تدریس فیزیک | آموزش فیزیک

آموزش فیزیک به آموزشی اشاره دارد که در برگیرنده روش‌هایی هستند که در حال حاضر برای تدریس فیزیک از آن‌ها استفاده می‌شود. تدریس کننده درس فیزیک معلم فیزیک یا مدرس فیزیک نامیده می‌شود. تحقیق آموزش فیزیک به حوزه‌ای از تحقیقات آموزشی اشاره دارد که به دنبال بهبود آن روش‌ها است. از لحاظ تاریخی، فیزیک در سطح دبیرستان و کالج عمدتاً به روش سخنرانی همراه با تمرینات آزمایشگاهی با هدف تأیید مفاهیم تدریس شده در سخنرانی‌ها تدریس می‌شود. این مفاهیم زمانی بهتر درک می‌شوند که سخنرانی‌ها همراه با نمایش، آزمایش‌های عملی و سؤالاتی باشد که دانش‌آموزان را ملزم می‌کند تا در مورد چه اتفاقی و چرایی اتفاق بیفتد. دانش‌آموزانی که برای مثال با آزمایش‌های عملی در یادگیری فعال شرکت می‌کنند، از طریق خودیابی یاد می‌گیرند. آنها با آزمون و خطا یاد می‌گیرند که پیش فرض‌های خود را در مورد پدیده‌های فیزیک تغییر دهند و مفاهیم اساسی را کشف کنند. آموزش فیزیک بخشی از حوزه وسیع آموزش علوم است.

به عنوان یک معلم فیزیک، شما مسئول آموزش قوانین فیزیک به دانش آموزان به شیوه‌ای بسیار قابل درک هستید. شما همچنین مسئول تهیه جلسات جذابی هستید که دانش آموزان را درگیر فیزیک می‌کند.شما باید جلسات آزمایشگاهی را طبق سطوح درجه تهیه و نظارت کنید. شما همچنین باید مطالب درسی را طبق برنامه درسی تهیه کنید. علاوه بر این، نمرات و حضور و غیاب دانش‌آموز را نیز حفظ خواهید کرد.برای موفقیت در این شغل، باید به فیزیک علاقه داشته باشید. شما باید درک کاملی از مفاهیم و نظریه‌های مختلف فیزیک داشته باشید. شما باید مهارت‌های ارتباطی فوق‌العاده‌ای با توانایی انجام چند کار موثر داشته باشید.

شما باید دارای مدرک لیسانس در علوم یا رشته‌ای مشابه باشید. شما باید با آموزش با استفاده از وسایل کمک آموزشی مختلف آشنا باشید. کمک به دانش آموزان در شناخت نقاط قوت و ضعف خود یک وظیفه ضروری است. اگر فکر می‌کنید مهارت‌های آموزشی عالی با توانایی آرام و صبور بودن دارید، اکنون برای ما بنویسید. ما دوست داریم شما را ملاقات کنیم.

مسئولیت ها

تهیه و ارائه جلسات تدریس.

نظارت بر فعالیت‌های آزمایشگاهی

واگذاری پروژه‌ها و تکالیف به دانش آموزان.

حفظ نمرات امتحانی و حضور و غیاب.

برنامه ریزی و ایجاد مواد آموزشی.

تسهیل بحث در کلاس در مورد موضوعات مختلف علمی.

شرکت در نمایشگاه‌های علمی

کمک به دانش آموزان در پروژه‌های علمی خود.

شرکت در جلسات، کارگاه‌ها و جلسات آموزشی.

استفاده از روش‌های تدریس بسته به توانایی‌های یادگیری دانش آموزان.

ایجاد یک محیط یادگیری جذاب و سرگرم کننده

گزارش پیشرفت به اعضای مدیریت عالی و والدین.

با آخرین پیشرفت‌های تدریس به روز باشید.

الزامات

لیسانس فیزیک، علوم یا رشته‌های مرتبط.

 

تجربه کار به عنوان معلم فیزیک یا موقعیتی مشابه در بخش آموزشی .

آموزش حرفه‌ای یا کارآموزی در تدریس مزیت محسوب می‌شود.

آشنایی کامل با روش‌ها و وسایل کمک آموزشی مختلف.

