Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Elektromagnetyzm i optyka
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFM-1-202-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Medyczna
Semestr:
2
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
dr hab. inż. Tarasiuk Jacek (tarasiuk@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr hab. inż. Tarasiuk Jacek (tarasiuk@agh.edu.pl)
dr inż. Matusiak Katarzyna (Katarzyna.Matusiak@fis.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Moduł obejmuje następujące zagadnienia z fizyki ogólnej: elektrostatyka, elektryczność, magnetyzm, zjawiska falowe, dźwięk i optyka.

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_W002 Student zna podstawowe prawa i zjawiska z zakresu elektromagnetyzmu, optyki i akustyki FM1A_W01, FM1A_W04 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń
M_W003 Student zna przykłady wykorzystania zjawisk fizycznych z zakresu elektromagnetyzmu, akustyki i optyki w technice, badaniach i medycynie FM1A_W01, FM1A_W07 Egzamin
Umiejętności
M_U005 Student potrafi prawidłowo używać i przeliczać jednostki fizyczne związane z elektromagnetyzmem, akustyką i optyką FM1A_U04, FM1A_U05 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń
M_U006 Student potrafi wykorzystać znajomość praw fizyki do rozwiązywania prostych problemów rachunkowych z zakresu elektromagnetyzmu, akustyki i optyki FM1A_U09, FM1A_U02, FM1A_U05 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń
M_U010 Student potrafi dostrzec obecność praw fizyki w przyrodzie, technice, medycynie i korzystając z nich objaśnić występujące tam procesy FM1A_U07, FM1A_U05 Aktywność na zajęciach,
Egzamin
Kompetencje społeczne
M_K003 Student potrafi aktywnie uczestniczyć w zespołowym rozwiązywaniu problemów oraz publicznie prezentować otrzymane wyniki FM1A_K02 Aktywność na zajęciach
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_W002 Student zna podstawowe prawa i zjawiska z zakresu elektromagnetyzmu, optyki i akustyki + + - - - - - - - - -
M_W003 Student zna przykłady wykorzystania zjawisk fizycznych z zakresu elektromagnetyzmu, akustyki i optyki w technice, badaniach i medycynie + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U005 Student potrafi prawidłowo używać i przeliczać jednostki fizyczne związane z elektromagnetyzmem, akustyką i optyką - + - - - - - - - - -
M_U006 Student potrafi wykorzystać znajomość praw fizyki do rozwiązywania prostych problemów rachunkowych z zakresu elektromagnetyzmu, akustyki i optyki - + - - - - - - - - -
M_U010 Student potrafi dostrzec obecność praw fizyki w przyrodzie, technice, medycynie i korzystając z nich objaśnić występujące tam procesy + + - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K003 Student potrafi aktywnie uczestniczyć w zespołowym rozwiązywaniu problemów oraz publicznie prezentować otrzymane wyniki - + - - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
  1. Elektrostatyka (6 h)

    • Ładunki elektryczne i ich wzajemne oddziaływanie
    • Pole elektrostatyczne i wielkości je charakteryzujące
    • Pojemność elektryczna
    • Elektryczny moment dipolowy i jego zachowanie w polu elektrostatycznym
    • Dielektryki. Zjawisko polaryzacji. Wektory E, D i P. Ferroelektryki.

  2. Prąd elektryczny (3 h)

    • Prąd elektryczny: natężenie i gęstość prądu
    • Prawo ciągłości klasyczna teoria przewodnictwa
    • Oporność, przewodnictwo i nadprzewodnictwo
    • Praca i moc prądu
    • Napięcia kontaktowe, siła elektromotoryczna

  3. Pole magnetyczne (9 h)

    • Ładunki elektryczne w ruchu – ujęcie relatywistyczne
    • Pole magnetyczne: siły działające na ładunki w polu magnetycznym – siła Lorentza
    • Wektor indukcji magnetycznej, siły elektrodynamiczne, cyklotron, efekt Halla
    • Magnetyczny moment dipolowy i jego zachowanie w polu magnetycznym
    • Indukcja elektromagnetyczna: prawo indukcji Faradaya
    • Indukcja wzajemna i własna, prądy wirowe
    • Transformator, betatron
    • Prawo Ampera: wytwarzanie pola magnetycznego
    • Własności pola magnetycznego, prąd przesunięcia
    • Równania Maxwella w ujęciu różniczkowym i całkowym
    • Pole elektromagnetyczne i jego własności

