Detail předmětu

Fyzika II

FSI-3FAk. rok: 2014/2015

Předmět Fyzika II má seznámit studenty jak se základními zákony a teoriemi klasické fyziky (elektromagnetismu), tak i základy kvantové fyziky. Získané znalosti jsou předpokladem pro pochopení teoretických základů moderních inženýrských disciplin.
Elektromagnetismus. Elektrostatické pole. Magnetické pole. Elektromagnetické pole. Maxwellovy rovnice. Základy kvantové fyziky. Částicové vlastnosti záření a vlnové vlastnosti částic. Elektronový obal atomu. Jádro atomu.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

8

Garant předmětu

prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Výsledky učení předmětu

Získané znalosti o elektrostatickém, magnetickém a elektromagnetickém poli a o ustálených proudech by měli být studenti schopni aplikovat na jednoduché systémy a řešením úloh předpovědět jejich chování. Na základě poznatků z kvantové fyziky by měli být studenti schopni objasnit vlastnosti objektů a jednoduchým výpočtem stanovit jejich charakteristiky.

Prerekvizity

Znalosti a dovednosti z oblastí:
Newtonvy zákony, pohyb v silovém poli, práce a energie, dynamika systému částic, gravitační pole, kmity a vlnění, interference vln, geometrická a vlnová optika, termodynamika, teplota, teplo a práce, zákony termodynamiky.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky udělení zápočtu: alespoň 11 bodů v C1 a alespoň 6 bodů v C2a, maximálně lze získat 31 bodů. V případech hodných zvláštního zřetele (zejména s ohledem na aktivitu studenta ve cvičeních) může vyučující stanovit náhradní podmínky pro získání zápočtu, které však nezvýší počet dosažených bodů.<br>
Písemná část zkoušky je povinná pro všechny (14 testových otázek a 3 příklady, max 59 bodů), pokud při ní student získá méně než 30 bodů, pak u zkoušky neuspěl.<br>
Ústní části zkoušky se mohou dobrovolně podrobit studenti, kteří uspěli v předchozích částech. Ústní část je hodnocena celkem -10 až +10 body.<br>
Klasifikační hodnocení studenta (A - F) odpovídá celkovému dosaženému počtu bodů v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT. Podrobnosti na serveru <a href=http://physics.fme.vutbr.cz/files/vyuka/F2/FYZIKA2full.pdf>na serveru Physics.fme.vutbr.cz</a>.

Učební cíle

Cílem výuky elektromagnetismu je vytvořit u studentů ucelený soubor poznatků o elektrických a magnetických jevech a připravit je ke studiu navazujících speciálních předmětů, resp. studiu literatury. Cílem výuky kvantové fyziky je seznámit studenty se způsobem popisu objektů v kvantové fyzice.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast ve cvičení je kontrolována. Ve cvičení C1 jsou zařazeny 3 kontrolní práce (vždy 2 testové otázky, 2 příklady, max 7 bodů). Ve cvičení C2b se udělují body za domácí přípravu, vedení laboratorního sešitu a zprávy o samostatných úlohách (celkem max 10 bodů).<br>
V případě neúčasti na KP, která bude omluvena závažnými a doloženými důvody (zejména nemoc), může student požádat učitele o náhradní KP, která bude jednotně pro celý ročník v zápočtovém týdnu.<br>
V případě neúčasti v laboratorní výuce, která bude omluvena závažnými a doloženými důvody (zejména nemoc), učitel studentovi stanoví náhradní termín pro vypracování úlohy.

Základní literatura

HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika, 2. české přepracované vydání, VUTIUM, Brno 2013 (HRW2) (CS)
http://physics.fme.vutbr.cz (CS)
ŠANTAVÝ, I a kol.: Vybrané kapitoly z fyziky, skriptum VUT, Brno 1986 (CS)
FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: Feynmanovy přednášky z fyziky - revidované vydání,, Fragment, 2013 (CS)

Doporučená literatura

HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fundamentals of Physics, 8th edition, John Wiley and Sons,New York 2008 (EN)
FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: The Feynman Lecture on Physics, Addison-Wesley Publishing, 1977 (EN)
KREMPASKÝ, J.: Fyzika, Alfa, Bratislava - SNTL, Praha 1982 (SK)
ŠANTAVÝ, I.- LIŠKA, M.: Fyzika II, skriptum VUT Brno (CS)
KUPSKÁ, I.- MACUR, M.- RYNDOVÁ, A.: Fyzika - Sbírka příkladů, skriptum VUT Brno (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3A-P bakalářský

    obor B-MAI , 2. ročník, zimní semestr, povinný
    obor B-MTI , 2. ročník, zimní semestr, povinný
    obor B-MET , 2. ročník, zimní semestr, povinný

  • Program B3S-P bakalářský

    obor B-EPP , 2. ročník, zimní semestr, povinný
    obor B-KSB , 2. ročník, zimní semestr, povinný
    obor B-STI , 2. ročník, zimní semestr, povinný

  • Program M2I-P magisterský navazující

    obor M-AIŘ , 1. ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-ADI , 1. ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-LPR , 1. ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-SLE , 1. ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-STG , 1. ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-STM , 1. ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-VSR , 1. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Petr Dub, CSc.
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D.