نشان دادن تجربه در تدریس و مدیریت کلاس.

فردی صبور و آرام.

مهارت‌های عالی ارتباط کلامی و نوشتاری.

توانایی حفظ نظم در کلاس درس.

مهارت‌های مدیریت زمان فوق العاده.

نشان دادن توانایی باورنکردنی در انجام چند کار در صورت لزوم.

فیزیک، علمی است که با ساختار ماده و برهمکنش‌های بین مواد بنیادی سروکار دارد. نه تنها رفتار اجسام تحت تأثیر نیروهای داده شده، بلکه ماهیت و منشاء گرانشی، الکترومغناطیسی بین پدیده‌ها متفاوت است.

فیزیک پایه علوم فیزیکی است. در گذشته فیزیک و فلسفه طبیعی به جای یکدیگر برای علم استفاده می‌شدند. که هدف آن کشف و تدوین قوانین اساسی طبیعت است. همانطور که علوم مدرن توسعه یافتند و به طور فزاینده‌ای تخصصی شدند، فیزیک به بخشی از علوم فیزیکی اشاره کرد که در نجوم، شیمی، زمین شناسی، و مهندسی. با این حال، فیزیک نقش مهمی در تمام علوم طبیعی ایفا می‌کند و همه این رشته‌ها دارای شاخه‌هایی هستند که در آن‌ها بر قوانین و اندازه‌گیری‌های فیزیکی تأکید ویژه‌ای می‌شود.فیزیک را می‌توان در پایه به عنوان علم ماده، حرکت، و انرژی. قوانین آن معمولاً با صرفه جویی و دقت در زبان ریاضی بیان می‌شود.مایکل فارادی (L) فیزیکدان و شیمیدان انگلیسی (الکترومغناطیس) و جان فردریک دانیل (R) شیمیدان و هواشناس بریتانیایی که سلول دانیل را اختراع کرد.

هدف نهایی فیزیک یافتن مجموعه واحدی از قوانین حاکم بر ماده، حرکت و انرژی در فواصل کوچک (میکروسکوپی) زیر اتمی، در مقیاس انسانی (ماکروسکوپی) زندگی روزمره، و تا بزرگترین فواصل است. (به عنوان مثال، آنهایی که در مقیاس خارج از کهکشانی قرار دارند). این هدف بلندپروازانه تا حد قابل توجهی محقق شده است. اگرچه یک نظریه کاملاً یکپارچه از پدیده‌های فیزیکی هنوز به دست نیامده است (و احتمالاً هرگز محقق نخواهد شد)، به نظر می‌رسد مجموعه بسیار کوچکی از قوانین بنیادی فیزیکی قادر به توضیح همه پدیده‌های شناخته شده است. بدنه فیزیک که تقریباً تا اواخر قرن بیستم توسعه یافته است، به نام فیزیک کلاسیک شناخته می‌شود، تا حد زیادی می‌تواند حرکات اجسام ماکروسکوپی را که نسبت به سرعت نور به آهستگی حرکت می‌کنند، توضیح دهد.

دامنه فیزیک

شاخه‌ها یا رشته‌های فیزیک کلاسیک و مدرن که به طور سنتی سازماندهی شده‌اند در زیر مشخص شده‌اند. مکانیک عموماً به معنای مطالعه حرکت اجسام (یا عدم حرکت آنها) تحت تأثیر نیروهای داده شده است. مکانیک کلاسیک گاهی اوقات شاخه‌ای از ریاضیات کاربردی در نظر گرفته می‌شود. متشکل ازسینماتیک، شرح حرکت، و دینامیک، مطالعه عملکرد نیروها در ایجاد حرکت یا تعادل ایستا ( دومی که علم استاتیک را تشکیل می‌دهد. موضوعات قرن بیستم مکانیک کوانتوم، برای درمان ساختار ماده، ذرات زیراتمی حیاتی است.، ابر سیالیت، ابررسانایی، ستارگان نوترونی، و سایر پدیده‌های اصلی، و مکانیک نسبیتی، زمانی که سرعت‌ها به سرعت نزدیک می‌شوند، اهمیت دارند. نور، اشکالی از مکانیک هستند که بعداً در این بخش مورد بحث قرار خواهند گرفت.

 

در مکانیک کلاسیک قوانین در ابتدا برای ذرات نقطه‌ای فرموله می‌شوند که در آنها ابعاد، اشکال و سایر خصوصیات ذاتی اجسام نادیده گرفته می‌شود. بنابراین در اولین تقریب حتی اجرام به بزرگی زمین و خورشید به عنوان نقطه مانند در نظر گرفته می‌شوند – به عنوان مثال، در محاسبه حرکت مداری سیاره. در دینامیک جسم صلب، امتداد اجسام و توزیع جرم آنها نیز در نظر گرفته می‌شود، اما تصور می‌شود که آنها قادر به به ترتیب، مایعات را در حالت استراحت و در حال حرکت درمان می‌کنند. هیدرودینامیک و هیدرواستاتیک است.

 

در ابتدایی ترین سطح فیزیک، قوانین مکانیک با ویژگی‌های تقارن مشخص می‌شوند، به عنوان . سایر تقارن‌ها، مانند تغییرناپذیری (یعنی شکل تغییرناپذیر) قوانین تحت بازتاب‌ها و چرخش‌های انجام شده در فضا، معکوس شدن زمان، یا تبدیل به بخش متفاوتی از فضا یا دوره‌ای متفاوت از زمان، هم در مکانیک کلاسیک و هم در مکانیک نسبیتی و با محدودیت‌هایی خاص، هم در مکانیک کوانتومی وجود دارد. ویژگی‌های تقارن این نظریه را می‌توان به عنوان پیامدهای ریاضی دارای اصول اساسی به نام قوانین حفاظت، که ثبات در زمان مقادیر کمیت‌های فیزیکی خاص را در شرایط تعیین شده بیان می‌کند. کمیت‌های حفظ شده مهمترین آنها در فیزیک هستند. از جمله آنها جرم و انرژی (در نظریه نسبیت جرم و انرژی معادل هستند و با هم حفظ می‌شوند)، تکانه، تحرک زاویه‌ای و بار الکتریکی.

 

مقیاس‌های دما

مقیاس دمای استاندارد و مطلق

گرما شکلی از انرژی داخلی است که با حرکت تصادفی اجزای مولکولی مرتبط است. a> ماده یا با تشعشع. دما میانگین بخشی از انرژی داخلی موجود در بدن است (این انرژی< را شامل نمی‌شود. a i=3> پیوند مولکولی یا چرخش مولکولی). کمترین حالت انرژی ممکن یک ماده به صورت صفر مطلق تعریف می‌شود. (273.15- درجه سانتیگراد یا -459.67 درجه فارنهایت) دما. یک جسم جدا شده در نهایت به دمای یکنواخت می‌رسد، حالتی که به عنوان تعادل گرمایی شناخته می‌شود، همانطور که دو یا چند جسم در تماس قرار می‌گیرند. مطالعه رسمی حالات ماده در (یا نزدیک) تعادل حرارتی نامیده می‌شودترمودینامیک؛ قادر است طیف وسیعی از سیستم‌های حرارتی را بدون در نظر گرفتن ریزساختارهای دقیق آنها تجزیه و تحلیل کند.

قانون اول

اولین قانون ترمودینامیک اصل بقای انرژی در مکانیک است (یعنی برای همه تغییرات در یک سیستم ایزوله، انرژی ثابت می‌ماند. تعمیم داده شده که شامل گرما می‌شود.

قانون دوم

قانون دوم ترمودینامیک بیان می‌کند که گرما از مکانی با دمای پایین‌تر به مکانی که در آن بالاتر است بدون دخالت یک دستگاه خارجی (به عنوان مثال، یک یخچال). مفهوم انتروپی شامل اندازه گیری وضعیت بی نظمی ذرات تشکیل دهنده یک سیستم است. برای مثال، اگر چند بار پرتاب کردن یک سکه منجر به یک دنباله تصادفی از سر و دم شود، نتیجه انتروپی بالاتری نسبت به سر و دم دارد. تمایل دارند به صورت خوشه ظاهر شوند. فرمول دیگری از قانون دوم این است که آنتروپی یک سیستم ایزوله هرگز با زمان کاهش نمی‌یابد.

قانون سوم

قانون سوم ترمودینامیک بیان می‌کند که آنتروپی در صفر مطلق دما صفر است، که مربوط به مرتب ترین حالت ممکن است.

