Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Fizyka 2
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EAiR-1-205-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Automatyka i Robotyka
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Nizioł Jacek (niziol@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Wykład omawia podstawowe prawa rządzące zjawiskami elektrycznymi, magnetycznymi i świetlnymi. Towarzyszą temu pokazy doświadczeń fizycznych i rozwiązywanie zadań z zakresu elektromagnetyzmu i optyki.

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 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 automatyce, elektronice i elektrotechnice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. AiR1A_W01 Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą w dziedzinie fizyki współczesnej, zna aktualny stan badań, śledzi rozwój fizyki. AiR1A_W01 Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 Ma wiedzę w zakresie elektromagnetyzmu, równań Maxwella, fal elektromagnetycznych, optyki, oddziaływania promieniowania z materią oraz podstaw mechaniki kwantowej i fizyki ciała stałego, niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych w przyrodzie i technice, a w szczególności w automatyce, elektronice, elektrotechnice i mechanice. AiR1A_W01 Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień elektromagnetyzmu, mechaniki kwantowej, optyki i fizyki ciała stałego. AiR1A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Zdobywa umiejętność planowania i przeprowadzania pomiarów wielkości fizycznych. AiR1A_U01 Odpowiedź ustna
M_U003 Posiada praktyczną umiejętność analizy wyników pomiaru, sporządzania raportów i analizy niepewności wyników. AiR1A_U01, AiR1A_U03 Sprawozdanie
M_U004 Rozumie działanie współczesnych urządzeń pomiarowych i w oparciu o poznane zasady umie projektować nowe eksperymenty. AiR1A_U01 Odpowiedź ustna
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności praktycznych w opisie zjawisk fizycznych AiR1A_K01 Odpowiedź ustna
M_K002 Student pracując w grupie postrzega konieczność współpracy przy wykonywaniu zadań laboratoryjnych i ponoszenia wspólnie odpowiedzialności za opracowanie i przedstawienie rezultatów swojej pracy AiR1A_K01, AiR1A_K02 Aktywność na zajęciach
M_K003 Student może w oparciu o nabyte praktyczne umiejętności podjąć działania planowania i realizacji nowych eksperymentów np. w obszarze automatyki, elektroniki i elektrotechniki. AiR1A_K01 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
60 32 0 28 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 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 automatyce, elektronice i elektrotechnice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. + - - - - - - - - - -
M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą w dziedzinie fizyki współczesnej, zna aktualny stan badań, śledzi rozwój fizyki. + - - - - - - - - - -
M_W003 Ma wiedzę w zakresie elektromagnetyzmu, równań Maxwella, fal elektromagnetycznych, optyki, oddziaływania promieniowania z materią oraz podstaw mechaniki kwantowej i fizyki ciała stałego, niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych w przyrodzie i technice, a w szczególności w automatyce, elektronice, elektrotechnice i mechanice. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień elektromagnetyzmu, mechaniki kwantowej, optyki i fizyki ciała stałego. + - + - - - - - - - -
M_U002 Zdobywa umiejętność planowania i przeprowadzania pomiarów wielkości fizycznych. + - + - - - - - - - -
M_U003 Posiada praktyczną umiejętność analizy wyników pomiaru, sporządzania raportów i analizy niepewności wyników. - - + - - - - - - - -
M_U004 Rozumie działanie współczesnych urządzeń pomiarowych i w oparciu o poznane zasady umie projektować nowe eksperymenty. - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności praktycznych w opisie zjawisk fizycznych + - + - - - - - - - -
M_K002 Student pracując w grupie postrzega konieczność współpracy przy wykonywaniu zadań laboratoryjnych i ponoszenia wspólnie odpowiedzialności za opracowanie i przedstawienie rezultatów swojej pracy + - + - - - - - - - -
M_K003 Student może w oparciu o nabyte praktyczne umiejętności podjąć działania planowania i realizacji nowych eksperymentów np. w obszarze automatyki, elektroniki i elektrotechniki. - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 154 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 godz
Przygotowanie do zajęć 67 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 22 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (32h):

WYKŁADY:

1. Elektryzowanie ciał; elektrometr.
2. Ładunek elektryczny, ładunek elementarny, linie sił pola elektrycznego.
3. Prawo Coulomba. Jednostki ładunku w układzie SI i CGS.
4. Zasada superpozycji dla pola elektrycznego. Natężenie pola elektrycznego – definicja.
5. Natężenie pola elektrycznego dla ładunku punktowego. Natężenie pola elektrycznego dla rozkładu ładunków: dyskretnego i ciągłego.
6. Praca sił w polu elektrycznym. Potencjał i energia potencjalna.
7. Całkowita energia potencjalna (energia Madelunga) dla kryształów jonowych (np. NaCl).
8. Gradient potencjału pola elektrycznego.
9. Strumień natężenia pola elektrycznego. Prawo Gaussa. Zastosowania.
10. Przewodniki w polu elektrycznym.
11. Pojemność elektryczna – kondensator. Jednostki pojemności.
12. Kondensatory – przykłady. Łączenie kondensatorów.
13. Energia zgromadzona w kondensatorze.
14. Dipol elektryczny.
15. Momenty rozkładu ładunków.
16. Prąd elektryczny. Natężenie i gęstość prądu elektrycznego.
18. Teoria przewodnictwa Drudego.
19. Prawo Wiedemann’a – Frantz’a. Wzór Lorentza.
20. Prawa prądu stałego: prawo Ohma i prawa Kirchoffa. Zastosowania.
21. Reguła Mattisena.
22. Prawo Joule’a – Lenza.
23. Łączenie oporników – zastosowania.
24. Obwód RC – ładowanie i rozładowanie.
25. Łączenie ogniw.
26. Praca wyjścia z metalu. Prawa Volty.
27. Kontaktowa różnica potencjałów. Termopary.
28. Zjawisko Seebeck’a.
29. Zjawisko Peltiera – zastosowania.
30. Termoemisja, fotoemisja, emisja wtórna i emisja polowa.
31. Dysocjacja elektrolityczna; prawa elektrolizy Faraday’a.
32. Teoria przewodnictwa w elektrolitach.
33. Prąd w gazach: przewodnictwo elektronowe, jonowe i samoistne.
34. Prawo Paschena.
35. Wyładowanie jarzeniowe i łukowe.
36. Pole magnetyczne. Natężenie i indukcja pola magnetycznego. Jednostki.
37. Siła Lorentza. Linie sił pola magnetycznego. Oddziaływanie magnesów stałych.
38. Przewodnik z prądem w polu magnetycznym – moment magnetyczny ramki z prądem.
39. Prawo Ampera – zastosowania.
40. Prawo Biota – Savarta – Laplace’a: zastosowania.
41. Pole magnetyczne solenoidu: model cewki długiej. Cewki Helmholtza.
42. Pole magnetyczne poruszających się ładunków.
43. Klasyczny efekt Halla i napięcie Halla: zastosowania.
44. Pole magnetyczne wirującego dielektrycznego krążka.
45. Pola wektorowe – operatory gradientu, dywergencji i rotacji (współrzędne kartezjańskie)
46. Twierdzenie Gaussa. Różniczkowa forma prawa Gaussa. Równanie Poissona.
47. Równanie Laplace’a.
48. Strumień pola magnetycznego. Prawo Gaussa dla pola magnetycznego.
49. Twierdzenie Stokesa. Różniczkowa forma prawa Ampera.
50. Potencjał wektorowy. Potencjał wektorowy gęstości prądu. Pole dowolnego przewodu z prądem.
51. Transformacja pól elektrycznego i magnetycznego.
52. Doświadczenia i prawo Faraday’a.
53. Reguła Lenza.
54. Zjawisko indukcji własnej i wzajemnej. Zastosowania. Transformator.
55. Prądy wirowe – zastosowania.
56. Obwód RL.
57. Energia pola magnetycznego.
58. Prąd przesunięcia. Równania Maxwella.
59. Równanie fali elektromagnetycznej.
60. Własności dielektryków. Polaryzacja dielektryczna, indukcja pola elektrycznego.
61. Piezoelektryczność, piroelektryczność i ferroelktryczność: własności i zastosowania.
62. Magnetyczne własności materii. Dia-, para- i ferro-magnetyki. Własności, przykłady i zastosowania.
63. Magnetostrykcja.
64. Wytwarzanie i pomiary pola magnetycznego.
65. Obwody prądu zmiennego.
66. Promieniowanie Ciała Doskonale Czarnego. Rozkład widmowy, prawo Stefana i Wiena. Teoria Planck’a CDC.
67. Model budowy atomu wg. Thomsona i Rutherforda.
68. Teoria budowy atomu wodoru wg. Bohra.
69. Efekt fotoelektryczny.

Ćwiczenia laboratoryjne (28h):

ĆWICZENIA LABORATORYJNE:

Ćwiczenia laboratoryjne mają na celu utrwalenie wiadomości zdobytych na wykładzie poprzez bezpośredni kontakt z eksperymentem fizycznym. Celem tych zajęć jest wykształcenie umiejętności planowania i przeprowadzania pomiarów wielkości fizycznych oraz praktyczne wykorzystanie wiedzy w zakresie opracowania wyników pomiarów i analizy niepewności wyników z wykorzystaniem obliczeniowych i graficznych metod statystycznych. W ramach tych zajęć studenci samodzielnie wykonują doświadczenia fizyczne według harmonogramu oraz przygotowują sprawozdania z przebiegu ćwiczeń. Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych odbywa się na podstawie sprawozdań i kolokwium z teorii. Na praktyczne wykonanie doświadczeń w laboratorium poświęca się 30 godzin.

