Popis předmětu - B3B02FY2

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
B3B02FY2 Fyzika 2
Role:P Rozsah výuky:3P+1L+2C
Katedra:13102 Jazyk výuky:CS
Garanti:Bednařík M. Zakončení:Z,ZK
Přednášející:Bednařík M. Kreditů:6
Cvičící:Osob je mnoho Semestr:Z

Anotace:

Předmět Fyzika 2 navazuje na předmět Fyzika 1. V rámci tohoto předmětu se studenti seznámí se základními pojmy a vztahy z fenomenologické a statistické termodynamiky. Na termodynamiku navazuje úvod do teorie vln. Studenti budou seznámeni se základními vlastnostmi vlnění a jeho popisu, přičemž výuka je vedena tak, aby si studenti uvědomili univerzálnost popisu vlnění, bez ohledu na jeho fyzikální charakter. Na znalosti z obecné teorie vln navazují přednášky věnované akustickým a elektromagnetickým vlnám. Následně jsou studenti seznámeni s vlnovou a geometrickou optikou. Závěrečné přednášky jsou věnovány úvodu do kvantové mechanicky a jaderné fyziky. Znalosti z předmětu Fyzika 2 mají studentům sloužit při studiu řady odborných předmětů, se kterými se setkají během jejich studia. Nabyté znalosti v rámci tohoto předmětu mají studentům umožnit lépe se orientovat v základních principech fungování některých elektronických prvků a v nových technologiích. Výuka je dále doplněna o laboratorní cvičení, kde si studenti mohou experimentálně ověřit řadu fyzikálních zákonitostí, se kterými se seznámili v rámci přednášek. Zvládnutí tohoto obsahem náročného předmětu vyžaduje, aby studenti pracovali během celého semestru (příprava na početní a laboratorní semináře, vypracování protokolů z měření, kontrolní testy, samostudium apod.).

Obsah:

V rámci tohoto předmětu se studenti seznámí se základními pojmy a vztahy z fenomenologické a statistické termodynamiky. Na termodynamiku navazuje úvod do teorie vln. Studenti budou seznámeni se základními vlastnostmi vlnění a jeho popisu, přičemž výuka je vedena tak, aby si studenti uvědomili univerzálnost popisu vlnění, bez ohledu na jeho fyzikální charakter. Na znalosti z obecné teorie vln navazují přednášky věnované akustickým a elektromagnetickým vlnám. Následně jsou studenti seznámeni s vlnovou a geometrickou optikou. Závěrečné přednášky jsou věnovány úvodu do kvantové mechanicky a jaderné fyziky. Výuka je dále doplněna o laboratorní cvičení, kde si studenti mohou experimentálně ověřit řadu fyzikálních zákonitostí, se kterými se seznámili v rámci přednášek. Zvládnutí tohoto obsahem náročného předmětu vyžaduje, aby studenti pracovali během celého semestru (příprava na početní a laboratorní semináře, vypracování protokolů z měření, kontrolní testy, samostudium apod.).

Osnovy přednášek:

1. Termodynamické soustavy, stavové a procesní termodynamické veličiny, teplota, teplo, práce, vnitřní energie, ideální plyn, stavová rovnice, tepelná kapacita, 1. a 2. věta termodynamiky.
2. Pracovní cykly, tepelné motory, entropie, základy přenosu tepla (vedení, proudění, záření), rovnice vedení tepla, 3. věta termodynamiky, teplotní roztažnost, kinetická teorie plynů.
3. Druhy vln, základní pojmy (fázová rychlost, grupová rychlost, disipace a disperze vln, disperzní relace), obecná vlnová rovnice, Dopplerův jev. Vlnová rovnice elektromagnetického a akustického pole, šíření elektromagnetických a zvukových vln.
4. Konstruktivní a destruktivní interference, koherence, difrakce vln, Huygensův-Fresnelův princip, blízké a vzdálené pole.
5. Geometrická optika ? paprsková aproximace, světelný paprsek, Fermatův princip, odraz a lom, kritický odraz, tenké čočky.
6. Vlnová optika - Fresnelova a Fraunhoferova difrakce, interference světla.
7. Úvod do kvantové mechaniky - záření absolutně černého tělesa, fotoelektrický jev, Comptonův jev, Bohrův model atomu.
8. Základní principy kvantové mechaniky. Vlnová funkce (vlnové vlastnosti částic a de Broglieho hypotéza, Bornova pravděpodobnostní interpretace, vlastnosti vlnových funkcí).
9. Schrodingerova rovnice, příklady (volná částice, částice v potenciálové jámě, tunelový jev, harmonický oscilátor). Heisenbergovy relace neurčitosti.
10. Pohyb v centrálním poli. Kvantování momentu hybnosti. Kvantová čísla. Spin. Fermiony a bosony. Pauliho vylučovací princip.
11. Pásová teorie pevných látek (vodiče, polovodiče, izolanty).
12. Fyzikální princip laseru (spontánní a stimulovaná emise, inverzní populace).
13. Úvod do fyziky atomového jádra (složení atomového jádra a jeho vlastnosti, radioaktivita, jaderná energie).
14. Rezerva.

Osnovy cvičení:

Osnovy početních seminářů:
1. Řešení vybraných úloh z termodynamiky.
2. Využití kinetické teorie plynů pro výpočet termodynamických veličin.
3. Řešení vlnové rovnice, hledání disperzních relací, výpočet základních vlnových charakteristik.
4. Vyšetřování vlnových vlastností akustických a elektromagnetických vln.
5. Úlohy vztahující se k interferenci na tenké vrstvě.
6. Řešení základních úloh z vlnové optiky.
7. Základní úlohy geometrické optiky.
8. Řešení úloh souvisejících se zářením absolutně černého tělesa.
9. Úlohy vztahující se k fotoelektrickému jevu, Comptonovu jevu a Bohrovu modelu atomu.
10. Řešení Schrödingerovy rovnice pro infinitní a finitní jednorozměrnou potenciálovou jámu.
11. Řešení úloh souvisejících s tunelovým jevem a Heisenbergovými relacemi neurčitosti.
12. Řešení úloh souvisejících s popisem elektronu v centrálním silovém poli.
13. Kontrolní test.
14. Řešení základních úloh z jaderné fyziky.
Osnovy laboratorních cvičení:
1. Úvodní výklad (bezpečnost práce, seznámení s úlohami a laboratorním řádem).
2. Měření ve fyzikálních laboratořích na vybraných úlohách.
3. Vyhodnocení elaborátů.
Seznam laboratorních úloh
1. Měření rychlosti zvuku ve vzduchu sonarovou metodou a akustický Dopplerův jev. Difrakce ultrazvukových vln.
2. Měření odrazu polarizovaného světla (Fresnelovy vzorce).
3. Stanovení Boltzmannovy konstanty pomocí voltampérové charakteristiky PN přechodu.
4. Teplotní expanze kapalin a pevných látek.
5. Měření na Peltierově článku.
6. Absorpce ionizujícího záření v materiálech.
7. Studium fotoefektu a stanovení Planckovy konstanty.
8. Franckův-Hertzův pokus a stanovení excitační energie atomu rtuti.
9. Studium ohybu světla - Fraunhoferův a Fresnelův ohyb.
10. Měření vlnových délek relativní metodou goniometrem.

Literatura:

Každý student má k dispozici základní studijní text Fyzika 2 (autor Michal Bednařík) v elektronické podobě, který pokrývá celou přednášenou látku. Pro početní semináře mají studenti k dispozici v elektronické podobě sbírku Příklady pro Fyziku 2 KyR (autor Milan Červenka). Doporučeným studijním materiálem je kniha Fyzika 1+2, (autoři D. Halliday, J. Wolker, R. Resnick, nakl. Vutium, 2014).

Požadavky:

Zápočet z předmětu Fyzika 1.

Webová stránka:

https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B3B02FY2

Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:

Plán Obor Role Dop. semestr
BPKYR_2016 Před zařazením do oboru P 3
BPBIO_2018 Před zařazením do oboru P 3
BPKYR_2021 Před zařazením do oboru P 3


Stránka vytvořena 19.8.2022 17:49:54, semestry: L/2021-2, Z/2024-5, Z,L/2022-3, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)