Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Physics 2
Course of study:
2019/2020
Code:
IETP-1-202-n
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Part-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. Stapiński Tomasz (stap@agh.edu.pl)
Module summary

Celem przedmiotu jest nabycie umiejętności opisu otaczającej rzeczywistości za pomocą podstawowych
praw fizycznych oraz zrozumienie wpływu tych oddziaływań na przyrodę i technikę.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 Student pracując w grupie dostrzega konieczność współpracy przy wykonywaniu zadań laboratoryjnych i ponoszenia wspólnie odpowiedzialności za opracowanie i przedstawienie rezultatów swojej pracy. ETP1A_K04, ETP1A_W02 Execution of laboratory classes,
Activity during classes
M_K002 Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływ na środowisko, i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. ETP1A_K02 Execution of laboratory classes
M_K003 Dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności praktycznych w opisie zjawisk fizycznych. ETP1A_K01, ETP1A_W01, ETP1A_W02 Execution of laboratory classes,
Activity during classes
Skills: he can
M_U001 Zdobywa umiejętność planowania i przeprowadzania pomiarów wielkości fizycznych. ETP1A_U02 Execution of laboratory classes
M_U002 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień optyki falowej, fizyki współczesnej, fizyki ciała stałego i podstaw mechaniki kwantowej. ETP1A_U02 Test,
Examination
M_U003 Rozumie działanie współczesnych urządzeń elektronicznych i w oparciu o poznane zasady umie projektować nowe urządzenia ETP1A_U12, ETP1A_U15, ETP1A_U02 Execution of exercises
M_U004 Posiada praktyczną umiejętność analizy wyników pomiaru, sporządzania raportów i analizy niepewności wyników. ETP1A_U04, ETP1A_U09, ETP1A_W02 Report,
Examination
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Dysponuje aktualną wiedzą w dziedzinie fizyki współczesnej, zna aktualny stan badań, śledzi rozwój fizyki. ETP1A_W02 Test,
Examination
M_W002 Ma wiedzę w zakresie zjawisk falowych, pola elektrycznego, pola magnetycznego , pola elektromagnetycznego, optyki, oddziaływania promieniowania z materią oraz fizyki ciała stałego niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych w przyrodzie i technice, a w szczególności w elektronice i telekomunikacji. ETP1A_W02 Test,
Examination
M_W003 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice zwłaszcza znaczenie fizyki ciała stałego dla zastosowań w elektronice i telekomunikacji ETP1A_W02 Test,
Examination
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
38 24 14 0 0 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Student pracując w grupie dostrzega konieczność współpracy przy wykonywaniu zadań laboratoryjnych i ponoszenia wspólnie odpowiedzialności za opracowanie i przedstawienie rezultatów swojej pracy. + + - - - - - - - - -
M_K002 Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływ na środowisko, i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. + + - - - - - - - - -
M_K003 Dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności praktycznych w opisie zjawisk fizycznych. + + - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Zdobywa umiejętność planowania i przeprowadzania pomiarów wielkości fizycznych. + + - - - - - - - - -
M_U002 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień optyki falowej, fizyki współczesnej, fizyki ciała stałego i podstaw mechaniki kwantowej. + + - - - - - - - - -
M_U003 Rozumie działanie współczesnych urządzeń elektronicznych i w oparciu o poznane zasady umie projektować nowe urządzenia + + - - - - - - - - -
M_U004 Posiada praktyczną umiejętność analizy wyników pomiaru, sporządzania raportów i analizy niepewności wyników. + + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Dysponuje aktualną wiedzą w dziedzinie fizyki współczesnej, zna aktualny stan badań, śledzi rozwój fizyki. + + - - - - - - - - -
M_W002 Ma wiedzę w zakresie zjawisk falowych, pola elektrycznego, pola magnetycznego , pola elektromagnetycznego, optyki, oddziaływania promieniowania z materią oraz fizyki ciała stałego niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych w przyrodzie i technice, a w szczególności w elektronice i telekomunikacji. + + - - - - - - - - -
M_W003 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice zwłaszcza znaczenie fizyki ciała stałego dla zastosowań w elektronice i telekomunikacji + + - - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 125 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 38 h
Preparation for classes 40 h
Realization of independently performed tasks 47 h
Module content
Lectures (24h):
  1. Wprowadzenie do analizy niepewności pomiarów

    Źródła rozbieżności pomiędzy wartością uzyskiwaną w eksperymencie a wartością rzeczywistą. Niepewność względna i bezwzględna, standardowa i maksymalna. Charakterystyka błędów grubych, systematycznych i przypadkowych. Typy oceny niepewności według Międzynarodowej Normy Oceny Niepewności Pomiaru. Przykład opracowania serii pomiarów bezpośrednich dużej próby (wartość średnia, wariancja rozkładu, odchylenie standardowe, histogram). Rozkład normalny Gaussa. Metody określania niepewności wielkości złożonej – prawo przenoszenia błędu i metoda różniczki zupełnej. Metoda najmniejszych kwadratów- regresja liniowa. Linearyzacja danych pomiarowych.

  2. Optyka falowa

    Charakterystyka fal elektromagnetycznych (widmo częstości, zakres widzialny – światło, sposób wytwarzania fal radiowych). Interferencja światła. Dyfrakcja fal elektromagnetycznych. Polaryzacja, prawo Malusa. Odbicie i załamanie światła. zasada Fermata. Dyspersja i rozszczepienie światła białego. Źródła światła; spójność, emisja spontaniczna i wymuszona, widmo emisyjne na przykładzie atom wodoru, laser.

  3. Promieniowanie ciała doskonale czarnego –wstęp do fizyki współczesnej

    Promieniowanie ciała doskonale czarnego, funkcja Kirchhoffa, prawo przesunięć Wiena, prawo Boltzmanna, wzór Plancka, koncepcja Einsteina opisu promieniowania ciała doskonale czarnego.

  4. Teoria względności

    Transformacja Lorentza, kontrakcja długości, dylatacja czasu. Prędkość w układach inercjalnych. Masa i energia relatywistyczna.

  5. Korpuskularno-falowa natura promieniowania elektromagnetycznego

    Pojęcie kwantu promieniowania, pęd i energia fotonu, dualizm korpuskularno-falowy. Efekt fotoelektryczny, efekt Comptona.

  6. Fale materii

    Hipoteza de Broglie’a, doświadczenie Davissona-Germera, zasada nieoznaczoności Heisenberga. Założenia mechaniki kwantowej. Równanie Schrödingera, probabilistyczna interpretacja funkcji falowej, rozwiązanie równania Schrödingera dla cząstki swobodnej oraz dla nieskończonej studni potencjału, kwantyzacja energii, relacja dyspersji. Bariery i tunelowanie. Zasada działania mikroskopu STM.

  7. Fizyka atomu

    Atom wodoru w mechanice kwantowej. Widma atomowe. Liczby kwantowe, obsadzenie stanów, funkcje rozkładu: Boltzmanna, Fermiego-Diraca, Bosego-Einsteina. Gaz Fermiego w przestrzeni k. Teoria elektronów swobodnych. Funkcja gęstości stanów.

  8. Elementy fizyki ciała stałego

    Opis struktury krystalicznej, komórka prosta, komórka elementarna, sieci Bravais’go. Energia potencjalna elektronu w krysztale, pasmowy model ciała stałego, struktura energetyczna metali, półprzewodników, izolatorów, przerwa energetyczna, strefy Brillouina, masa efektywna elektronu w krysztale. Kryształy jonowe, wiązanie kowalencyjne, wiązanie metaliczne, oddziaływanie van der Waalsa, wiązania wodorowe, poziomy wibracyjne i rotacyjne. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane, temperaturowa zależność przewodnictwa elektrycznego, definicja ruchliwości nośników, mechanizm rozpraszania nośników. Złącze p-n. Wybrane zastosowania półprzewodników – urządzenia półprzewodnikowe: złącze prostujące, dioda świecąca – LED, fotodioda, laser złączowy, tranzystor polowy FET. Podstawy fizyczne mikro- i nanoelektroniki.

