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

Celem jest wykształcenie umiejętności opisu otaczającej rzeczywistości za pomocą podstawowych praw i zasad fizyki co pozwoli przygotować studenta do rozwiązywania złożonych problemów technicznych.

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; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. ETP1A_W02 Egzamin,
Kolokwium
M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. ETP1A_W02 Egzamin,
Kolokwium
M_W003 Ma wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą: mechanikę, termodynamikę, elektryczność i magnetyzm, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w elementach i układach elektronicznych, układach transmisyjnych, sieciach telekomunikacyjnych oraz w ich otoczeniu. ETP1A_W02 Egzamin,
Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu, podstaw termodynamiki oraz hydrodynamiki. ETP1A_U01, ETP1A_W02 Kolokwium
M_U002 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. ETP1A_W01, ETP1A_W02 Kolokwium
M_U003 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie. ETP1A_U01, ETP1A_U02 Aktywność na zajęciach
M_U004 Samodzielnie rozwiązuje zadania w obszarze mechaniki klasycznej, potrafi pracować indywidualnie; umie oszacować czas potrzebny na realizację zleconego zadania; umie zastosować odpowiednie prawa fizyczne do rozwiązywania zagadnień z drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu, podstaw termodynamiki oraz hydrodynamiki. ETP1A_U03, ETP1A_W01, ETP1A_W02 Kolokwium
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się; dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności posługiwania się narzędziami matematycznymi w opisie zjawisk fizycznych. ETP1A_K01, ETP1A_W01, ETP1A_W02 Aktywność na zajęciach
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 Aktywność na zajęciach
M_K003 Student jest przygotowany, w oparciu o znajomość zasad fizycznych, do podjęcia działań zmierzających do rozwoju nauk technicznych, m.in. elektroniki i telekomunikacji. ETP1A_W02 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
70 42 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 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. + - - - - - - - - - -
M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. + - - - - - - - - - -
M_W003 Ma wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą: mechanikę, termodynamikę, elektryczność i magnetyzm, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w elementach i układach elektronicznych, układach transmisyjnych, sieciach telekomunikacyjnych oraz w ich otoczeniu. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu, podstaw termodynamiki oraz hydrodynamiki. + + - - - - - - - - -
M_U002 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. + + - - - - - - - - -
M_U003 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie. + + - - - - - - - - -
M_U004 Samodzielnie rozwiązuje zadania w obszarze mechaniki klasycznej, potrafi pracować indywidualnie; umie oszacować czas potrzebny na realizację zleconego zadania; umie zastosować odpowiednie prawa fizyczne do rozwiązywania zagadnień z drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu, podstaw termodynamiki oraz hydrodynamiki. + + - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się; dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności posługiwania się narzędziami matematycznymi w opisie zjawisk fizycznych. - + - - - - - - - - -
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 Student jest przygotowany, w oparciu o znajomość zasad fizycznych, do podjęcia działań zmierzających do rozwoju nauk technicznych, m.in. elektroniki i telekomunikacji. + + - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 128 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 70 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 28 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 30 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (42h):

Celem przedmiotu jest wykształcenie umiejętności opisu otaczającej rzeczywistości fizycznej za pomocą podstawowych praw i zasad. Student uzyskuje umiejętność rozumienia zjawisk fizycznych i ich znaczenia w przyrodzie i technice, potrafi rozwiązywać proste zadania rachunkowe i jest przygotowany do podjęcia bardziej złożonych problemów technicznych w oparciu o prawa fizyki.

Zajęcia w ramach modułu są prowadzone w formie wykładu (42 godzin) i ćwiczeń audytoryjnych (28 godzin).

WYKŁADY:

1.Wprowadzenie do fizyki. Elementy rachunku wektorowego i zastosowanie do prostych problemów fizycznych
Przedmiot i znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej. Międzynarodowy układ jednostek SI – podstawowe wielkości fizyczne i ich jednostki. Podział wielkości fizycznych na skalarne i wektorowe. Cechy wektora, Podstawowe działania na wektorach w tym iloczyn skalarny i wektorowy.
2.Kinematyka punktu materialnego
Na przykładach z kinematyki punktu materialnego wprowadzenie podstawowych pojęć rachunku różniczkowego i całkowego. Definicje i graficzna interpretacja: wektora położenia, przemieszczenia, prędkości chwilowej i średniej, przyspieszenia chwilowego i średniego. Ruch po okręgu w ujęciu wektorowym. Spadek swobodny, rzuty: pionowy, poziomy, ukośny. Opis wielkości służących do opisu ruchu krzywoliniowego.
3.Dynamika punktu materialnego
Zasady dynamiki układów inercjalnych i nieinercjalnych. Zasada zachowania pędu i energii (zderzenia). Zasady dynamiki dla układów o zmiennej masie. Przyspieszenie i siła Coriolisa.
4.Dynamika bryły sztywnej
Dyskretny i ciągły rozkład masy. Środek masy, podstawowe pojęcia ruchu obrotowego układów punktów materialnych i bryły sztywnej. Tensor momentu bezwładności i twierdzenie Steinera. Przykłady obliczeń momentu bezwładności.
5.Elektrostatyka
Podstawowe pojęcia związane z polem zachowawczym (grawitacyjnym i elektrostatycznym): pole, natężenie pola, potencjał, energia potencjalna, strumień. . Prawo Gaussa i przykłady zastosowania (dyskretny i ciągły rozkład ładunków i masy).
6.Prąd stały
Prąd i prawo Ohma. SEM – siła elektromotoryczna i opór wewnętrzny. Przewodnictwo elektryczne w metalach i półprzewodnikach. Prawa Kirchhoffa. Obwód RC.
7.Pole magnetyczne
Wektor indukcji B, siła Lorentza, siła elektrodynamiczna. Przykłady: efekt Halla, e/m, cyklotron. Prawo Ampera (nieskończenie długi przewodnik, solenoid), prawo Biota Savarta, prawo Faraday’a i reguła Lenza. Indukcyjność i samoindukcja. Obwód RL, energia pola B.
8.Drgania, oscylator harmoniczny
Własności mechaniczne ciał stałych. Odkształcenie i naprężenie. Prawo Hooke’a. Oscylator liniowy ruchu drgającego prostego (punktu materialnego i obwodu LC). Drgania tłumione (mechaniczne i RLC) i wymuszone (mechaniczne i RLC z zasilaniem zmiennym w czasie). Rezonans (amplituda i przesunięcie fazowe). Wahadła (fizyczne, matematyczne i torsyjne), składanie drgań.
9.Fale mechaniczne
Opis zjawisk falowych, równanie fali płaskiej w przestrzeni i ogólne równanie falowe. Fala sprężysta w ciele stałym i w gazach. Fala stojąca. Podstawowe pojęcia z akustyki, efekt Dopplera.
10.Elementy termodynamiki i hydrodynamiki
Zasady termodynamiki. Energia wewnętrzna i entropia. Równanie stanu gazu doskonałego. Przemiany gazowe. Ciepło właściwe i molowe. Hydrodynamika – pojęcia podstawowe (prawo Bernoulliego, równanie ciągłości strugi, lepkość).
11.Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne
Operatory dywergencji i rotacji, przykłady zastosowań. Twierdzenie Stokesa. Magnetyzm materii, prąd przesunięcia. Indukowane pole B i E. Równanie falowe. Energia fali elektromagnetycznej, wektor Poyntinga. Widmo promieniowania elektromagnetycznego.
12.Optyka falowa
Dyfrakcja, interferencja i polaryzacja światła.

Ćwiczenia audytoryjne (28h):

ĆWICZENIA AUDYTORYJNE:

Ćwiczenia audytoryjne mają na celu utrwalenie wiadomości zdobytych na wykładzie i wykształcenie umiejętności posługiwania się podstawowymi prawami i zasadami fizyki. W ramach tych zajęć studenci rozwiązują zadania rachunkowe związane z tematyką wykładów i omawiają problemy poruszane na wykładzie. Studenci otrzymują zadania do samodzielnego wykonania. Poziom wiedzy jest monitorowany poprzez prace pisemne i na tej podstawie odbywa się zaliczenie zajęć. Do zaliczenia zajęć niezbędna jest obecność na min. 80% zajęć. W uzasadnionych przypadkach (długotrwała choroba i zwolnienie lekarskie) możliwe jest indywidualne zaliczenie przedmiotu po uzgodnieniu z prowadzącym zajęcia. Studenci mają możliwość skorzystania z konsultacji prowadzonych przez wykładowcę i prowadzących zajęcia, które pozwalają przedyskutować najważniejsze problemy związane ze zrozumieniem materiału wykładu i ćwiczeń.

1.Praktyczna umiejętność posługiwania się rachunkiem wektorowym w fizyce
Geometryczne metody dodawania i odejmowania wektorów, rozkład wektora na składowe; wektor w kartezjańskim układzie współrzędnych, działania na wektorach w tym układzie; zastosowanie iloczynu skalarnego i wektorowego do definiowania podstawowych wielkości fizycznych (pracy, momentu siły, momentu pędu, siły Lorentza)
2.Kinematyka punktu materialnego
Praktyczna umiejętność obliczania prędkości chwilowej i przyspieszenia chwilowego korzystając z pojęcia pochodnej. Całkowanie równań ruchu przy wykorzystaniu warunków początkowych. Szczegółowa analiza ruchu po okręgu. Wyznaczanie przyspieszenia normalnego, stycznego i całkowitego. Związek pomiędzy wielkościami liniowymi i kątowymi na przykładzie prędkości i przyspieszenia. Rzuty.
3.Zasady dynamiki w układach inercjalnych i nieinercjalnych
Praktyczna umiejętność korzystania z zasad dynamiki: schemat postępowania w przypadku rozwiązywania zagadnień dynamicznych, znajdowanie siły wypadkowej i przyspieszenia ciała.Omówienie przykładów, w których wprowadza się siły pozorne: ciężar pozorny w przyspieszającej windzie, rotor. Ziemia jako układ nieinercjalny, konsekwencje ruchu obrotowego Ziemi.
4.Elektrostatyka
Zastosowanie prawa Gaussa w grawitacji i elektrostatyce. Przykłady sił i pól zachowawczych – energia potencjalna. Praktyczna umiejętność sprawdzania czy pole jest polem zachowawczym i obliczania pracy za pomocą całki krzywoliniowej. Praktyczna umiejętność obliczania gradientu funkcji skalarnej. Związek energii potencjalnej z siłą. Kondensatory.
5.Kinematyka i dynamika bryły sztywnej
Środek masy i praktyczna umiejętność znajdowania położenia i prędkości środka masy. Omówienie definicji i interpretacji elementów diagonalnych i pozadiagonalnych tensora momentu bezwładności. Praktyczna umiejętność znajdowania tensora momentu bezwładności dla dyskretnych i ciągłych rozkładów masy na przykładach powłoki kulistej, pełnej kuli, dysku, prostokąta, pręta. Zastosowanie zasady zachowania energii mechanicznej i zasad dynamiki do ruchu obrotowego bryły sztywnej i toczenia bez poślizgu.
6.Oscylator harmoniczny
Rozwiązanie równania prostego oscylatora harmonicznego, znajdowanie częstości drgań własnych. Praktyczna umiejętność analizy zależności wielkości opisujących oscylator harmoniczny od czasu i położenia. Rozwiązywanie zadań, w których występują wahadła: torsyjne, matematyczne i fizyczne. Zależność amplitudy oscylatora tłumionego od czasu. Logarytmiczny dekrement tłumienia. Analiza częstości, amplitudy i fazy dla oscylatora z wymuszeniem. Umiejętność rysowania i analizy krzywych rezonansowych. Omówienie warunków rezonansu. Analogia pomiędzy oscylatorem mechanicznym a obwodem RLC. Układy RC i LC.
7.Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne
Operatory dywergencji i rotacji, przykłady zastosowań. Równanie falowe. Energia fali elektromagnetycznej – wektor Poyntinga.
8. Optyka falowa
Doświadczenie Younga, prawo Malusa.

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:

Ocena końcowa obliczana jest zgodnie z regulaminem studiów, jako średnia ważona ocen: zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych (35%), egzaminu (50%) i testów prowadzonych podczas wykładów (15%).

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

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Wymagana jest znajomość podstaw fizyki i matematyki w zakresie programu gimnazjum i liceum. Dodatkowo konieczne jest posiadanie umiejętności posługiwania się rachunkiem różniczkowym i całkowym w stopniu elementarnym.
Wymagana jest obecność na ćwiczeniach audytoryjnych (min. 80%).

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. J. Wolny, Podstawy fizyki, AGH Kraków, 2007
2. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, t.1-5, PWN W-wa, 2003
3. C. Kittel, W.D. Knight, M.A. Ruderman, Mechanika, PWN W-wa 1975
4. Treść wykładu i dodatkowe materiały w tym przykładowe zadania egzaminacyjne umieszczane na stronie internetowej przedmiotu

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Backhopping in magnetic tunnel junctions : micromagnetic approach and experiment / Marek FRANKOWSKI, Witold SKOWROŃSKI, Maciej CZAPKIEWICZ, Tomasz STOBIECKI // Journal of Magnetism and Magnetic Materials ; ISSN 0304-8853. — 2015 vol. 374, s. 451–454.

Understanding stability diagram of perpendicular magnetic tunnel junctions / Witold SKOWROŃSKI, Maciej CZAPKIEWICZ, Sławomir ZIĘTEK, Jakub CHĘCIŃSKI, Marek FRANKOWSKI, Piotr Rzeszut, Jerzy Wrona // Scientific Reports [Dokument elektroniczny]. — Czasopismo elektroniczne ; ISSN 2045-2322. — 2017 nr 7 art. no. 10172, s. 1–6.

Influence of intermixing at the Ta/CoFeB interface on spin Hall angle in Ta/CoFeB/MgO heterostructures / Monika CECOT, Łukasz Karwacki, Witold SKOWROŃSKI, Jarosław KANAK, Jerzy Wrona, Antoni ŻYWCZAK, Lide Yao, Sebastiaan Dijken, Józef Barnaś, Tomasz STOBIECKI // Scientific Reports [Dokument elektroniczny]. — Czasopismo elektroniczne ; ISSN 2045-2322. — 2017 vol. 7 art. no. 968, s. 1–11.

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
Bibliografia Publikacji Pracowników AGH [23.08.2018; 21:16] [1/2]
Katarzyna Zakrzewska, Wydział Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
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:

Konsultacje z prowadzącymi – do uzgodnienia na zajęciach.