiento dual. TEMA 2.1 Primer postulado: Ecuación de Schrödinger. T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P EC B, 2B, 3B, 4B, 5C Segundo postulado: Interpretación de Born a la función de onda. Tercer postulado: Valores de expectación y Operadores. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo. Partícula libre. Velocidad de grupo Flujo de probabilidad. Expresión del flujo para la partícula libre Subtotal ESTRATEGIA DIDÁCTICA: Investigación bibliográfica por parte de los alumnos de la ecuación de Schödinger. la interpretación de Born de la función de onda, velocidad de grupo. Contando siempre con la orientación del profesor, auxiliándose con material didáctico.. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: Ejercicios para realizarse en clases. Prácticas de laboratorio que deberán reportar los alumnos. Participación en actividades individuales y de equipo. Al término de esta unidad el alumno presentará el primer examen parcial, que incluirá las dos primeras unidades

6 ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística CLAVE HOJA 5 DE: 10 UNIDAD: lli NOMBRE: Aplicaciones de la Ecuación de Schroedinger. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El estudiante aplicará los postulados de la mecánica cuántica no relativista a la solución de algunos problemas de partículas frente a típicas configuraciones de energía potencial TEMA 3.1 Partícula en un pozo infinito de potencial. Cuantización de la energía T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P EC 4.5 1B, 2B, 3B, 4B, 5C La función de onda normalizada. Valores esperados. Escalón de potencial. Coeficientes de reflexión y transmisión. Barrera de potencial. Efecto túnel. Átomo de un solo electrón. Principio de exclusión de Pauli. Subtotal ESTRATEGIA DIDÁCTICA: Búsqueda de información por parte del alumno de los conceptos de pozo de potencial, efecto túnel, el principio de exclusión de Pauli y la deducción de la función de onda y de los coeficientes de reflexión y de transmisión. Contando siempre con la guía del profesor utilizando los medios didácticos modernos PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: Ejercicios para realizarse en clases. Participación en actividades individuales y de equipo. Ejercicios para realizarse fuera de clase El examen de los contenidos de esta unidad se efectuará al término de la unidad IV

7 ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística CLAVE HOJA 6 DE 10 UNIDAD: IV NOMBRE: Modelo de Kronig y Penney. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El estudiante aplicará los postulados de la mecánica cuántica no relativista a la solución de problemas de partículas frente a una configuración de potencial periódico. TEMA 4.1 Teorema de Bloch. T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P EC B, 2B, 3B, 4B, 5C El modelo de Kronig-Penney. Diagramas en el espacio k de los momentos. Modelo de bandas de energía, permitidas y prohibidas Conceptos de masa efectiva y de hueco Subtotal ESTRATEGIA DIDÁCTICA: Búsqueda de información por parte de los alumnos del teorema de Bloch, del modelo de Kronig Penney, así como también la elaboración de modelos y diagramas, utilizándolos en la solución de problemas y en las prácticas de laboratorio, contando siempre con el auxilio del profesor que dispondrá siempre de material didáctico PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: Ejercicios para realizarse en clases. Prácticas de laboratorio. Participación en actividades individuales y de equipo. Al término de la unidad, se realizará el segundo examen departamental, el cual abarcará tanto a esta unidad como a la anterior.

8 ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística CLAVE HOJA 7 DE 10 UNIDAD V NOMBRE: Mecánica estadística clásica. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los conceptos estadísticos para relacionar las propiedades del macromundo con las del micromundo, para partículas distinguibles. TEMA 5.1 Espacio fase. T E M A S HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P EC B, 2B, 3B, 4B, 5C Partícula en una caja tridimensional. Estados degenerados. Función densidad de estados para una red cristalina. La probabilidad de una distribución La distribución más probable. La estadística de Maxwell-Boltzmann Subtotal ESTRATEGIA DIDÁCTICA: El alumno investigará sobre aplicaciones de la teoría, elaborará los diagramas y esquemas respectivos y expondrá el tema sometiéndolo a discusión. El profesor reforzará los conceptos y orientará la discusión auxiliándose de material didáctico, así como equipo de laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: Ejercicios para realizarse fuera de clase y exponerse en el salón Prácticas de laboratorio. Participación en actividades individuales y de equipo. El examen de los contenidos de esta unidad se realizará al término de la unidad VI.