SPIS ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

1. Drgania harmoniczne sprężyny.
Cel ćwiczenia: wyznaczenie współczynnika sprężystości sprężyny i modułu sztywności materiału sprężyny. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z teorii sprężystości i drgań.
2. Współczynnik lepkości.
Cel ćwiczenia: zapoznanie się z hydrodynamiką cieczy lepkiej, wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa.
Dyskusja i sprawdzenie znajomości praw hydrodynamiki.
3. Rezonans akustyczny.
Cel ćwiczenia: obserwacja powstawania akustycznej fali stojącej. Pomiar rezonansu i prędkości dźwięku fali stojącej w rurze Quinckego dla powietrza i CO2. Wyznaczenie stosunku cp/cv i liczby stopni swobody molekuł gazu.
Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z ruchu falowego, akustyki i termodynamiki gazów .
4. Wyznaczanie charakterystyki różnych oporników.
Cel ćwiczenia: Poznanie zakresu stosowalności prawa Ohma. Obliczenie temperatury włókna żarówki.
Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z przewodnictwa elektrycznego, metali półprzewodników i izolatorów.
5. Badanie zależności mocy użytecznej od obciążenia.
Cel ćwiczenia: Sprawdzenie prawa Ohma dla obwodu zamkniętego, wyznaczenie: rezystancji wewnętrznej, siły elektromotorycznej i mocy użytecznej.
Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących obwodów elektrycznych prądu stałego.
6. Mostek pojemnościowy.
Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z pomiarem nieznanej wartości pojemności kondensatora metodą mostka Wheatstone’a.
Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących kondensatorów w obwodach elektrycznych.
7. Samoindukcja cewek.
Cel ćwiczenia: wyznaczenie współczynnika samoindukcji cewki poprzez pomiar impedancji dla prądu zmiennego i rezystancji dla prądu stałego. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących praw elektromagnetyzmu, w szczególności indukcji Faradaya.
8. Drgania elektromagnetyczne obwodu RLC.
Cel ćwiczenia: obserwacja przebiegów napięcia w obwodzie RLC. Wyznaczenie dekrementu tłumienia i opru krytycznego.
Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących drgań tłumionych i obwodów elektrycznych RLC.
9. Współczynnik załamania światła dla ciał stałych.
Cel ćwiczenia: wyznaczenie współczynnika załamania ciał stałych za pomocą mikroskopu metodą grubości pozornej.
Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z optyki geometrycznej, zasada Fermata.
10. Badanie zjawiska dyfrakcji i polaryzacji światła.
Cel ćwiczenia: obserwacja obrazu dyfrakcyjnego światła laserowego dla pojedynczej szczeliny. Wyznaczenie szerokości szczeliny. Poznanie zjawiska polaryzacji światła. Sprawdzanie prawa Malusa.
Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z optyki falowo-korpuskularnej, ze szczególnym uwzględnieniem zjawisk interferencji, dyfrakcji, generowania akcji laserowej na przykładzie lasera gazowego i półprzewodnikowego.
11. Poziomy energetyczne atomu wodoru. Stała Rydberga.
Cel ćwiczenia: analiza spektralna widma wodoru otrzymanego w wyniku ugięcia na siatce dyfrakcyjnej. Wyznaczenie stałej Rydberga i energii jonizacji atomu wodoru.
Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z podstaw fizyki atomowej, ze szczególnym uwzględnieniem wzbudzonych stanów atomowych i modelu atomu Bohra.
12. Wyznaczanie ruchliwości i koncentracji nośników prądu w półprzewodnikach metodą efektu Halla.
Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze zjawiskiem Halla, wyznaczenie koncentracji i ruchliwości nośników.
Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z elektromagnetyzmu, oddziaływania pola magnetycznego na ładunek (siła Lorentza), podstawowe pojęcia o półprzewodnikach samoistnych, domieszkowanych, ruchliwości i koncentracji nośników.

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 laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest uzyskanie zaliczenia z ćwiczeń, towarzyszących wykładowi. Student ma prawo przystąpienia do dwóch kolokwiów poprawkowych oraz dwóch egzaminów poprawkowych.

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 laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa obliczana jest zgodnie z Regulaminem studiów, jako średnia ocen uzyskanych w kolejnych terminach egzaminu.

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

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności student uzgadnia bezpośrednio z osobą prowadzącą odpowiednie zajęcia.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Wymagana jest znajomość fizyki i matematyki w zakresie określonym programem studiów. Dodatkowo konieczne jest posiadanie wiedzy zdobytej podczas realizacji przedmiotu Fizyka I.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak