Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Physics 1
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
IETE-1-108-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Electronics and Telecommunications
Semestr:
1
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Angielski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
prof. dr hab. inż. Zakrzewska Katarzyna (zak@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

The aim of this module is to introduce a student to the principal laws of physics. This course has an introductory character, covers mechanics, electromagnetism, etc., while anchored on mathematics

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student gains knowledge of basic laws and principles of physics, e.g. mechanics, electricity, magnetism, in order to apply them while designing electronic systems and telecommunication networks ETE1A_W02 Aktywność na zajęciach
M_W002 Student recognises the importance of mathematics in application to solving problems in physics and engineering, becomes acquainted with vector algebra, differential calculus and integrals ETE1A_W01 Wykonanie ćwiczeń
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student learns how to use the scientific sources to solve basic problems in physics; how to make interpretation of the results and how to justify the conclusions drawn ETE1A_U02, ETE1A_U01 Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student demonstrates positive and active attitude towards the process of learning ETE1A_K04 Aktywność na zajęciach
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
62 34 28 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student gains knowledge of basic laws and principles of physics, e.g. mechanics, electricity, magnetism, in order to apply them while designing electronic systems and telecommunication networks + + - - - - - - - - -
M_W002 Student recognises the importance of mathematics in application to solving problems in physics and engineering, becomes acquainted with vector algebra, differential calculus and integrals - - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student learns how to use the scientific sources to solve basic problems in physics; how to make interpretation of the results and how to justify the conclusions drawn - - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student demonstrates positive and active attitude towards the process of learning - - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 152 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 62 godz
Przygotowanie do zajęć 45 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 45 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (34h):

Module (subject) content (lecture program and characteristics of other forms of classes)

The purpose of this course is to develop theoretical and practical skills in description of the real, natural world based on the fundamental laws and physical principles. Student understands physical phenomena and their importance, learns to solve simple problems in engineering, learns how to plan and perform experiments and how to solve more complicated technical problems basing on physics laws.

This course is composed of lectures (45 hours) and tutorials (30 hours).

LECTURES:

1. Introduction to physics, vector calculus
Physics as a basic science. Fundamental interactions. Scalars and vectors. Properties of a vector. Vector calculus (addition, subtraction, scalar and vector products).

2. Motion
Position vector, displacement. Definition of the average and instantaneous velocities. Acceleration, acceleration components in different coordinate systems. Oblique projection.

3. Dynamics
First, second and third Newton’s laws. A body on the ramp. Inertial and non-inertial reference frames, inertial forces, examples. Galileo’s transformation (GT), transformation of velocity and acceleration. The law of momentum conservation vs. GT.

4. Work and energy
Work of a constant and varied force. Power. Kinetic energy. Work-kinetic energy theorem. Conservative forces, potential energy, field force. Principle of conservation of mechanical energy. Introduction to operators, nabla as a gradient

5. Centre of mass, collisions
Centre of mass for a system of particles and a solid body, motion of a system of particles. Newton’s second law for a system of particles, law of momentum conservation. Inelastic and elastic collisions.

6. Rotational motion
Newton’s law for rotation. Rotation of a rigid body, conservation of angular momentum, rotational inertia, parallel axis theorem. Moment of inertia – an introduction to tensors.

7. Special theory of relativity
Einstein’s postulates, the speed of light. Lorentz transformation, consequences of the Lorentz transformation: length contraction and time dilation. Relativity of velocities, Doppler effect for light. Relativistic dynamics: relativistic energy, conversion of mass into energy.

8. Gravitation
Newton’s law of gravitation. Acceleration of the Earth. Motion of planets and satellites. Gravitational potential energy, energy in orbital motion.

9. Harmonic oscillator
Simple harmonic motion, spring mass oscillator. The simple pendulum and physical pendulum. Energy of an oscillator, average values of energy. Damped harmonic oscillator and driven oscillator with damping, resonance.

10. Waves
Classification of waves, phase velocity of a wave. Wave equation and its solution. Group velocity. Interference of waves. Standing waves, resonance.

11. Introduction to thermodynamics
Temperature and its measurements. Laws of thermodynamics, entropy. The Carnot cycle. Statistical interpretation of entropy.

12. Electrostatics
Electric field, electric field of a dipole, forces acting in an electric field. Gauss’ law and its applications. Electric potential, electric potential of a point charge. Capacitance, parallel plate capacitor, connection of capacitors. Energy stored in an electric field

13. Electric current
Electric current, resistance, Ohm’s law. Variation of conductance with temperature. Electromotive force. Kirchhoff’s rules, solving of sample problems.

14. Magnetic field
Sources of magnetic field. Forces in a magnetic field. Amper’s law, application to a long straight wire, definition of current unit in SI system, magnetic field of a solenoid. Faraday’s law of induction, Lenz’s rule, examples of induction.

15. Maxwell’s equations, electromagnetic (EM) waves
Induced magnetic fields. Maxwell’s equations and their interpretation. Spectrum and generation of EM waves. Equation of EM wave, polarization. Reflection and refraction of light, total internal reflection. Chromatic dispersion.

Ćwiczenia audytoryjne (28h):

TUTORIALS:

The aim of tutorials is consolidation of knowledge acquired during lectures and development of practical skills while dealing with fundamental principles and laws of physics. Students solve problems and tasks related to lecture topics in a test form. They have a chance to discuss their problems at class or at special consultations organized by a lecturer or an assistant. Homework is required. Monitoring of results is carried out in a written form.

TOPICS OF TUTORIALS:

1. Developing the ability of using vector calculus in physics
Geometric and algebraic addition and subtraction of vectors, components of a vector. Scalar and vector products and their applications in physics.

2. Velocity and acceleration
Calculations of average and instantaneous velocities basing on definitions. Calculation of acceleration, components of acceleration in a circular motion. Relationships between linear and circular quantities. Analysis of oblique projection, equation of the path.

3. Force, work and energy
Solving of simple dynamical problems using Newton’s laws. Motion of a body on the ramp. Inertial forces in noninertial reference frames. Calculation of work for the case of varying force. Work-kinetic energy theorem and its application for solving problems in dynamics.

4. Special theory of relativity
Implications of Lorentz transformation: non-simultaneity of events, length contraction and time dilatation, relativistic velocity transformation. Solution of simple tasks of relativistic dynamics taking into account the equivalence of mass and energy.

5. Gravitation
Motion of objects in nonuniform gravitational field of the Earth. Geosynchronous orbit, escape speed. Mechanical energy in orbital motion.

6. Harmonic oscillator
Discussion of a simple harmonic motion. Addition of harmonic oscillations. Damped harmonic oscillator, energy loss in a damped oscillator. Solution of equation for driven oscillator with damping. Analogy between oscillating mechanical system and electrical circuit

7. Electrostatics

Applications of Gauss’ law in electrostatics. Calculations of electrical potential and capacitance. Motion of a charged particle between the plates of a parallel plate capacitor. Calculation of equivalent capacitance for different connections of capacitors.


8. Electric current

Single loop circuit with electromotive force. Solution of circuits with the help of Kirchhoff’s laws. Equivalent resistance. Power in electric circuits.


9. Magnetic field
Charge particle in electric and magnetic fields, determination of particle path. Calculations of magnetic field with the help of Amper’s law.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia audytoryjne: 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:

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Final assessment
Students with positive assessments (at least 3.0) from tutorials are allowed to take the exam. The final grade is calculated as the weighted average of the score from tutorials (35%), the exam (50%) and the tests (15%).