  4. Fale (9 h)

    • Równanie falowe. Najprostsze rozwiązanie równania falowego
    • Rodzaje fal i ich źródła:
      - fale mechaniczne i ich widmo
      - fale elektromagnetyczne i ich widmo
      - fale podłużne
      - fale poprzeczne
      - fale powierzchniowe
      - inne rodzaje fal
    • Mechanizm rozchodzenia się fal:
      - mechanicznych
      - elektromagnetycznych
    • Równanie falowe w przypadku fal:
      - mechanicznych
      - elektromagnetycznych
    • Inne rozwiązanie równania falowego. Paczki falowe. Solitony.
    • Prędkość rozchodzenia się fali. Prędkość grupowa i prędkość fazowa. Dyspersja.
    • Transport energii. Falowód. Światłowód.
    • Dyfrakcja i interferencja (zasada Hughensa, zasada Fresnela) w przypadku fal:
      - mechanicznych
      - elektromagnetycznych
    • Spójność fal świetlnych. Doświadczenie Younga. Strefy Fresnela.
    • Dyfrakcja i interferencja na wielu szczelinach. Siatka dyfrakcyjna, interferometry i ich zastosowania.
    • Fale stojące i dudnienia.
    • Efekt Dopplera w przypadku fal:
      - mechanicznych (klasyczny i relatywistyczny)
      - elektromagnetycznych (optyczny – przesunięcie ku czerwieni)

  5. Podstawy akustyki (3 h)

    • Prędkość fal dźwiękowych
    • Rozchodzenie się fal akustycznych
    • Prawo Webera-Fechnera
    • Źródła dźwięków
    • Narząd słuchu
    • Instrumenty muzyczne
    • Fale uderzeniowe

  6. Podstawy optyki (6 h)

    • Optyka falowa i optyka geometryczna
    • Załamanie światła i kąt graniczny. Światłowody.
    • Dyspersja światła i rozszczepienie
    • Przyrządy optyczne. Wady soczewek.
    • Narząd wzroku
    • Podstawy teorii barw
    • Polaryzacja światła: polaryzacja liniowa, polaryzacja kołowa i eliptyczna
    • Wytwarzania światła spolaryzowanego
    • Interferencja w świetle spolaryzowanym
    • Światło spójne. Laser.
    • Fotometria

  7. Komentarze i uzupełnienia (3 h)

    • Treść zajęć będzie ustalona wspólnie ze studentami

Ćwiczenia audytoryjne:
  1. Powtórka z rachunku różniczkowego, całkowego i operacji wektorowych

    • student potrafi policzyć pochodne funkcji prostej i złożonej
    • student zna interpretację geometryczną pochodnej
    • student potrafi policzyć wybrane rodzaje całek oznaczonych
    • student potrafi korzystać z tablicy całek
    • student zna związek między pochodną i całką oraz ich fizyczną reprezentacją

  2. Wprowadzenie do operatorów pola

    • student wie czym jest pole wektorowe i skalarne
    • student rozumie pojęcie lini sił pola oraz powierzchnie jednakowej wartości
    • student potrafi wyznaczyć rotację, dywergencję oraz gradient pola
    • student potrafi podać analogie z życia codziennego opisujące powyższe pojęcia

  3. Elektrostatyka

    • student potrafi j akościowo i ilościowo opisać odziaływaniu zbioru ładunków punktowych
    • student potrafi wyznaczyć pole elektrostatyczne pochodzące od zbioru punktów
    • student potrafi opisać ruch masy obdarzonej ładunkiem w zadanym polu elektrostatycznym
    • student potrafi przeliczać jednostki różnych wielkości charakteryzujących pole elektorstatyczne
    • student zna typowe wartości wielkości charakteryzujących pola elektrostatyczne spotykane w przyrodzie i technice
    • student potrafi wyznaczyć w prostych przypadkach pole elektrostatyczne pochodzące od ciągłego rozkładu ładunków
    • student potrafi jakościowo i ilościowo opisać indukcję elektrostatyczną w prostych układach
    • student potrafi wyznaczyć pojemność prostych układów elektrycznych oraz pojemności zastępcze dla połączeń równoległych i szeregowych
    • student potrafi wyzanczyć natężenie pola w kondensatorze i określić warunki przebicia

  4. Prąd elektryczny

    • student potrafi ilościowo i jakościowo opisać zjawisko przepływu stałego prądu elektrycznego
    • student potrafi wyjaśnić przyczyny oporu elektrycznego i wyznaczyć opór w prostych układach przewodników oraz ich połączeniach szeregowych i równoległych
    • student potrafi wyznaczyć prądy i napięcia w prostych układach wymagających zastosowania jedynie prawa Ohma i praf Kirchoffa

