Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Modern Physics
Course of study:
2019/2020
Code:
GIGR-2-101-GP-s
Faculty of:
Mining and Geoengineering
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Underground mining
Field of study:
Mining Engineering
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Baczmański Andrzej (andrzej.baczmanski@fis.agh.edu.pl)
Module summary

Moduł obejmuje następujące zagadnienia z fizyki współczesnej: wstęp do mechaniki kwantowej, atomy wieloelektronowe, materia skondensowana, fizyka jądrowa, elementy modelu standardowego oraz kosmologii.

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 rozumie potrzebę ciągłego aktualizowania i poszerzania wiedzy z zakresu fizyki współczesnej stosowanej w technikach i technologii w jego dziedzinie zawodowej. IGR2A_K01, IGR2A_K04 Activity during classes,
Presentation,
Participation in a discussion
Skills: he can
M_U001 Student potrafi znaleźć powiązanie fizyki współczesnej z używanymi w jego dziedzinie technikami doświadczalnymi i stosowaną technologią IGR2A_U05 Activity during classes,
Scientific paper,
Participation in a discussion
M_U002 Student potrafi znaleźć literaturę dotyczącą problemu fizycznego z zakresu jego specjalności, zrozumieć istotę problemu, oraz opracować prezentację wyjaśniającą ten problem słuchaczom IGR2A_U05, IGR2A_U03 Activity during classes,
Presentation,
Participation in a discussion
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student wie, że fizyka współczesna ma szerokie zastosowanie w życiu codziennym. IGR2A_W05, IGR2A_W01 Activity during classes,
Presentation,
Participation in a discussion,
Test
M_W002 Student zna podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej i wie, że zrozumienie działania urządzeń, którymi się posługuje teraz i które będzie używał w niedalekiej przyszłości wymaga poznania mechaniki kwantowej na elementarnym poziomie. IGR2A_W05, IGR2A_W01 Activity during classes,
Presentation,
Participation in a discussion,
Test
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
30 15 15 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 rozumie potrzebę ciągłego aktualizowania i poszerzania wiedzy z zakresu fizyki współczesnej stosowanej w technikach i technologii w jego dziedzinie zawodowej. + + - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi znaleźć powiązanie fizyki współczesnej z używanymi w jego dziedzinie technikami doświadczalnymi i stosowaną technologią + + - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi znaleźć literaturę dotyczącą problemu fizycznego z zakresu jego specjalności, zrozumieć istotę problemu, oraz opracować prezentację wyjaśniającą ten problem słuchaczom + + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student wie, że fizyka współczesna ma szerokie zastosowanie w życiu codziennym. + + - - - - - - - - -
M_W002 Student zna podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej i wie, że zrozumienie działania urządzeń, którymi się posługuje teraz i które będzie używał w niedalekiej przyszłości wymaga poznania mechaniki kwantowej na elementarnym poziomie. + + - - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 78 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 h
Preparation for classes 30 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 5 h
Realization of independently performed tasks 10 h
Examination or Final test 2 h
Contact hours 1 h
Module content
Lectures (15h):
Fizyka Współczesna

1. Wstęp do mechaniki kwantowej (dualizm korpuskularno-falowy światła, fale de Broglie’a, dyfrakcja elektronów i neutronów).
2. Podstawy mechaniki kwantowej (równanie Schroedingera, funkcja falowa i jej interpretacja, zasada nieoznaczoności, studnia potencjału, stan elektronu w atomie wodoru)
3. Atomy wieloelektronowe (zasada Pauliego, układ okresowy pierwiastków, promieniowanie rentgenowskie, lasery)
4. Materia skondensowana (pasma energetyczne, metale, półprzewodniki i ich zastosowania, właściwości magnetyczne materiałów oraz sposoby zapisu informacji).
5. Elementy fizyki jądrowej (struktura jadra atomowego, oddziaływania jądrowe, promieniowanie i rozpady jądrowe, ich opis, okres połowicznego zaniku, reakcje jądrowe).
6. Nadprzewodnictwo i jego wykorzystanie (opór metali, odkrycie nadprzewodnictwa, efekt Meissnera, nadprzewodniki I i II rodzaju, nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe).
7. Kosmologia i model standardowy (wielki wybuch, rozszerzanie się Wszechświata, model standardowy i jego weryfikacja).