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

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Introductory and additional requirements
Knowledge of the basics of physics and mathematics at the high school level is required. Additionally, the ability of use elementary differential and integral calculus is obligatory.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

Recommended literature and teaching aids:

1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentals of Physics, John Wiley@Sons
Inc., 2008
2. C. Kittel, W.D. Knight, M.A. Ruderman, Mechanika, PWN W-wa 1975
3. Lectures and additional tests and teaching aids available at the website of the module Physics 1

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Hydrogen sensor of TiO2-based nanomaterials — Sensor wodoru na bazie nanomateriałów TiO2 / B. ŁYSOŃ-SYPIEŃ, K. ZAKRZEWSKA, M. GAJEWSKA, M. RADECKA // Archives of Metallurgy and Materials / Polish Academy of Sciences. Committee of Metallurgy. Institute of Metallurgy and Materials Science ; ISSN 1733-3490. — 2015 vol. 60 iss. 2A, s. 935–940. — Bibliogr. s. 939–940. — W bazie Web of Science oznaczenie issue: 2 LF punktacja (lista A czasopism MNiSW, 2015): 30.000 2. Nanocrystalline TiO2/SnO2 heterostructures for gas sensing / Barbara ŁYSOŃ-SYPIEŃ, Anna KUSIOR, Mieczysław RĘKAS, Jan ŻUKROWSKI, Marta GAJEWSKA, Katarzyna Michalow-Mauke, Thomas Graule, Marta RADECKA, Katarzyna ZAKRZEWSKA // Beilstein Journal of Nanotechnology [Dokument elektroniczny]. — Czasopismo elektroniczne ; ISSN 2190-4286. — 2017 vol. 8, s. 108–122. — Wymagania systemowe: Adobe Reader. — Bibliogr. s. 121–122, Abstr.. — tekst: http://www.beilstein-journals.org/bjnano/content/pdf/2190-4286-8-12.pdf LF punktacja (lista A czasopism MNiSW, 2017): 30.000 3. Optical and electrical properties of Ti(Cr)O2 : N thin films deposited by magnetron co-sputtering / K. KOLLBEK, A. SZKUDLAREK, M.M. MARZEC, B. ŁYSOŃ-SYPIEŃ, M. CECOT, A. BERNASIK, M. RADECKA, K. ZAKRZEWSKA // Applied Surface Science ; ISSN 0169-4332. — Tytuł poprz.: Applications of Surface Science. — 2016 vol. 380, s. 73–82. — Bibliogr. s. 81–82, Abstr.. — Publikacja dostępna online od: 2016-02-10. — A. Bernasik – dod. afiliacja: ACMiN. — NANOSMAT 2015 : international conference on Surfaces, coatings and nano-structured materials : Manchester, UK, 12th–15th September 2015. — tekst: http://goo.gl/Lpn9CT 3.387 punktacja (lista A czasopism MNiSW, 2016): 35.000 4. Oxide nanomaterials for photoelectrochemical hydrogen energy sources / Marta RADECKA, Anna KUSIOR, Anita TRENCZEK-ZAJĄC, Katarzyna ZAKRZEWSKA // W: Materials for sustainable energy / eds. Rudi van Eldik, Wojciech Macyk. — [S.l.] Academic Press, cop. 2018. — (Advances in Inorganic Chemistry ; ISSN 0898-8838 ; vol. 72). — ISBN: 978-012815077-1 ; e-ISBN: 978-012815078-8. — S. 145–183. — Bibliogr. s. 178–183, Abstr. LF punktacja MNiSW (2017): 35.000 5. Sn and Cu oxide nanoparticles deposited on TiO2 nanoflower 3D substrates by Inert Gas Condensation technique / A. KUSIOR, K. KOLLBEK, K. KOWALSKI, M. Borysiewicz, T. Wojciechowski, A. ADAMCZYK, A. TRENCZEK-ZAJĄC, M. RADECKA, K. ZAKRZEWSKA // Applied Surface Science ; ISSN 0169-4332. — Tytuł poprz.: Applications of Surface Science. — 2016 vol. 380, s. 193–202. — Bibliogr. s. 202, Abstr.. — Publikacja dostępna online od: 2016-01-28. — NANOSMAT 2015 : international conference on Surfaces, coatings and nano-structured materials : Manchester, UK, 12th–15th September 2015. — tekst: http://goo.gl/PVvN8W

Informacje dodatkowe:

Consultations are arranged on a regular basis. Students are encouraged to participate actively in this form of studies. Test during lectures serves as a monitoring tool and help the students in the preparation for the exam.