Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Nadprzewodnictwo i nadciekłość
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JIS-2-011-SW-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Systemy wbudowane i rekonfigurowalne
Kierunek:
Informatyka Stosowana
Semestr:
0
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
dr hab. Woch Wiesław Marek (wmwoch@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
mgr inż. Zalecki Ryszard (zalecki@agh.edu.pl)
dr hab. Woch Wiesław Marek (wmwoch@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Poznanie podstawowych zjawisk z zakresu nadprzewodnictwa i nadciekłości, podstawowych metod pomiarowych i elementów teorii.

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 Student posiada wiedzę o właściwościach fizycznych oraz zna i rozumie definicje wielkości fizycznych charakteryzujących stan nadprzewodzący t.j. temperatura przejścia, oporność, namagnesowanie, ciepło właściwe, pola i prądy krytyczne, struktura worteksów, kwantowanie strumienia pola magnetycznego,Student potrafi wymienić najważniejsze klasy nadprzewodników IS2A_W03, IS2A_W07 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W002 posiada wiedzę o właściwościach fizycznych oraz zna i rozumie definicje wielkości fizycznych charakteryzujących stan nadciekły t.j.temperatura przejścia, współczynnik lepkości,gęstość, ciepło właściwe, kwantowanie wirów prędkości, IS2A_W03, IS2A_W07 Aktywność na zajęciach,
Odpowiedź ustna,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wynik testu zaliczeniowego
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zmierzyć i opracować opornościowe i magnetyczne przejście do stanu nadprzewodnictwa Student potrafi wytworzyć nadprzewodnik wysokotemperaturowy typu Y-Ba-Cu-O, Student potrafi wskazać, które nadprzewodniki mają zastosowania w technice w formie litej i cienkowarstwowej, IS2A_W03, IS2A_W07 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 potrafi zmierzyć i opisać właściwości przejścia do stanu nadciekłego w helu 4, przy użyciu kriostatu helowego z He4Student potrafi scharakteryzować obie nadciekłe fazy Helu 4 i Helu 3 IS2A_W03, IS2A_W07 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń,
Wynik testu zaliczeniowego
Kompetencje społeczne
M_K001 potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy laboratoryjne IS2A_W03, IS2A_W07 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_K002 angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować swoje argumenty IS2A_W03, IS2A_W07 Aktywność na zajęciach,
Odpowiedź ustna,
Udział w dyskusji,
Wynik testu zaliczeniowego,
Zaliczenie laboratorium
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 Student posiada wiedzę o właściwościach fizycznych oraz zna i rozumie definicje wielkości fizycznych charakteryzujących stan nadprzewodzący t.j. temperatura przejścia, oporność, namagnesowanie, ciepło właściwe, pola i prądy krytyczne, struktura worteksów, kwantowanie strumienia pola magnetycznego,Student potrafi wymienić najważniejsze klasy nadprzewodników + - + - - - - - - - -
M_W002 posiada wiedzę o właściwościach fizycznych oraz zna i rozumie definicje wielkości fizycznych charakteryzujących stan nadciekły t.j.temperatura przejścia, współczynnik lepkości,gęstość, ciepło właściwe, kwantowanie wirów prędkości, + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zmierzyć i opracować opornościowe i magnetyczne przejście do stanu nadprzewodnictwa Student potrafi wytworzyć nadprzewodnik wysokotemperaturowy typu Y-Ba-Cu-O, Student potrafi wskazać, które nadprzewodniki mają zastosowania w technice w formie litej i cienkowarstwowej, + - + - - - - - - - -
M_U002 potrafi zmierzyć i opisać właściwości przejścia do stanu nadciekłego w helu 4, przy użyciu kriostatu helowego z He4Student potrafi scharakteryzować obie nadciekłe fazy Helu 4 i Helu 3 + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy laboratoryjne + - + - - - - - - - -
M_K002 angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, i potrafi dobrze sformułować swoje argumenty + - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
Nadprzewodnictwo i nadciekłość

1.Zerowa oporność i idealny diamagnetyzm; 2 godz.
2.Nadprzewodnictwo pierwszego i drugiego rodzaju; 1 godz.
3.Pola i prądy krytyczne; termodynamika stanu nadprzewodzącego 2 godz.
4.Sieć worteksów i siła piningu – 2 godz.
5.Kwantowanie strumienia; mikroskopowe wielkości charakteryzujące nadprzewodnik – 2 godz.
6.Teorie nadprzewodnictwa; – 3 godz.
Fenomenologiczna teoria Londonów,
Teoria Ginzburga- Landaua- Abrikosova- Gorkova,
Zarys teorii Bardina- Coopera- Schriefera,
7.Przegląd materiałów nadprzewodzących- 4 godz:
związki typu A-15, stopy,nadprzewodniki magnetyczne,
związki ciężkofermionowe,nadprzewodniki organiczne,
nadprzewodniki wysokotemperaturowe miedziowo-tlenowe, nadprzewodniki wysokotemperaturowe żelazowo-arsenowe i inne.
8.Nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe; 2 godz.
9.Zastosowania nadprzewodników: 4 godz.
druty i magnesy nadprzewodzące, cienkie warstwy, elementy logiczne na złączach Josephsona,interferencyjny magnetometr nadprzewodzący , magazyny energii, inne
10.Właściwości ciekłego helu; diagramy fazowe – 2 godz. 11.Nadciekłość helu 4 i helu 3: 2 godz.
12.Specyficzne zjawiska w nadciekłym helu: efekt termomechaniczny, płynięcie warstwy, efekt fontannowy, drugi dzwięk- 2 godz.
13.Stan podstawowy i wzbudzenia elementarne w nadciekłym He-II, teoria i kryterium Landaua, kwantyzacja wirów, rotony, sieć wirów w nadcieczach- 2 godz.

