Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Fizyka ciała stałego
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
CTCH-2-205-n
Wydział:
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Technologia Chemiczna
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Niestacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
prof. nadzw. dr hab. inż. Jedliński Jerzy (jedlinsk@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Student uzyskuje najważniejsze wiadomości z zakresu fizyki ciała stałego, obejmujące następujące aspekty: 1) Atomowa budowa ciała stałego, 2) Sieć krystaliczna, sieć odwrotna i dyfrakcja na krysztale, 3) Dynamika sieci krystalicznej; 4) Wiązanie chemiczne; 5) Struktura elektronowa kryształów; 6) Półprzewodniki; 7) Dia-, para- i ferro- magnetyki; 8) Ferroelektryki; 9) Właściwości optyczne kryształów

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 Rozumie związki pomiędzy zjawiskami zachodzącymi w kryształach i właściwościami różnego typu materiałów. TCH2A_W01 Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Rozumie teoretyczne podstawy wybranych technologii materiałowych. TCH2A_W01 Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
M_W003 Potrafi stosować metody matematyki w opisie zjawisk zachodzących w ciałach stałych. Ma świadomość potrzeby stosowania metod numerycznych w rozwiązywaniu problemów fizyki ciała stałego. TCH2A_W01 Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności: potrafi
M_U001 Zna podstawowe zależności pomiędzy budową materiałów i ich właściwościami. Potrafi je wykorzystywać przy interpretacji wyników eksperymentalnych. TCH2A_U04 Udział w dyskusji,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_U002 Zna wybrane eksperymentalne metody fizyki ciała stałego. Potrafi odpowiednio dobrać metodę badawczą dla określenia wybranych właściwości materiałów. Zna możliwości i ograniczenia tych metod. TCH2A_U04 Referat,
Kolokwium
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Ma świadomość, że wiedza podstawowa w zakresie fizyki ciała stałego pozwala lepiej rozumieć problemy w technologii materiałów. TCH2A_K02 Udział w dyskusji
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
27 9 0 0 0 0 18 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 Rozumie związki pomiędzy zjawiskami zachodzącymi w kryształach i właściwościami różnego typu materiałów. + - - - - - - - - - -
M_W002 Rozumie teoretyczne podstawy wybranych technologii materiałowych. + - - - - - - - - - -
M_W003 Potrafi stosować metody matematyki w opisie zjawisk zachodzących w ciałach stałych. Ma świadomość potrzeby stosowania metod numerycznych w rozwiązywaniu problemów fizyki ciała stałego. - - - - - + - - - - -
Umiejętności
M_U001 Zna podstawowe zależności pomiędzy budową materiałów i ich właściwościami. Potrafi je wykorzystywać przy interpretacji wyników eksperymentalnych. + - - - - + - - - - -
M_U002 Zna wybrane eksperymentalne metody fizyki ciała stałego. Potrafi odpowiednio dobrać metodę badawczą dla określenia wybranych właściwości materiałów. Zna możliwości i ograniczenia tych metod. - - - - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Ma świadomość, że wiedza podstawowa w zakresie fizyki ciała stałego pozwala lepiej rozumieć problemy w technologii materiałów. + - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 60 godz
Punkty ECTS za moduł 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 27 godz
Przygotowanie do zajęć 10 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 1 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (9h):
Najważniejsze koncepcje oraz wybrane eksperymentalne i teoretyczne metody fizyki fazy skondensowanej.

Atomowa budowa ciała stałego: kryształy periodyczne, quasikryształy i ciała amorficzne. Sieć krystaliczna. Sieć odwrotna i dyfrakcja na krysztale (wzory Lauego i Bragga). Strefy Brillouina. Kryształy z bazą.
Dynamika sieci krystalicznej: fale sprężyste i fonony, efekty anharmoniczne i rozszerzalność cieplna, ciepło właściwe kryształów.
Wiązanie chemiczne i podział kryształów ze względu na wiązanie chemiczne: typy wiązań chemicznych i podstawowe właściwości kryształów jonowych i kowalencyjnych, struktura pasmowa kryształów jonowych i kowalencyjnych, kohezja kryształów.
Struktura elektronowa kryształów: gaz Fermiego elektronów swobodnych w przestrzeni 1D i 3D, prawo Ohma i przewodność elektryczna, pojemność cieplna gazu elektronowego, rozkład Fermiego-Diraca, gęstość stanów, gaz elektronów prawie swobodnych, funkcje Blocha i obraz struktury pasmowej w pierwszej strefie Brillouina.
Półprzewodniki: elektrony i dziury, półprzewodniki samoistne i domieszkowane.
Diamagnetyzm i paramagnetyzm: podatność magnetyczna, uporządkowanie magnetyczne, ferromagnetyzm, magnetyczne przemiany fazowe, efekt Halla.
Przemiany fazowe I i II rodzju, teoria Landaua-Ginzburga.
Nadprzewodnictwo (nadprzewodniki I i II rodzaju, równanie Londona, efekt Josephsona, elementy mikroskopowej teorii nadprzewodnictwa.
Właściwości optyczne: odbicie i załamanie światła, optyczna funkcja dielektryczna, załamanie światła, polaryzacja nieliniowa.

Zajęcia seminaryjne (18h):
  1. Treści programowe zajęć seminaryjnych odpowiadające tematyce kolejnych wykładów.

    Hierarchiczny model budowy ciał stałych. Opis sieci krystalicznej i sieci odwrotnej, wskaźniki Millera i symetria translacyjna, komórka elementarna i prymitywna. Typowe struktury krystaliczne. Wiązanie chemiczne w krysztale i tetraedr wiązań. Sprężystość kryształów. Fonony i krzywe dyspersji fononów. Ciepło właściwe sieci krystalicznej i rozszerzalność cieplna komórki elementarnej. Gaz Fermiego elektronów swobodnych: model 1D i 3D. Struktura pasmowa – typowe modele struktury pasmowej metali, półprzewodników i izolatorów. Magnetyczne i ferroelektryczne przemiany fazowe. Właściwości optyczne kryształów.

  2. Metody doswiadczalne badań budowy, składu chemicznego i właściwości ciał stałych

    Metody badań struktury kryształów: dyfrakcja rentgenowska, spektroskopia rentgenowska, rozpraszanie elastyczne (dyfrakcja) neutronów. Metody badań powierzchni: dyfrakcja jonów i wysokoenergetycznych elektronów, mikroskopia sił atomowych, skaningowa mikroskopia tunelowa. Metody badania zjawisk optycznych: badania rozpraszania i transmisji promieniowania. Metody badania właściwości magnetycznych: mikroskop sił magnetycznych, rozpraszanie neutronów. Metody rezonansowe : NMR i EPR, FMR.

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.
  • Zajęcia seminaryjne: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Ocena z zajęć seminaryjnych: cykl kolokwiów, z których obliczana jest ocena średnia. Na podwyższenie oceny może wpłynąć pozytywnie aktywność wykazywana na zajęciach.
Zaliczenia poprawkowe: kolokwium z całości materiału ćwiczeń audytoryjnych.
Warunek zaliczenia: pozytywna ocena z kolokwiów

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – 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.
  • Zajęcia seminaryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Średnia ocen z kolokwiów plus możliwość podwyższenia wyniku w przypadku dużej aktywności na zajęciach

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

W przypadku usprawiedliwionej nieobecności na kolokwium – dodatkowy termin,
w przypadku nieusprawiedliwione nieobecności na kolokwium – ocena 2.0 wliczana do średniej, a jeśli średnia ocen z wszystkich kolokwiów nie będzie wystarczała do pozytywnej oceny, to kolokwium zaliczeniowe z całości.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Wiadomości z fizyki ogólnej oraz matematyki na poziomie przewidzianym programem studiów drugiego stopnia

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

Kittel Ch., Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN, Warszawa 1999 r.
Ibach H., Lüth H., Fizyka ciała stałego- wstęp do teorii i eksperymentu, PWN, Warszawa 1996 r.
Heunel A., W.Szuszkiewicz, Zadania z fizyki atomu, cząsteczki i ciała stałego, PWN, Warszawa, 1994.
N. W. Ashcroft, N. D. Mermin, „Fizyka ciała stałego”, PWN, Warszawa. 1986.
K. Tkacz-Śmiech, „Elektrony w atomach, cząsteczkach i kryształach. Wprowa-dzenie w zagadnienia wiązania chemicznego w strukturach nieorganicznych”, Wyd. Naukowe AGH, Kraków 2002.
A. Oleś, „Metody doświadczalne fizyki ciała stałego”, PWT, Warszawa, 1998.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak