Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Kriogenika
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFM-2-001-TO-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Techniki obrazowania i biometria
Kierunek:
Fizyka Medyczna
Semestr:
0
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Tarnawski Zbigniew (tarnawsk@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
prof. dr hab. inż. Tarnawski Zbigniew (tarnawsk@agh.edu.pl)
mgr inż. Zalecki Ryszard (zalecki@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

moduł pozwala poznać metody otrzymywania niskich temperatur, ich pomiaru i zapoznać się z obserwowanymi w tych temperaturach zjawiskami fizycznymi, metodami badawczymi i ich znaczeniem w fizyce.

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 Zna zasady i prawa termodynamiki klasycznej i statystycznej dotyczące metod otrzymywania i pomiaru niskich temperatur FM2A_W02, FM2A_W01 Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji,
Wynik testu zaliczeniowego,
Zaangażowanie w pracę zespołu
M_W002 Posiada wiedzę z zakresu kriofizyki: przewodnictwo ciepła, -nadciekłość helu He3 i He4, -kwantowy efekt Halla, -nadprzewodnictwo nisko- i wysokotemperaturowe. FM2A_W02, FM2A_W01 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Odpowiedź ustna,
Wynik testu zaliczeniowego
Umiejętności
M_U001 Potrafi opisać metody otrzymywania niskich temperatur: termometria opornościowa, -termopary, -pomiar ciśnienia par - manometry, - termometrie: magnetyczna, jądrowa i szumowa. FM2A_W02, FM2A_W01 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
M_U002 Potrafi opisać działanie termopar, termmometrów oporowy i innych uzytecznych w badaniach kriogenicznych FM2A_W02, FM2A_W01 Aktywność na zajęciach,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
M_U003 Potrafi posługiwać się urządzeniami kriogenicznymi w szczególności obsługiwać kriostaty z ciekłym azotem i helem FM2A_W02, FM2A_W01 Aktywność na zajęciach,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
Kompetencje społeczne
M_K001 potrafi współpracowac w zespole rozwiązującym problemy laboratoryjne FM2A_W02, FM2A_W01 Aktywność na zajęciach,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaangażowanie w pracę zespołu
M_K002 Angażuje się w dyskusję w grupie, także z prowadzacym, potrafi sformułować swoje argumenty FM2A_W02, FM2A_W01 Aktywność na zajęciach,
Odpowiedź ustna,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaangażowanie w pracę zespołu
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 Zna zasady i prawa termodynamiki klasycznej i statystycznej dotyczące metod otrzymywania i pomiaru niskich temperatur + - + - - - - - - - -
M_W002 Posiada wiedzę z zakresu kriofizyki: przewodnictwo ciepła, -nadciekłość helu He3 i He4, -kwantowy efekt Halla, -nadprzewodnictwo nisko- i wysokotemperaturowe. + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi opisać metody otrzymywania niskich temperatur: termometria opornościowa, -termopary, -pomiar ciśnienia par - manometry, - termometrie: magnetyczna, jądrowa i szumowa. + - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi opisać działanie termopar, termmometrów oporowy i innych uzytecznych w badaniach kriogenicznych + - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi posługiwać się urządzeniami kriogenicznymi w szczególności obsługiwać kriostaty z ciekłym azotem i helem + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 potrafi współpracowac w zespole rozwiązującym problemy laboratoryjne + - + - - - - - - - -
M_K002 Angażuje się w dyskusję w grupie, także z prowadzacym, potrafi sformułować swoje argumenty + - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
Kriogenika (z Elementami Kriofizyki)

1. Elementy termodynamiki klasycznej i statystycznej-6 godz. przypomnienie:statystyki Maxwella, energii wewnętrznej, energii swobodnej Gibbsa i Helmholtza,entalpii oraz entropii cieplnej i statystyczno-konfiguracyjnej, a także podstawowych procesów i zasad termodynamiki.
2. Metody otrzymywania niskich temperatur: 10 godz.
-przemiany gazowe rozprężanie i sprężanie gazów,
chłodziarka helowa o cyklu zamkniętym Mac Mahona Gifforda,
-użycie skroplonych gazów oraz skraplarki helowe i azotowe -efekt Joule’a Thomsona, z wykorzystaniem ciepła parowania, adiabatyczne rozmagnesowanie paramagnetyczne i jądrowe, -chłodziarka rozcieńczalnikowa He3-He4,
-chłodzenie laserowe do nanokelwinów.
3.Metody pomiaru niskich temperatur: -4 godz.
-termometria opornościowa,
-termopary, -pomiar ciśnienia par – manometry,
- termometrie: magnetyczna, jądrowa i szumowa.
4. Elementy Kriofizyki; 10 godz.
-przewodnictwo ciepła,
-nadciekłość helu He3 i He4,
-kwantowy efekt Halla,
-nadprzewodnictwo nisko i wysokotemperaturowe.