مکانیک آماری

ذره براونی

ذره براونی

(چپ) حرکت تصادفی یک ذره براونی و (راست) اختلاف تصادفی بین فشارهای مولکولی روی سطوح مختلف ذره که باعث حرکت می‌شود.

علم مکانیک آماری، خواص عمده سیستم‌ها را از خواص مکانیکی اجزای مولکولی آنها، با فرض و اعمال قوانین احتمال. با توجه به احتمال یکسان بودن هر پیکربندی ذرات، حالت آشوب (وضعیت حداکثر آنتروپی) بسیار محتمل‌تر از حالت‌های منظم است که یک سیستم جدا شده به آن تکامل می‌یابد، همانطور که در قانون دوم ترمودینامیک بیان شد. چنین استدلالی که به شکل دقیق ریاضی قرار می‌گیرد، نمونه‌ای از مکانیک آماری است که می‌تواند قوانین را استخراج کند. ترمودینامیک اما در توصیف نوسانات (به عنوان مثال، خروج موقت) از قوانین ترمودینامیکی که فقط رفتار متوسط ​​را توصیف می‌کنند، فراتر از آنها است. نمونه‌ای از پدیده نوسان، حرکت تصادفی ذرات کوچک معلق در یک سیالحرکت براونی.

مکانیک آماری کوانتومی نقش عمده‌ای در بسیاری دیگر از زمینه‌های علوم مدرن بازی می‌کند، به عنوان مثال، در پلاسما فیزیک (مطالعه گازهای کاملاً یونیزه شده)، در فیزیک حالت جامد، و در مطالعه ساختار ستاره‌ها. از دیدگاه میکروسکوپی، قوانین ترمودینامیک نشان می‌دهد که، در حالی که مقدار کل انرژی هر سیستم ایزوله ثابت است، آنچه که می‌توان آن را کیفیت این انرژی نامید تضعیف می‌شود هنگامی که سیستم به طور اجتناب ناپذیری از طریق اجرای قوانین شانس به حالت‌های بی نظمی فزاینده حرکت می‌کند تا در نهایت به حالت حداکثر بی نظمی (حداکثر آنتروپی) می‌رسد، که در آن همه بخش‌های سیستم در یک حالت قرار دارند. دما، و هیچ یک از انرژی حالت ممکن است به طور مفید استفاده شود. هنگامی که در مورد جهان به عنوان یک کل، به عنوان یک سیستم منزوی در نظر گرفته شود، این وضعیت آشفته نهایی ” نامیده می‌شود.مرگ گرمایی.”

مطالعه برق و مغناطیس

اگرچه الکتریسیته و مغناطیس تا قرن نوزدهم به عنوان پدیده‌های متمایز تصور می‌شدند، اکنون به عنوان اجزای میدان یکپارچه شناخته می‌شوند.الکترومغناطیس. ذرات دارای بار الکتریکی توسط یک نیروی الکتریکی برهم کنش دارند، در حالی که ذرات باردار در حرکت نیروهای مغناطیسی را نیز تولید می‌کند و به آنها پاسخ می‌دهد. بسیاری از ذرات زیراتمی، از جمله الکترون دارای بار الکتریکی و پروتون و نوترون خنثی الکتریکی، مانند آهنرباهای اولیه رفتار می‌کنند. از سوی دیگر، علیرغم جستجوهای سیستماتیک انجام شده، هیچ تک قطبی مغناطیسی که آنالوگ مغناطیسی بارهای الکتریکی باشد، هرگز یافت نشد.

این مفهوم میدان نقش اساسی در فرمول بندی کلاسیک الکترومغناطیس و همچنین در بسیاری از حوزه‌های دیگر فیزیک کلاسیک و معاصر دارد. به عنوان مثال، میدان گرانشی انیشتین، جایگزین مفهوم نیوتن از عمل گرانشی در فاصله است. میدانی که نیروی الکتریکی بین یک جفت ذره باردار را توصیف می‌کند به روش زیر عمل می‌کند: هر ذره یک میدان الکتریکی در اطراف آن، و همچنین در موقعیت اشغال شده توسط ذره دیگر. هر ذره به نیروی اعمال شده توسط میدان الکتریکی در موقعیت خاص خود به آن پاسخ می‌دهد.

 

انواع تشعشعات الکترومغناطیسی

امواج رادیویی، اشعه مادون قرمز، نور مرئی، اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس و پرتوهای گاما همه انواع تابش الکترومغناطیسی هستند. امواج رادیویی بیشترین طول موج و پرتوهای گاما کوتاه ترین طول موج را دارند. الکترومغناطیس کلاسیک با قوانین عمل میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی بر روی بارهای الکتریکی و آهنرباها و توسط آنها خلاصه می‌شود.چهار معادله قابل توجه که در اواخر قرن نوزدهم توسط فیزیکدان اسکاتلندی جیمز کلرک ماکسول معادلات اخیر نحوه تولید میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی توسط بارها و جریان‌های الکتریکی و همچنین نحوه تولید میدان‌های مغناطیسی در حال تغییر و بالعکس را توصیف می‌کند. از این روابط، ماکسول وجود امواج الکترومغناطیسی را استنباط کرد – میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی مرتبط در فضا، جدا از بارهایی که آنها را ایجاد می‌کنند و در (یا گرما).مادون قرمز و مایکروویو، اشعه ایکس و شامل پرتوهای گاما تا کوتاه امتداد دارد -طول موج امواج رادیویی که از طول موج بلند طیف الکترومغناطیسی به آن حساس است فقط یک بخش کوچک است. از یک چشم انسان که نور. تحرک زاویه‌ای، تکانه، و انرژی و دارای خواص مکانیکی مانند سرعت نور. طیف نور سفید توسط یک توری پراش. با منشور، انتهای قرمز طیف فشرده تر از انتهای بنفش است.

از آنجا که نور از امواج الکترومغناطیسی تشکیل شده است، انتشار نور را می‌توان صرفاً شاخه‌ای از الکترومغناطیس در نظر گرفت. با این حال، معمولاً به عنوان یک موضوع جداگانه به نام اپتیک پرداخته می‌شود: بخشی که به ردیابی پرتوهای نور می‌پردازد به عنوان اپتیک هندسی شناخته می‌شود، در حالی که بخشی که به پدیده‌های متمایز موج نور می‌پردازد، اپتیک فیزیکی نامیده می‌شود. اخیراً، یک شاخه جدید و حیاتی به نام ایجاد شده استاپتیک کوانتومی، که به نظریه و کاربرد لیزر مربوط می‌شود، دستگاهی که یک پرتو منسجم شدید از تابش یک جهته تولید می‌کند که برای بسیاری از کاربردها مفید است.

 

مایکل فارادی (L) فیزیکدان و شیمیدان انگلیسی (الکترومغناطیس) و جان فردریک دانیل (R) شیمیدان و هواشناس بریتانیایی که سلول دانیل را اختراع کرد.

تشکیل تصاویر توسط عدسی، میکروسکوپ، تلسکوپ‌ها و سایر دستگاه‌های نوری توسط اپتیک پرتویی توصیف می‌شوند، که فرض می‌کند عبور نور را می‌توان با خطوط مستقیم، یعنی پرتوها نشان داد. با این حال، اثرات ظریف‌تری که به خاصیت موجی نور مرئی نسبت داده می‌شود، نیازمند توضیحات اپتیک فیزیکی است. یک اثر موج اصلی تداخل است که به موجب آن دو موج موجود در ناحیه‌ای از فضا در نقاط خاصی با هم ترکیب می‌شوند و را ایجاد می‌کنند. اثر حاصل افزایش یافته (به عنوان مثال، تاج‌های امواج مؤلفه با هم جمع می‌شوند). در منتهی الیه دیگر، دو موج می‌توانند یکدیگر را باطل کنند، تاج‌های یک موج در فرورفتگی موج دیگر پر می‌شود. اثر موج دیگر پراش است که باعث می‌شود نور به مناطقی از سایه هندسی پخش شود و باعث می‌شود تصویر تولید شده توسط هر وسیله نوری تا حدی مبهم باشد. بستگی به طول موج نور دارد. برای اندازه گیری دقیق طول موج نور (حدود 500 میکرومتر) و برای اندازه گیری فواصل تا کسری کوچک از این طول.

بین سالهای 1909 و 1910، فیزیکدان آمریکایی رابرت میلیکان یک سری آزمایشات با قطره روغن انجام داد. او با مقایسه نیروی الکتریکی اعمال شده با تغییرات حرکت قطرات روغن، توانست بار الکتریکی هر قطره را تعیین کند. او دریافت که همه قطرات دارای بارهایی هستند که مضرب ساده یک عدد واحد، بار اصلی الکترون هستند. یکی از دستاوردهای بزرگ قرن بیستم، ایجاد اعتبار بوداتمی فرضیه، برای اولین بار در دوران باستان مطرح شد، مبنی بر اینکه ماده از انواع نسبتاً کمی از اجزای کوچک و یکسان تشکیل شده است . فقط جرم هسته اتم و بار آن که برابر با بار کل الکترون‌های اتم خنثی است، بر خواص شیمیایی و فیزیکی ماده تأثیر می‌گذارد.ساختار الکترونیکی مهم‌ترین ویژگی‌های ماده (بدون در نظر گرفتن ماده بیولوژیکی) را که در تجربه معمولی با آن مواجه می‌شویم، مطالعه می‌کنند – یعنی آنهایی که تقریباً به طور کامل به بیرون بستگی دارند. بخش‌هایی از رشته‌هایی. چنین فیزیک ماده متراکم که در حوزه کریستال‌ها را تشکیل می‌دهند، مانند ترکیبات؛ آنها همچنین انواع دیگری از شیمی فیزیکشیمی را تشکیل می‌دهند که ساختار آنها توسط مولکول الکترون و هسته جدا کرد. اتم‌ها با هم ترکیب می‌شوند و تشکیل دهنده و دیگر اتم، اتم همانطور که امروزه تصور می‌شود، می‌توان آن را به دموکریتوس تجزیه ناپذیر اتم.

اگرچه برخی مشابهات بین منظومه شمسی وجود دارد و اتم به دلیل این واقعیت است که قدرت نیروهای گرانشی و الکترواستاتیکی هر دو به عنوان مربع معکوس فاصله سقوط می‌کنند، اشکال کلاسیک الکترومغناطیس و مکانیک هنگامی که روی اجزای اتمی کوچک و سریع در حال حرکت اعمال می‌شود، شکست می‌خورد. ساختار اتمی تنها بر اساس مکانیک کوانتومی قابل درک است و جزئیات دقیق آن نیز مستلزم استفاده از کوانتوم است. الکترودینامیک (QED).

خواص اتمی عمدتاً با استفاده از آزمایش‌های غیرمستقیم استنباط می‌شوند. بیشترین اهمیت طیف‌سنجی بوده است که به اندازه‌گیری و تفسیر تشعشعات الکترومغناطیسی ساطع یا جذب شده توسط مواد می‌پردازد. این تشعشعات دارای ویژگی متمایزی هستند که مکانیک کوانتومی از نظر کمی با ساختارهایی که آنها را تولید و جذب می‌کنند، مرتبط است. واقعاً قابل توجه است که این ساختارها در اصل، و اغلب در عمل، قابل محاسبه هستند بر حسب چند ثابت فیزیکی اساسی: جرم و بار الکترون، سرعت نور و ثابت پلانک (تقریباً 6.62606957 × 10-34. ماکس پلانک نظریه کوانتومی به نام فیزیکدان آلمانی ثابت بنیادی ژول∙ثانیه)،

ترانزیستور

اولین ترانزیستور که توسط فیزیکدانان آمریکایی جان باردین، والتر اچ. براتین و ویلیام بی شاکلی اختراع شد.این میدان که خواص حرارتی، الاستیک، الکتریکی، مغناطیسی و نوری را بررسی می‌کندمواد جامد و مایع، با سرعت انفجاری در نیمه دوم قرن بیستم رشد کردند و دستاوردهای علمی و فنی متعددی از جمله . در میان مواد جامد، بزرگترین پیشرفت‌های نظری در مطالعه مواد کریستالی بوده است که آرایه‌های هندسی تکراری ساده اتم‌ها سیستم‌های چند ذره‌ای هستند که امکان پردازش توسط مکانیک کوانتومی را فراهم می‌کنند. از آنجایی که اتم‌های یک جامد در فواصل زیاد با یکدیگر هماهنگ هستند، این تئوری باید فراتر از آن چیزی باشد که برای اتم‌ها و مولکول‌ها مناسب است. بنابراین رساناها، مانند فلزات، حاوی مقداری الکترون به اصطلاح آزاد هستند.، یا الکترون‌های ظرفیت که مسئول الکتریکی و بیشتر رسانایی گرمایینیمه رساناها و عایق، کریستالی یا بی شکل، از دیگر مواد مورد مطالعه در این رشته از فیزیک است.

 

سایر جنبه‌های ماده متراکم شامل خواص معمولی استحالت مایع، از کریستال‌های مایع، و در دمای نزدیک به صفر مطلق، -مایعات کوانتومی نامیده می‌شوند. دومی خاصیتی به نام ابر سیال (جریان کاملاً بدون اصطکاک) را نشان می‌دهد که نمونه‌ای از پدیده‌های کوانتومی ماکروسکوپی است. چنین پدیده‌هایی همچنین با ابررسانایی (جریان الکتریکی کاملاً بدون مقاومت)، خاصیت دمای پایین مواد فلزی و سرامیکی خاص، مثال می‌زنند. علاوه بر اهمیت آنها برای فناوری، حالت‌های کوانتومی مایع و جامد ماکروسکوپی در نظریه‌های اخترفیزیکی ساختار ستاره‌ای برای مثال در .

فیزیک هسته ای

ردیابی ذرات از برخورد یک هسته با شتاب

ذرات از برخورد یک هسته شتابدار یک اتم نیوبیوم با یک هسته دیگر نیوبیم ردیابی می‌شوند. خط منفرد در سمت چپ مسیر هسته پرتابه ورودی است و مسیرهای دیگر قطعاتی از برخورد هستند. این شاخه از فیزیک به ساختار هسته اتم و تابش هسته‌های ناپایدار می‌پردازد. حدود 10000 برابر کوچکتر از اتم، ذرات تشکیل دهنده هسته پروتون‌ها و نوترون‌ها، با نیروی هسته‌ای آنقدر یکدیگر را جذب می‌کنند که انرژی‌های هسته‌ای تقریباً 1000000 برابر بیشتر از انرژی‌های اتمی معمولی است. نظریه کوانتومی برای درک ساختار هسته‌ای مورد نیاز است. هسته‌های رادیواکتیو ناپایدار (که به طور طبیعی یا مصنوعی تولید می‌شوند) مانند اتم‌های برانگیخته می‌توانند تابش الکترومغناطیسی ساطع کنند. فوتون‌های هسته‌ای پر انرژی را پرتوهای گاما می‌نامند. هسته‌های رادیواکتیو نیز دیگری را منتشر می‌کنندذرات: الکترون‌های منفی و مثبت (پرتوهای بتا)، همراه با نوترینوها و هسته (اشعه آلفا).هلیوم

یک ابزار تحقیقاتی اصلی فیزیک هسته‌ای استفاده از پرتوهای ذرات (مانند پروتون یا الکترون) است که به عنوان پرتابه علیه اهداف هسته‌ای استفاده می‌شوند. ذرات در حال پس زدن و هر قطعه هسته‌ای حاصل شناسایی می‌شوند و جهت و انرژی آنها برای آشکار کردن جزئیات ساختار هسته‌ای و کسب اطلاعات بیشتر در مورد نیروی قوی تجزیه و تحلیل می‌شود. یک نیروی هسته‌ای بسیار ضعیف تر، به اصطلاح برهم کنش ضعیف، مسئول انتشار پرتوهای بتا است. آزمایش‌های هسته‌ای برخورد از پرتوهایی از ذرات با انرژی بالاتر، از جمله ذرات ناپایدار به نام مزون‌ها استفاده می‌کنند که توسط برخوردهای هسته‌ای اولیه در شتاب دهنده‌هایی به نام کارخانه‌های مزون تولید می‌شود. تبادل مزون‌ها بین پروتون‌ها و نوترون‌ها مستقیماً مسئول نیرو قوی است. (برای مکانیسم زیربنایی مزون‌ها، به زیر مراجعه کنید نیروها و میدان‌های بنیادی.)