K - Politechnika Rzeszowska

ZAŁĄCZNIK DO
ZARZĄDZENIA NR 24/2000
REKTORA PRZ z dnia 13 listopada 2000 r.
POLITECHNIKA RZESZOWSKA
Im. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA
W RZESZOWIE
WYDZIAŁ
Elektrotechniki i Informatyki
KIERUNEK
Elektrotechnika
SPECJALNOŚĆ
RODZAJ STUDIÓW
Dzienne magisterskie
KARTA PRZEDMIOTU
N AZWA
P RZEDMIOTU
Fizyka
IMIĘ I NAZWISKO, STOPIEŃ, TYTUŁ NAUKOWY, NAUCZYCIELA AKADEMICKIEGO ODPOWIEDZIALNEGO ZA PRZEDMIOT
Dr Krystyna Chłędowska, 865-18-31, [email protected]
ZAKŁAD/KATEDRA
Katedra Fizyki
RODZAJ ZAJĘĆ
REALIZOWANYCH W
RAMACH PRZEDMIOTU
W*
Ć*
L*
P*
K*
s e m e s t r: 1, 2
s e m e s t r: 1, 2
s e m e s t r: 2
s e m e s t r:
s e m e s t r:
LICZBAGODZIN
sem. 1 – 30 godz.
PROWADZONYCH ZAJĘĆ
W DANYM S E M E S T R Z E sem. 2 – 45 godz.
sem. 1 – 30 godz.
sem. 2 – 30 godz.
15 godz.
TEMATYKA ZAJĘĆ** WG PROWADZONYCH RODZAJÓW ZAJĘĆ
WYKŁAD:
Świat fizyki – Modele, hipotezy i teorie, postulaty. Wielkości skalarne i wektorowe. Podstawowe
działania na wektorach. Układy współrzędnych.
Kinematyka – Wektor wodzący punktu materialnego. Wektor prędkości średniej i chwilowej.
Wektor przyspieszenia średniego i chwilowego. Wektor przyspieszenia normalnego i stycznego.
Wektor prędkości kątowej. Wektor przyspieszenia kątowego. Równanie toru. Droga.
Dynamika – Zasady dynamiki Newtona. Inercjalne i nieinercjalne układy odniesienia. Siły
bezwładności. Transformacja Galileusza. Całkowanie równań ruchu. Pęd - zasada zachowania
pędu. Pojęcie środka masy. Moment pędu, moment siły. Moment bezwładności, twierdzenie
Steinera. II zasada dynamiki dla ruchu obrotowego. Zasada zachowania momentu pędu. Energia
kinetyczna. Praca. Moc. Energia potencjalna. Zasada zachowania energii. Zachowawczość pola.
Drgania i fale - Oscylator harmoniczny. Energia kinetyczna i potencjalna oscylatora. Energia
średnia w czasie. Drgania tłumione. Ruch aperiodyczny, tłumienie krytyczne. Drgania
wymuszone. Rezonans mechanicznego. Współczynnik dobroci. Analogie między drgającym
układem mechanicznym a szeregowym obwodem RLC.
Równanie fali płaskiej. Superpozycja fal. Interferencja. Dudnienia. Paczka falowa - prędkość
fazowa i grupowa.
Elementy szczególnej teorii względności – Transformacja Lorentza. Dylatacja czasu.
Skrócenie długości. Relatywistyczne składanie prędkości. Pęd i energia w mechanice
relatywistycznej.
Elektrostatyka – Ładunek elektryczny - ziarnista struktura ładunków. Prawo zachowania
ładunku. Niezmienniczość ładunku. Prawo Coulomba. Natężenie pola elektrostatycznego. Pole
elektrostatyczne, zachowawczość pola. Potencjał pola elektrostatycznego. Napięcie. Praca a
potencjał. Strumień pola elektrycznego. Prawo Gaussa – przykłady zastosowania. Dywergencja.
Rotacja. Równanie ciągłości. Różniczkowa postać prawa Gaussa. Równania Laplace'a i Poissona.
Energia pola elektrostatycznego. Momenty rozkładu ładunku - monopol, dipol, kwadrupol. Dipol
elektryczny w polu jednorodnym i niejednorodnym. Pole dipola - potencjał i natężenie. Energia
oddziaływania dwóch dipoli.
LICZBA
GODZIN
2
2
6
8
2
10
Przewodniki w polu elektrostatycznym. Natężenie pola przy powierzchni naładowanego
przewodnika. Pojemność elektryczna. Pola ładunków poruszających się - zmiany składowych
natężenia pola.
Prąd elektryczny – Klasyczny model przewodnictwa. Ruchliwość ładunków. Prawo Ohma w
postaci polowej. Prądy stacjonarne i niestacjonarne. Prądy ograniczone ładunkiem przestrzennym.
Pole magnetyczne – Siła Lorentza. Indukcja i natężenie pola magnetycznego. Prawo Gaussa dla
pola magnetycznego. Wirowość pola magnetycznego. Potencjał wektorowy pola magnetycznego.
Energia pola magnetycznego. Prawo Biota - Savarta - Laplace'a – przykłady wykorzystania.
Prawo Ampere’a.
Przewodnik z prądem w polu magnetycznym. Ruch przewodnika w polu magnetycznym. Prawo
indukcji Faradaya. Indukcyjność własna i wzajemna. Prąd przesunięcia. Równania Maxwella.
Transformacja pola elektromagnetycznego.
Własności dielektryczne i magnetyczne materii – Polaryzacja elektronowa, atomowa i
cząsteczkowa. Gęstość polaryzacji. Podatność elektryczna materii i stała dielektryczna względna.
Pole elektryczne w spolaryzowanej płycie płasko - równoległej oraz w kuli. Równanie Clausiusa Mossottiego. Własności dielektryków, para- i ferroelektryków. Dipol magnetyczny.
Diamagnetyki. Paramagnetyki. Ferromagnetyki.
Mechanika kwantowa – Promieniowanie ciała doskonale czarnego. Zjawiska fotoelektryczne,
Comptona. Energia i pęd fotonu. Fala skojarzona z poruszającą się cząstką - hipoteza de Broglie'a.
Równanie Schrödingera zależne od czasu i równanie dla stanów stacjonarnych. Sens fizyczny
funkcji falowej. Operatory wielkości fizycznych, równanie własne operatora. Pomiar w mechanice
kwantowej. Zasada nieoznaczoności Heisenberga.
Przykłady rozwiązań równania Schrödingera: cząstka swobodna, cząstka w nieskończenie
głębokiej jamie potencjału, oscylator harmoniczny, przejście cząstki przez skok potencjału i
barierę potencjału
- efekt tunelowy. Atom wodoru. Fermiony, bozony. Zakaz Pauliego.
Modele ciała stałego – Gaz Fermiego elektronów swobodnych, przybliżenie słabego i silnego
wiązania. Nadprzewodnictwo.
ĆWICZENIA:
Tematyka ćwiczeń rachunkowych związana jest z tematyką wykładów. Szczególną uwagę należy
zwrócić na zagadnienia związane z dynamiką punktu materialnego i bryły sztywnej, zasadami
zachowania, drganiami, falami, polem elektrostatycznym, prądem elektrycznym, polem
magnetycznym.
LABORATORIUM:
Ćwiczenia laboratoryjne obejmują zapoznanie studentów z rachunkiem błędów, praktycznym
wykonywaniem pomiarów wielkości fizycznych, analizę i dyskusję otrzymanych wyników.
Pozwolą one na niezbędne przyswojenie treści programowych przedmiotu oraz zapoznanie
studentów ze współczesnymi technikami pomiarowymi.