9 ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística CLAVE HOJA 8 DE 10 UNIDAD: VI NOMBRE: Mecánica estadística cuántica. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los conceptos estadísticos para relacionar las propiedades del macromundo con las del micromundo, para partículas indistinguibles TEMA HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA 6.1 Estadística de Bose - Einstein T P EC B, 2B, 3B, 4B, Radiación del cuerpo negro. Fórmula de Rayleigh-Jeans. Fórmula de Plank para la radiación. Estadística de Fermi-Dirac. Subtotal ESTRATEGIA DIDÁCTICA: Búsqueda de información por parte del alumno sobre la estadística de Bose Eistein. la estadística de Fermi Dirac y el concepto de radiación. El alumno contará siempre con la guía del profesor PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN: Ejercicios para realizarse en clases. Prácticas de laboratorio. Participación en actividades individuales y de equipo. El examen de los contenidos de esta unidad y de la anterior constituirán el tercer examen departamental.

10 ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística CLAVE HOJA 9 DE 10 Práctica Nombre de la práctica Relación de U. Temáticas Horas Práctica. Lugar de realización 1 Efecto fotoeléctrico. I Laboratorio 2 Difracción de electrones. I 3 Principio de incertidumbre. I 4 Espectrometría en espectros de emisión. II, III Efecto Hall en semiconductores. III, IV Medición de E g ancho de banda prohibida. III, IV Estadística clásica V, VI

11 ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística CLAVE: HOJA 10 DE 10 PERÍODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN I y ll, III y IV, V y VI. 70% examen escrito + 25% practicas de laboratorio +5% intervenciones en clase 70% examen escrito + 25% practicas de laboratorio +5% intervenciones en clase 70% examen escrito + 25% practicas de laboratorio +5% intervenciones en clase No se asignará al alumno una calificación definitiva aprobatoria del curso sin que haya realizado y reportado satisfactoriamente como mínimo el 80% de las prácticas programadas. CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 X Eisbert Robert Resnick Tobert Física Cuántica Limusa X Beiser Artur Perspectivas of modern physsics McGraw Hill X Serway Raymand A Física Tomo II McGraw Hill Interamericana, México X Lathi B. P. Introducción a la Teoría y Sistemas de Comunicación Limusa Noriega Editores X Reamen Donald Semiconductors Physics and Devices 2 nd. Edition Irwin

12 PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística 1. DATOS GENERALES ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Culhuacan Zacatenco CARRERA: Ingeniería incomunicaciones y Electrónica SEMESTRE Cuarto ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. ACADEMIA: Física. ASIGNATURA: Mecánica Cuántica y Mecánica Estadística ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Licenciatura en Ingeniería o en Ciencias Físico Matemáticas 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno analizará los modelos mecano-cuánticos que se manejan en los dispositivos electrónicos de estado sólido, aplicando los conceptos básicos de la mecánica cuántica y de la mecánica estadística 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS Ecuaciones diferenciales. Mecánica Clásica. Modelos atómicos Teoría de la Relatividad General. Física de estado sólido. Esatdística EXPERIENCIA PROFESIONAL De preferencia dos años en la enseñanza superior o diplomado en docencia en la enseñanza superior. Dos años dentro de su profesión (no indispensable). HABILIDADES Para el manejo de grupos. Para establecer climas favorables al aprendizaje. Para transferir el conocimiento teórico a la solución de problemas. Para motivar al estudio al razonamiento y a la investigación. De liderazgo ante el grupo. Para el manejo de: material didáctico, equipo de laboratorio y de software. ACTITUDES Ejercicio de la crítica fundamentada. Respeto. Tolerancia. Compromiso con la docencia. Ética. Responsabilidad. Científica. Colaboración.. Superación docente y profesional.. Motivadora de los valores humanos e institucionales.. Vocación al servicio. ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ PRESIDENTE DE ACADEMIA Ing. Juan José Martínez Mar M.en C. José Luis Tenorio García SUBDIRECTOR ACADÉMICO Ing- Guillermo Santillán Guevara M. en C. Alberto Paz Gutiérrez DIRECTOR DEL PLANTEL Dr. Alberto Cornejo Lizarralde Ing. Fermín Valencia Figueroa FECHA: 15 de abril de 2004