Auditorium classes (14h):
  1. Elektrostatyka

    Prawo Coulomba . Natężenie i potencjał pola elektrycznego pochodzącego od układu ładunków punktowych.

  2. Prawo Gaussa dla elektryczności. Prawo Ohma.

    Strumień pola elektrycznego. Prawo Gaussa i jego zastosowanie do wyznaczania pojemności kondensatora płaskiego i cylindrycznego. Pojemność elektryczna. Wyznaczanie pojemności zastępczej układu kondensatorów połączonych szeregowo i równolegle. Prawo Ohma i jego zastosowanie do prądów i napięć w obwodach elektrycznych

  3. Magnetostatyka

    Wektor indukcji magnetycznej. Siła Lorentza. Ruch elektronu w skrzyżowanym polu elektrycznym i magnetycznym. Zjawisko Halla. Indukcja magnetyczna wokół przewodników z prądem. Siła działająca między przewodnikami z prądem. Prawo Biota-Savarta. Prawo Ampera.

  4. Indukcja magnetyczna. Prawo Faradaya.

    Strumień magnetyczny. Prawo indukcji Faradaya. Reguła Lenza. Samoindukcja. Zjawisko indukcji i przekazywanie energii.

  5. Transformacja Lorentza vs transformacja Galileusza

    Ruch względny. Transformacja Galileusza. Transformacja Lorentza. Dylatacja czasu. Skrócenie długości.

  6. Prawa Maxwella.

    Prawo Gaussa dla magnetyzmu. Uogólnione prawo Ampera-Maxwella. Równania Maxwella. Fala elektromagnetyczna.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Auditorium classes: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Auditorium classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
Method of calculating the final grade:

Do egzaminu z przedmiotu dopuszczane są jedynie osoby posiadające ocenę pozytywną (co najmniej 3.0) z ćwiczeń audytoryjnych . Egzamin ma formę pisemną i ustną. Z części ustnej mogą zostać zwolnione osoby spełniające określone kryteria związane z wynikiem egzaminu pisemnego.Ocena końcowa obliczana jest jako średnia ważona ocen: zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych oraz egzaminu.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Prerequisites and additional requirements:

Wymagana jest znajomość podstaw fizyki i matematyki w zakresie programu gimnazjum i liceum. Dodatkowo konieczne jest wykorzystanie wiedzy zdobytej podczas realizacji przedmiotu Fizyka I.

Recommended literature and teaching resources:

1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, t.1-5, PWN Warszawa, 2003
2. C. Kittel, Wstęp do Fizyki Ciała Stałego, PWN Warszawa 1975
3. E.M. Purcel, Elektryczność i Magnetyzm, PWN Warszawa 1973
4. R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa, PWN Warszawa 1983
5. Treść wykładu i dodatkowe materiały w tym przykłady zadań egzaminacyjnych umieszczane na stronie internetowej przedmiotu
6. Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych na stronie internetowej przedmiotu
7. A. Zięba, Pracownia Fizyczna, WFiTJ, Skrypt Uczelniany SU 1642, Kraków 2002

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Nowe trendy w fotowoltaice – fakty i mity — [New trends in photovoltaics – the myths and realities] / Tomasz STAPIŃSKI // W: XIX Konferencja automatyków Rytro 2015 [Dokument elektroniczny] : hasło konferencji: OZE, efektywność energetyczna i ochrona środowiska – wyzwania dla automatyków : 19–20 maja 2015 r. / patronat merytoryczny: prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz. — Wersja do Windows. — Dane tekstowe. — [Polska : s. n.], 2015. — 1 dysk optyczny. — S. 1–18. — Wymagania systemowe: Adobe Reader ; napęd CD-ROM. — Afiliacja: Akademia Górniczo-Hutnicza

Additional information:

None