Tematy ćwiczeń laboratoryjnych:
Badanie drgań wahadeł sprzężonych. Pomiar współczynnika lepkości cieczy. Wyznaczanie
dekrementu logarytmicznego i współczynnika tłumienia. Wyznaczanie długości fali i
częstotliwości metodą rezonansu. Badanie parametrów fali głosowej metodą rezonansu w rurze
otwartej.
3
12
8
17
5
60
15
Wyznaczanie energii aktywacji przewodnictwa materiałów półprzewodnikowych. Wyznaczanie
ładunku właściwego e/m elektronów.
Wyznaczanie współczynnika wydajności świetlnej jednobarwnego źródła światła. Wyznaczanie
zdolności pochłaniania światła przez szkło o zmiennej grubości, sprawdzanie graficzne prawa
pochłaniania. Wyznaczanie względnego współczynnika załamania za pomocą mikroskopu.
Sprawdzanie prawa Malusa. Wyznaczanie stałej siatki dyfrakcyjnej. Badanie widma emisyjnego
gazów. Wyznaczanie nieznanych długości fal.
ŁĄCZNIE LICZBA GODZIN
* niepotrzebne skreślić
** wypełniać odpowiednio
150
WYKAZ ZALECANEJ LITERATURY
L. p.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
C. Bobrowski - “Fizyka - krótki kurs”, WNT, Warszawa 1994.
A. Chełkowski, Fizyka dielektryków, PWN, Warszawa 1993.
P.R. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands – „Feynmana wykłady z fizyki”, PWN, Warszawa 2001.
J. Massalski, M. Massalska - “Fizyka dla inżynierów”, WNT, Warszawa 1980.
J. Orear - “Fizyka”, WNT, Warszawa 1999.
E. M. Purcell - „Elektryczność i magnetyzm”, PWN, Warszawa 1975.
R. Resnick, D. Halliday - “Fizyka”, t. I, II, PWN, Warszawa 1999.
S. Szczeniowski - “Fizyka doświadczalna”, PWN, Warszawa 1980.
J. Araminowicz,- „Zbiór zadań z fizyki”, PWN, Warszawa 1996.
Cedrik – „Zadania z fizyki”, PWN, Warszawa 1981.
K. Chłędowska, R. Sikora – „ Problemy fizyki z rozwiązaniami”, cz. I i II, Oficyna Wyd. P. Rz.,
Rzeszów 2001- 2002.
A. Hennel, W. Krzyżanowski, W. Szuszkiewicz, K. Wódkiewicz - “Zadania i problemy z fizyki”,
PWN, Warszawa 1993.
A.N. Kucenko, J.W. Rublew - “Zbiór zadań z fizyki dla wyższych uczelni technicznych”, PWN,
Warszawa 1980.
W.S. Wolkensztejn - “Zbiór zadań z fizyki”, PWN, Warszawa 1974
M. Leśniak (red.) – „Fizyka laboratorium”, Oficyna Wydawnicza P. Rz., Rzeszów 2002.
FORMA I WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU
(RODZAJU ZAJĘĆ)
Zaliczenie ćwiczeń rachunkowych następuje na podstawie aktywnego udziału w ćwiczeniach oraz wyników prac
pisemnych.
Zaliczenie laboratorium następuje po wykonaniu 6 ćwiczeń, opracowaniu sprawozdań i zaliczeniu części
teoretycznej.
Po semestrze 1 i 2 studenci zdają egzamin pisemny składający się z dwu części:
część I – sprawdzająca teoretyczne wiadomości studenta.
część II – sprawdzająca umiejętność wykorzystania posiadanych wiadomości do rozwiązywania problemów
fizycznych sformułowanych w postaci zadań.
PODPISY:
............................................................................................................................................................... .................
nauczyciela akademickiego odpowiedzialnego za przedmiot
data
..................................................................................................................................................................... ...........
kierownika zakładu/katedry akceptującego kartę
data