Auditorium classes (15h):

Studenci opracowują i następnie przedstawiają do dyskusji wybrane tematy dotyczące fizyki współczesnej. Omawiane są najważniejsze osiągnięcia z dziedziny fizyki, szczególnie te uhonorowane Nagrodą Nobla.

Przykładowe zagadnienia przygotowywane i dyskutowane na zajęciach:

Ewolucja i budowa Wszechświata
Odkrycie i interpretacja promieniowania reliktowego
Promieniowanie jądrowe. Detektory promieniowania jądrowego
Reaktory jądrowe, wzmacniacze energii
Reaktory termojądrowe
Promieniowanie Roentgena
Promieniowanie ciała doskonale czarnego
Efekt fotoelektryczny zewnętrzny i wewnętrzny
Teoria Bohra atomu wodoru
Dyfrakcja elektronów. Fale de Broglie’a. Zjawisko Comptona
Kryształy – wiązania krystaliczne
Izolatory i metale – teoria pasmowa ciał stałych
Półprzewodniki i urządzenia półprzewodnikowe
Masery i lasery. Zasada działania i zastosowania
Nadprzewodnictwo
Akceleratory
Równanie Schrodingera i zasada nieoznaczoności
Kwantowy opis atomu wodoru
Zakaz Pauliego. Atomy wieloelektronowe
Cząstki elementarne – założenia modelu standardowego
Nanotechnologie
Unikatowe właściwości grafenu
Elektronika spinowa (spintronika) na przykładzie GMR oraz TMR
Tunelowanie i skaningowy mikroskop tunelowy

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:

Ćwiczenia audytoryjne:
- Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia z ćwiczeń audytoryjnych jest ostatni dzień zajęć w danym semestrze. Ocena z ćwiczeń audytoryjnych jest średnią arytmetyczną oceny uzyskanej z kolokwium oraz oceny z prezentowanego zagadnienia.
- Student może dwukrotnie przystąpić do poprawkowego zaliczania z ćwiczeń audytoryjnych.
- Student który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż jedne zajęcia może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości poprawkowego zaliczania zajęć.
Wykład:
- Zaliczenia odbywa się na podstawie kolokwium dotyczącego tematyki wykładu.

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:

Warunkiem koniecznym wystawienia oceny końcowej jest pozytywne zaliczenie ćwiczeń audytoryjnych. Ocena końcowa jest wystawiana na podstawie średniej ważonej z oceny z ćwiczeń (60%) oraz kolokwium z wykładów (40%).

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

Ćwiczenia audytoryjne:
- Dozwolona jest tylko jedna nieusprawiedliwiona nieobecność na ćwiczeniach.
- Nieobecność na jednych zajęciach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału.
- Nieobecność na więcej niż jednych zajęciach (usprawiedliwiona) wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i jego zaliczenia w formie ustnej/pisemnej w wyznaczonym przez prowadzącego terminie lecz nie później jak w ostatnim tygodniu trwania zajęć. Dopuszczalne jest również odrobienie zajęć z danego tematu z inną grupą (za zgodą prowadzącego i jeśli istnieje taka możliwość).

Prerequisites and additional requirements:

Prerequisites and additional requirements not specified

Recommended literature and teaching resources:

Podstawowe podręczniki:
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, „Podstawy fizyki”, tomy 1-5 (głównie tom 5), PWN, 2003
J. Massalski, Fizyka dla Inżynierów. Część 2. Fizyka Współczesna, Wyd.Naukowo-Techniczne, 2013
J. O’Rear, Fizyka tom 1 i 2
R. Eisberg, R. Resnic " Fizyka kwantowa atomów, cząstek, ciał stałych i cząstek elementarnych"
V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham, Podstawy fizyki współczesnej, PWN, Warszawa 1981.
M. Heller, Ewolucja kosmosu i kosmologii.
C. Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2012 .

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

Poniższe przykładowe publikacje dotyczą współczesnych metod fizycznych badania materii skondensowanej, głównie struktury krystalicznej i fizycznych właściwości ciał stałych, a w szczególności zjawiska sprężystości i plastyczności. W badaniach rozwijane są eksperymentalne metody oparte na zjawisku dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (w tym synchrotronowego) oraz neutronowego.

1. A. Baczmański, K. Wierzbanowski, P. Lipiński, R.B. Helmholdt, G. Ekambaranathan, B. Pathiraj, Examination of the residual stress field in plastically deformed polycrystalline material, Philosophical Magazine A, 69, 437- 449 (1994)
2. K. Wierzbanowski, A.Baczmański and J. Tarasiuk, Badanie deformacji plastycznaj w materiałach o znaczeniu przemysłowym, Postępy Fizyki, 50, 11-12 (1999)
3. S.J. Skrzypek, A. Baczmański, W. Ratuszek and E. Kusior, New approach to stress analysis based on grazing-incidence X-ray diffraction, J. Appl. Cryst., 34, 427-435 (2001).
4. S.J. Skrzypek and A. Baczmański, Progress in X-ray Diffraction of Residual Macro-Stresses Determination Related to Surface Layer Gradients and Anisotropy, Advances in X-Ray Analysis, 124-145, 44, (2001)
5. M.E. Fitzpatrick, P.J. Withers, A. Baczmański, M.T. Hutchings, R. Levy, M.Ceretti and A. Lodini, Changes in the misfit stresses in an Al/SiCp metal matrix composite under plastic strain, Acta Materialia, 50, 1031-1040 (2002)
6. A. Baczmański, C. Braham and W. Seiler, Microstresses in Textured Polycrystals Studied by Multireflection Diffraction Method and Self Consistent Model, Philosophical Magazine A, 83, 3225-3246 (2003)
7. A. Baczmański, R. Levy-Tubiana, M. Fitzpatrick and A. Lodini, Phase stresses in Al/SiCp metal matrix composite determined by modelling and neutron diffraction, Journal of Neutron Research, 12, 5-8 (2004)
8. A. Baczmański, R. Levy-Tubiana, M.E. Fitzpatrick and A. Lodini, Elastoplastic properties of Al/SiCp metal matrix composite studied by self-consistent modelling and neutron diffraction, Acta Materialia, 52, 1565-1577 (2004)
9. A. Baczmański and C. Braham, Elastoplastic Properties of Duplex Steel Determined Using Neutron Diffraction and Self-Consistent Model, Acta Materialia, 59, 1133-1142 (2004)
10. A. Baczmański, C. Braham, W. Seiler, Evolution of plastic incompatibility stresses in duplex stainless steel determined by X-ray diffraction, Physica Status Solidi (a), 201, 2886-2899 (2004)
11. R. Dakhlaoui, A. Baczmanski, C. Braham, S. Wronski, K. Wierzbanowski and E.C. Oliver, Effect of residual stresses on individual phase mechanical properties of austeno-ferritic duplex stainless steel, Acta Materialia, 54, 5027-5039 (2006)
12. S. Wroński, A. Baczmański, R. Dakhlaoui, C. Braham, K. Wierzbanowski and E.C. Oliver, Determination of Stress Field in Textured Duplex Steel Using TOF Neutron Diffraction Method, Acta Materialia, 55, 6219-6233 (2007)
13. R. Dakhlaoui, C. Braham and A. Baczmański, Influence of chemical composition and residual stresses on mechanical properties of duplex stainless steel studied by X-ray and neutron diffraction, Journal of Neutron Research, 15, 131-137 (2007)
14. A. Baczmański, K. Wierzbanowski, P. Lipiński, B. Bacroix and A. Lodini, Residual stresses, dislocation density and recrystallization process, Journal of Neutron Research, 15, 137-143 (2007)
15. A. Baczmański, A. Tidu, P. Lipinski and K. Wierzbanowski, Grain Stresses and Elastic Energy in Ferritic Steel under Uniaxial Load, Zeitschrift für Kristallographie, 27, 81-88 (2008)
16. A. Baczmański, N. Hfaiedh, M. François, K. Saanouni and K. Wierzbanowski, Determination of Stored Elastic Energy in Plastically Deformed Copper, Zeitschrift für Kristallographie, 27, 65-72 (2008)
17. A. Baczmanski, P. Lipinski, A. Tidu, K. Wierzbanowski and B. Pathiraj, Quantitative estimation of incompatibility stresses and elastic energy stored in ferritic steel, J. Appl. Cryst, 41, 854–867 (2008)
18. S. Wroński, K. Wierzbanowski, A. Baczmański, A. Lodini, Ch. Braham and W. Seiler, X-ray grazing incidence technique – corrections in residual stress measurement – A Review, Powder Diffraction Suppl., 24, S1-S15 (2009)
19. L.Le Joncour, B.Panicaud, A.Baczmański, M.Francois, C.Braham, A.Paradowska, S.Wroński, R.Chiron, Damage in duplex steels studied at mesoscopic and macroscopic scales, Mechanics of Materials, 42 (2010) 1048–1063
20. R.Wawszczak, A.Baczmański, C.Braham, W.Seiler, M.Wróbel, K.Wierzbanowski, A.Lodini, Residual stress field in steel samples during plastic deformation and recovery processes, Philosophical Magazine, 91, (2011) 2263–2290
21. A. Baczmanski, L. Le Joncour, B. Panicaud, M. Francois, C. Braham, A. M. Paradowska, S. Wroński, S. Amara and R. Chirone, Neutron time-of-flight diffraction used to study aged duplex stainless steel at small and large deformation until sample fracture, Journal of Applied Crystallography, 44, (2011) 966-982.
22. A. Baczmański, A. Gaj, L. Le Joncour, S. Wroński, M. François, B. Panicaud, C. Braham & A.M. Paradowska, Study of stress localisation in polycrystalline grains using self-consistent modelling and neutron diffraction, Philosophical Magazine, 92 (2012) 3015-3035.
23. M.Marciszko, A.Baczmański, M.Wróbel, W.Seiler, C.Braham, J.Donges, M.Śniechowski, K.Wierzbanowski, Multireflection grazing incidence diffraction used for stress measurements in surface layers, Thin Solid Films, 530 (2013) 81–84.
24. M. Marciszko, A. Baczmański, M. Wróbel, W. Seiler, C. Braham, S. Wroński and R. Wawszczak, Problem of elastic anisotropy and stacking faults in stress analysis using multireflection grazing-incidence X-ray diffraction, Journal of Applied Crystallography, 48 (2015) 492–509.
25. M. Marciszko, A. Baczmański, C. Braham, M. Wróbel, W. Seiler, S. Wroński and K. Berent,
Analysis of stresses and crystal structure in the surface layer of hexagonal polycrystalline materials: a new methodology based on grazing incidence diffraction. Journal of Applied Crystallography, 49 (2016) 85-102.
26. A. Baczmański, Y. Zhao, E. Gadalińska, L. Le Joncour, S. Wroński, C. Braham, B. Panicaud, M. François, T. Buslaps, K. Soloducha M., Elastoplastic deformation and damage process in duplex stainless steels studied using synchrotron and neutron diffractions in comparison with a self-consistent model, International Journal of Plasticity. 81 (2016), 102–122
27. M. Marciszko, A. Baczmański, C. Braham, M. Wróbel, S. Wroński, G. Cios, Stress measurements by multi-reflection grazing-incidence X-ray diffraction method (MGIXD) using different radiation wavelengths and different incident angles, Acta Materialia, 123 (2017) 157–166.
28. Y. Zhao, S. Wroński, A. Baczmański, L. Le Joncour, M. Marciszko, T. Tokarski, M. Wróbel, M. François, B. Panicaud, Micromechanical behaviour of a two-phase Ti alloy studied using grazing incidence diffraction and a self-consistent model, Acta Materialia 136 (2017) 402-414.

Additional information:

Nie ma informacji dodatkowych