Ćwiczenia laboratoryjne:
Nadprzewodnictwo i nadciekłość

Opis: Studenci wykonują 5 ćwiczeń laboratoryjnych w grupach ok. 5 osób w laboratoriach naukowych Katedry Fizyki Ciała Stałego wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej
Zadania do wykonania:
1.Przygotowanie wysokotemperaturowego nadprzewodnika typu Y-Ba-Cu-O – 5 godz.
Efekty kształcenia:student potrafi opisać poszczególne etapy przygotowania nadprzewodnika metodą reakcji w fazie stałej i wytworzyć taki nadprzewodnik
2.Pomiar oporowego i magnetycznego przejścia do stanu nadprzewodzącego nadprzewodnika wysokotemperaturowego–5 godz.
Efekty kształcenia:student potrafi zmierzyć przejście nadprzewodzące metodą czteropunktowego pomiaru oporu lub metodą mostkowego pomiaru magnetycznej podatności dynamicznej
3.Przeprowadzenie zjawiska lewitacji – 2 godz.
Efekty kształcenia: student potrafi opisać i przeprowadzić pokaz zjawiska lewitacji magnesu Nd-Fe-B nad wysokotemperaturowym nadprzewodnikiem typu Y-Ba-Cu-O przy użyciu kriostatu azotowego.
4.Pomiary prądów krytycznych i pól nieodwracalności nadprzewodnika wysokotemperaturowego – 3 godz.
Efekty kształcenia: student potrafi wykonać pomiar prądu i magnetycznych pól krytycznych metodą transportową i magnetyczną
5.Opcjonalnie: pokaz przejścia do stanu nadciekłego dla Helu 4 – 2 godz.
Efekty kształcenia: Student potrafi zaprojektować i opisać sposób obserwacji przejścia do stanu nadciekłego Helu 4 w kriostacie helowym.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 110 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 15 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 40 godz
Przygotowanie do zajęć 10 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem 10 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 5 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Oceny z ćwiczeń laboratoryjnych (L) oraz z kollokwium zaliczeniowego (K) obliczane są następująco:
Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ocen z kolokwium (K) i z ćwiczeń laboratoryjnych (L):
OK = 0.5 x K + 0.5 x L

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Znajomość podstaw fizyki ciała stałego.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. W.M. Woch– Materiały pomocnicze do przedmiotu: Nadprzewodnictwo i nadciekłość http://home.agh.edu.pl/~wmwoch
2. Wstęp do nadprzewodnictwa i nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe, M Cyrot and D Pavuna , PWN, 2003; tłum. z ang. (Introduction to Superconductivity, M Cyrot and D Pavuna, World Scientific, 1995).
3. Superfluidity and Superconductivity, D Tilley , J Tilley , Institute of Physics Publishing, Oxford, 1986
4. High- temperature Superconductivity, G Burns , Academic Press, London, 1992
5. Rozdziały w książkach Fizyki Ciała Stałego

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

R.Zalecki, W.Woch, M.Chrobak, A.Kołodziejczyk
AC Susceptibility of YBCO 1:2:3 Films on Silver Substrates
Acta Physica Polonica A, 126/4A (2014) 13-15

R.Zalecki, W.Woch, A.Kołodziejczyk, W.T.Konig, G.Gritzner

Penetration Depth of Tl2Ba2Ca2Cu3Oy and Tl0.58Pb0.4Sr1.6Ba0.4Ca2Cu3Oy Bulk Superconductors
Acta Physica Polonica A, 126/4A (2014) 133-136

M.Chrobak, W.Woch, G.Szwachta, R.Zalecki, Ł.Gondek, A.Kołodziejczyk, J.Kusiński
Thermal Fluctuations in YBCO Thin Film on MgO Substrate
Acta Physica Polonica A, 126/4A (2014) 88-91

R. Zalecki, W.M. Woch, M. Chrobak, A. Kołodziejczyk,
Penetration Depth of Magnetic Field into YBa2Cu3Ox Film on Polycrystalline Ag Substrate, Acta Phys. Pol. A 127 (2015) 272.

M. Chrobak, W.M. Woch, R. Zalecki, A. Kołodziejczyk,
Thermal Fluctuations of Bismuth Based 1G Tape,
Acta Phys. Pol. A 127 (2015) 306.

W.M. Woch, M. Chrobak, M. Kowalik, R. Zalecki, J. Przewoźnik, Cz. Kapusta, Magnetoresistance and irreversibility fields of bismuth based 1G tape,
J. Supercond. Nov. Magn. 29 (2016) 2333–2336,

W.M. Woch, M. Chrobak, M. Kowalik, R. Zalecki, M. Giebułtowski, J. Niewolski, Ł. Gondek,
Magnetoconductance of Bi1.6Pb0.4Sr2Ca2Cu3Ox bulk superconductor in the fluctuation region
Journal All. Comp. 692 (2017) 359.

W.M. Woch, R. Zalecki, M. Chrobak, A. Kołodziejczyk,
Critical Currents of Bismuth 1G Tape,
Acta Phys. Pol. A 127 (2015) 315.

Informacje dodatkowe:

W zajęciach uczestniczą studenci po kursie Fizyki, (na pierwszym czy drugim roku), zawierającym Elementy Fizyki Ciała Stałego.

Zaległości związane z nieobecnością na zajęciach laboratoryjnych zostaną odrobione w dodatkowo ustalonym terminie z prowadzącym zajęcia.