  5. Pole magnetyczne

    • student wie czym jest pole magnetyczne, potrafi wskazać jego źródła oraz zna podstawowe wielkości charakteryzujące to pole
    • student potrafi jakościowo i ilościowo opisać indukcję elektromagnetyczną w przypadku prostych układów z prądem
    • student potrafi jakościowo i ilościowo opisać ruch masy obdarzonej ładunkiem i prędkością początkową w stałym polu elektromagnetycznym
    • student potrafi przeliczać jednostki różnych wielkości charakteryzujących pole magnetyczne
    • student zna typowe wartości wielkości charakteryzujących pola magnetyczne spotykane w przyrodzie i technice

  6. Fale i zjawiska falowe

    • student potrafi opisać i wyznaczyć podstawowe parametry opisujące falę
    • student potrafi rozwiązać proste zagadnienia związane z superpozucją i interferencją fal (w tym fale stojące)
    • student potrafi wyznaczyć bieg promieni świetlnych w przypadku odbicia i załamania na granicy różnych ośrodków
    • student potrafi jakościowo i ilościowo opisać głośność, wysokość oraz barwę dźwięku (barwę tylko jakościowo)

  7. Optyka

    • student potrafi poprawnie opisać zjawiska odbicia i załamania w prostych układach optycznych
    • student potrafi przeprowadzić konstrukcję obrazu w prostych układach soczewek i zwierciadeł
    • student potrafi jakościowo i ilościow scharakteryzować dyfrakcję i interferencję na jednej i dwóch szczelinach oraz na siatce dyfrakcyjnej
    • student potrafi w praktycznych przypadkach oszacować zdolność rozdzielczą układów optycznych

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 255 godz
Punkty ECTS za moduł 9 ECTS
Udział w wykładach 45 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 56 godz
Udział w ćwiczeniach audytoryjnych 60 godz
Przygotowanie do zajęć 90 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 4 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena z ćwiczeń rachunkowych ustalana jest jako średnia ocen (z cotygodniowych kartkówek, odpowiedzi i aktywności na zajęciach oraz kolokwiów) zgodnie ze skalą ocen obowiązującą w regulaminie AGH, przyporządkowującą procent opanowania materiału konkretnej ocenie (Par.13, pkt.1).
Ocena z egzaminu ustalana jest na podstawie wyników egzaminu pisemnego. Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest posiadanie zaliczenia z ćwiczeń.
Na ocenę:

  • 3.0-3.5 wymagana jest znajomość praw fizyki omawianych na wykładzie i umiejętność zastosowania opisujących je wzorów,
  • 4.0-4.5 wymagana jest umiejętność wyjaśnienia zjawisk oraz wyprowadzenia związków i zależności omawianych na wykładzie,
  • 5.0 wymagana jest umiejętność zastosowania zdobytej na zajęciach wiedzy do wyjaśnienia zjawisk i procesów nie omawianych na wykładzie.

Ocena końcowa z modułu liczona jest jako średnia ważona, z wagą 40% dla ćwiczeń rachunkowych i 60% dla egzaminu pisemnego. W przypadku zdawania egzaminu pisemnego w więcej niż jednym terminie do średniej ważonej bierze się średnią arytmetyczną z ocen wszystkich zdawanych terminów.

Szczegółowe zasady organizacji egzaminu podane będą na pierwszym wykładzie.

Wymagania wstępne i dodatkowe:
  • Podstawowa wiedza i umiejętności w zakresie rachunku różniczkowego i całkowego
  • Wiedza i umiejętności w zakresie fizyki na poziomie szkoły średniej
Zalecana literatura i pomoce naukowe:
  • Podstawy fizyki, tom 3 i 4 – Halliday D., Resnick R., Walker J., PWN 2011
  • Fizyka, tom 1 i 2 – Orear J, WNT 2004
  • Istota i struktura fizyki – Cooper L.N., PWN 1975
  • Zarys fizyki – Bolton W., PWN 1988
  • Dlaczego rzeczy są takie jakie są (rozdziały: 3, 9, 10, 11) – Chandrasekhar B.S., CiS 1999
Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

W przypadku usprawiedliwionej nieobecności na kolokwium, pod koniec semestru zorganizowany będzie specjalny dodatkowy termin, w którym można będzie napisać zaległe kolokwium.
Dopuszczalne są 2 usprawiedliwione nieobecności (student nadrabia zaległości we własnym zakresie).
Podstawą zaliczenia jest obecność na co najmniej 50% zajęć w semestrze. W uzasadnionych przypadkach (np. pobyt w szpitalu) student samodzielnie uzupełnia powstałe zaległości, które zostaną sprawdzone poprzez specjalne kolokwium.