Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Fizyka ciała stałego
Tok studiów:
2017/2018
Kod:
CTC-2-309-AK-s
Wydział:
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Analityka i kontrola jakości
Kierunek:
Technologia Chemiczna
Semestr:
3
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
prof. nadzw. dr hab. inż. Jedliński Jerzy (jedlinsk@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
prof. nadzw. dr hab. inż. Jedliński Jerzy (jedlinsk@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Tkacz-Śmiech Katarzyna (smiech@agh.edu.pl)
Zajusz Marek (zajuszm@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Zapoznanie się z hierarchicznym modelem budowy ciał stałych oraz poszczególnymi jego elementami, z odniesieniem do struktury krystalograficznej, struktury elektronowej i właściwości materiałów.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Rozumie związki pomiędzy zjawiskami zachodzącymi w kryształach i właściwościami różnego typu materiałów. TC2A_W02, TC2A_W12 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium
M_W002 Rozumie teoretyczne podstawy wybranych technologii materiałowych. TC2A_W02 Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji
M_W003 Potrafi stosować metody matematyki w opisie zjawisk zachodzących w ciałach stałych. Ma świadomość potrzeby stosowania metod numerycznych w rozwiązywaniu problemów fizyki ciała stałego. TC2A_W03 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium
Umiejętności
M_U001 Zna wybrane eksperymentalne metody fizyki ciała stałego. Potrafi odpowiednio dobrać metodę badawczą dla określenia wybranych właściwości materiałów. Zna możliwości i ograniczenia tych metod. TC2A_U08 Kolokwium,
Referat
M_U002 Zna podstawowe zależności pomiędzy budową materiałów i ich właściwościami. Potrafi je wykorzystywać przy interpretacji wyników eksperymentalnych. TC2A_U11, TC2A_U08 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji
Kompetencje społeczne
M_K001 Ma świadomość, że wiedza podstawowa w zakresie fizyki ciała stałego pozwala lepiej rozumieć problemy w technologii materiałów. TC2A_K07 Udział w dyskusji
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Rozumie związki pomiędzy zjawiskami zachodzącymi w kryształach i właściwościami różnego typu materiałów. + - - - - - - - - - -
M_W002 Rozumie teoretyczne podstawy wybranych technologii materiałowych. + - - - - - - - - - -
M_W003 Potrafi stosować metody matematyki w opisie zjawisk zachodzących w ciałach stałych. Ma świadomość potrzeby stosowania metod numerycznych w rozwiązywaniu problemów fizyki ciała stałego. - - - - - + - - - - -
Umiejętności
M_U001 Zna wybrane eksperymentalne metody fizyki ciała stałego. Potrafi odpowiednio dobrać metodę badawczą dla określenia wybranych właściwości materiałów. Zna możliwości i ograniczenia tych metod. - - - - - + - - - - -
M_U002 Zna podstawowe zależności pomiędzy budową materiałów i ich właściwościami. Potrafi je wykorzystywać przy interpretacji wyników eksperymentalnych. + - - - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Ma świadomość, że wiedza podstawowa w zakresie fizyki ciała stałego pozwala lepiej rozumieć problemy w technologii materiałów. + - - - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
Najważniejsze koncepcje oraz wybrane eksperymentalne i teoretyczne metody fizyki fazy skondensowanej.