Osnova

Elektromagnetismus. Elektrický náboj (Coulombův zákon). Elektrické pole (intenzita a siločáry).
Elektrické pole soustavy nábojů (princip superpozice).
Gaussův zákon elektrostatiky (výpočet intenzity elektrického pole s danou symetrií).
Elektrický potenciál (elektrická potenciální energie, potenciál soustavy nábojů, napětí).
Kapacita (výpočty kapacity kondenzátorů, energie elektrického pole, polární a nepolární dielektrika).
Proud a odpor. Obvody stejnosměrného proudu (Kirchhofffovy zákony).
Magnetické pole (magnetická indukce a indukční čáry, Lorentzova a Ampérova síla).
Magnetické pole elektrického proudu (princip superpozice, Biotův-Savartův zákon).
Magnetické pole elektrického proudu (Ampérův zákon, výpočet indukce magnetického pole s danou symetrií).
Elektromagnetická indukce (Faradayův zákon elektromagnetické indukce, vlastní a vzájemná indukčnost, energie magnetického pole, indukované elektrické pole).
Elektromagnetické kmity a střídavé proudy. Maxwellovy rovnice. Elektromagnetické vlny.
Kvantová fyzika. Fotony a de Broglieho vlny (Schrödingerova rovnice, Heisenbergův princip neurčitosti).
Atomová fyzika (atom vodíku a jeho spektrum, struktura periodické soustavy prvků). Jaderná fyzika (jaderná vazební energie, radioaktivní rozpad).

Cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D.
prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D.
Ing. Petr Dvořák, Ph.D.
Ing. Zoltán Édes
Mgr. Martin Friák, Ph.D.
Ing. Martin Hrtoň, Ph.D.
Mgr. Věra Kollárová, Ph.D.
Ing. Filip Ligmajer, Ph.D.
Ing. Zuzana Lišková, Ph.D.
Ph.D. Andriy Ostapovets, Mgr.
Ing. Zdena Rudolfová, Ph.D.
RNDr. Anna Ryndová, Ph.D.
Ing. Karel Slámečka, Ph.D.
Mgr. Jitka Strouhalová
Ing. Petr Šesták, Ph.D.
Ing. Jakub Zlámal, Ph.D.
prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc.

Osnova

Obsahem je řešení příkladů a úloh z učebnice HRW2;
1. téma: Elektrostatika I
2. téma: Elektrostatika II
3. téma: Proudy a obvody
4. téma: Magnetické pole
5. téma: Elektromagnetická indukce
6. téma: Kvantová, atomová a jaderná fyzika

1. kontrolní práce (4. týden), obsah: 1. téma
2. kontrolní práce (8. týden), obsah: 2. a 3. téma
3. kontrolní práce (12. týden), obsah: 4. a 5. téma

Laboratoře a ateliéry

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jiří Babocký, Ph.D.
Ing. Petr Bábor, Ph.D.
Ing. Jaromír Bačovský, Ph.D.
Ing. Ján Borovský
Ing. Petr Bouchal, Ph.D.
prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D.
Ing. Jana Čolláková
RNDr. Libuše Dittrichová, Ph.D.
Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D.
Ing. Jakub Klus, Ph.D.
doc. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D.
Ing. Martin Konečný, Ph.D.
Ing. Michal Kvapil, Ph.D.
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.
Ing. Ondřej Metelka
Ing. Pavel Nádaský
Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.
Ing. Michal Pavera, Ph.D.
Ing. Tomáš Pejchal, Ph.D.
Ing. Josef Polčák, Ph.D.
Ing. Michal Potoček, Ph.D.
Ing. Pavel Procházka, Ph.D.
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D.
Ing. Petr Řehák, Ph.D.
Ing. Jakub Sadílek
Ing. Lucia Sládková
Ing. Mgr. Tomáš Šamořil, Ph.D.
Ing. Lenka Štrbková, Ph.D.
Ing. Dalibor Šulc, Ph.D.
Ing. Jiří Vodák, Ph.D.
Ing. Jakub Zlámal, Ph.D.

Osnova

1. Grafické řešení: obvod s fotodiodou.
2. Odezva na budící signál: RLC obvody.
3. Dynamické modelování: obvod s kondenzátorem.
4. Statistické zpracování dat: měření pomocí záření beta a gamma.
5A. Zpětná vazba při regulaci: termostat.
5B. Zpětná vazba při měření: teploměr.
6A. Zpracování signálu: konvoluce.
6B. Zpracování signálu: Fourierova transformace.