Ćwiczenia laboratoryjne:

Ćwiczenia laboratoryjne:15 godz.= 5 ćwiczeń po 3 godz. w grupach maksimum 10 osobowych

Ćw.1. Właściwości ciekłego i gazowego helu i azotu, obsługa dewarów i kriostatów, odzysk helu.
Ćw.2. Chłodziarka helowa w obiegu zamkniętym; budowa i zasada działania, pomiar temperatury w eunkcji czasu schładzania.
Ćw.3. Termometry ; oporowe metaliczne i półprzewodnikowe, kalibracja i pomiar temperatury.
Ćw.4. Termopary; kalibracja i pomiar temperatury.
Ćw.5. Pokaz nadciekłości He4 i oporowego przejścia nadprzewodzącego ołowiu w kriostacie szklanym.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 107 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 15 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 40 godz
Przygotowanie do zajęć 20 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona ocen z kolokwium (K) i z ćwiczeń laboratoryjnych (L):
OK = 0.6 x K + 0.4 x L

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Znajomość podstaw termodynamiki i fizyki ciała stałego.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. A.Kołodziejczyk– Materiały pomocnicze do przedmiotu: Kriogenika na stronie http://home.agh.edu.pl/~akolo/
2. B.Dziunikowski, Wstęp do fizyki niskich temperatur, Skrypt AGH nr 1203, Kraków 1990 i literatura podana tamże
3. Instrukcja obsługi chłodziarki helowej w cyklu zamkniętym Mac Mahona Gifforda
4. E.Trojnar, Kriofizyka, w Encyklopedia Fizyki Współczesnej, PWN, Warszawa, 1983
5. Rozdziały w książkach z Fizyki Ciała Stałego

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1.Specific heat and magnetization of RMn2(H,D)2, Z. Tarnawski, L. Kolwicz-Chodak, H. Figiel, N.-T. H. Kim-Ngan, L. Havela, K. Miliyanchuk, V. Sechovský, E. Santavá, J. Sebek, Journal of Alloys and Compounds ; ISSN 0925-8388. — 2007 vol. 442 s. 372–374.
2.Structural, magnetic and thermal properties of CaMn0.99{57}Fe0.01O3-δ, J. Przewoźnik, J. Chmist, L. Kolwicz-Chodak, Z. Tarnawski, Cz. Kapusta, A. Kołodziejczyk, Journal of Alloys and Compounds ; ISSN 0925-8388. — 2007 vol. 442 s. 194–196
3. H.P. van der Meulen, J.J.M. Franse, Z. Tarnawski, K. Kadowaki, J.C.P. Klaasse and A.A. Menovsky
Low temperature specific heat of REBa2Cu3O7 in magnetic field up to 5T (Re=Y, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu), Physica C 152 (1988) 65.
4. A.J. Dirkmat, T. Endstra, E.A. Knetesch, G.J. Nieuwenhuys, J.A. Maydosh, A.A. Menovsky, F.R. de Boer and Z. Tarnawski, Thermal and transport properties of UrIr2Si2, Phys. Rev. B 41 (1990) 2584.
5. H.P. van der Meulen, Z. Tarnawski, A. de Visser, J.J.M. Franse, J.A.A.J. Perenboom, D. Althof and H. van Kempen, Field effect on the specific heat of UPt3, Physica B 163 (1990) 385.
6. R. Cubitt, E.M. Forgan, G. Yang, M. Warden, S.L. Lee, P.H. Kes, T.W. Li, A.A. Menovsky and Z. Tarnawski, Direct observation of magnetic flux lattice melting and decomposition in the high-Tc superconductor Bi2.15Sr1.95CaCu2O8+z, Nature 365 (London) (1993) 407-411
7. A. Gerber, Z. Tarnawski, V.H.M. Duijn and J.J.M. Franse, Magnetocaloric approach to type-II superconductors, Phys. Rev. B 49 (1994) 3492-3495.
8. M. Krupska N.-T. H. Kim-Ngan, S. Sowa, M. Paukov, I. Tkach, D. Drozdenko, L. Havela, Z. Tarnawski
Structure, Electrical Resistivity and Superconductivity of Low-alloyed γ-U Phase Retained to Low Temperatures by Means of Rapid Cooling; Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 29 (2016) 388–398,

Informacje dodatkowe:

zaległości związane z nieobecnością na zajęciach laboratoryjnych zostana odrobione w dodatkowo ustalonym terminie z prowadzącym zajęcia.