Atomowa budowa ciała stałego: kryształy periodyczne, quasikryształy i ciała amorficzne. Sieć krystaliczna. Sieć odwrotna i dyfrakcja na krysztale (wzory Lauego i Bragga). Strefy Brillouina. Kryształy z bazą.
Dynamika sieci krystalicznej: fale sprężyste i fonony, efekty anharmoniczne i rozszerzalność cieplna, ciepło właściwe kryształów.
Wiązanie chemiczne i podział kryształów ze względu na wiązanie chemiczne: typy wiązań chemicznych i podstawowe właściwości kryształów jonowych i kowalencyjnych, struktura pasmowa kryształów jonowych i kowalencyjnych, kohezja kryształów.
Struktura elektronowa kryształów: gaz Fermiego elektronów swobodnych w przestrzeni 1D i 3D, prawo Ohma i przewodność elektryczna, pojemność cieplna gazu elektronowego, rozkład Fermiego-Diraca, gęstość stanów, gaz elektronów prawie swobodnych, funkcje Blocha i obraz struktury pasmowej w pierwszej strefie Brillouina.
Półprzewodniki: elektrony i dziury, półprzewodniki samoistne i domieszkowane.
Diamagnetyzm i paramagnetyzm: podatność magnetyczna, uporządkowanie magnetyczne, ferromagnetyzm, magnetyczne przemiany fazowe, efekt Halla.
Przemiany fazowe I i II rodzju, teoria Landaua-Ginzburga.
Nadprzewodnictwo (nadprzewodniki I i II rodzaju, równanie Londona, efekt Josephsona, elementy mikroskopowej teorii nadprzewodnictwa.
Właściwości optyczne: odbicie i załamanie światła, optyczna funkcja dielektryczna, załamanie światła, polaryzacja nieliniowa.

Zajęcia seminaryjne:
  1. Treści programowe zajęć seminaryjnych odpowiadające tematyce kolejnych wykładów.

    Hierarchiczny model budowy ciał stałych. Opis sieci krystalicznej i sieci odwrotnej, wskaźniki Millera i symetria translacyjna, komórka elementarna i prymitywna. Typowe struktury krystaliczne. Wiązanie chemiczne w krysztale i tetraedr wiązań. Sprężystość kryształów. Fonony i krzywe dyspersji fononów. Ciepło właściwe sieci krystalicznej i rozszerzalność cieplna komórki elementarnej. Gaz Fermiego elektronów swobodnych: model 1D i 3D. Struktura pasmowa – typowe modele struktury pasmowej metali, półprzewodników i izolatorów. Magnetyczne i ferroelektryczne przemiany fazowe. Właściwości optyczne kryształów.

  2. Metody doswiadczalne badań budowy, składu chemicznego i właściwości ciał stałych

    Metody badań struktury kryształów: dyfrakcja rentgenowska, spektroskopia rentgenowska, rozpraszanie elastyczne (dyfrakcja) neutronów. Metody badań powierzchni: dyfrakcja jonów i wysokoenergetycznych elektronów, mikroskopia sił atomowych, skaningowa mikroskopia tunelowa. Metody badania zjawisk optycznych: badania rozpraszania i transmisji promieniowania. Metody badania właściwości magnetycznych: mikroskop sił magnetycznych, rozpraszanie neutronów. Metody rezonansowe : NMR i EPR, FMR.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 80 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem 2 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 13 godz
Przygotowanie do zajęć 10 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 8 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych 30 godz
Udział w wykładach 15 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocenę końcową stanowi ocena z zajęć seminaryjnych, wystawiona na podstawie oceny z kolokwium zaliczeniowego, przygotowanej prezentacji i aktywności Studenta na zajęciach.

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Znajomość podstaw krystalochemii.
Znajomość podstaw fizyki w zakresie: mechaniki, optyki, elektryczności i magnetyzmu.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

Kittel Ch., Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN, Warszawa 1999 r.
Ibach H., Lüth H., Fizyka ciała stałego- wstęp do teorii i eksperymentu, PWN, Warszawa 1996 r.
Heunel A., W.Szuszkiewicz, Zadania z fizyki atomu, cząsteczki i ciała stałego, PWN, Warszawa, 1994.
N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, „Fizyka ciała stałego”, PWN, Warszawa. 1986.
K. Tkacz-Śmiech, „Elektrony w atomach, cząsteczkach i kryształach. Wprowa-dzenie w zagadnienia wiązania chemicznego w strukturach nieorganicznych”, Wyd. Naukowe AGH, Kraków 2002.
A. Oleś, „Metody doświadczalne fizyki ciała stałego”, PWT, Warszawa, 1998.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak