Fyzika 2
| Kód | Zakončení | Kredity | Rozsah | Jazyk výuky |
|---|---|---|---|---|
| B3B02FY2 | Z,ZK | 6 | 3P+1L+2C | česky |
- Garant předmětu:
- Michal Bednařík
- Přednášející:
- Michal Bednařík
- Cvičící:
- Oleg Babčenko, Václav Bára, Michal Bednařík, Marek Brothánek, Jakub Cikhardt, Milan Červenka, Vratislav Fabián, Viktor Hruška, Vojtěch Jandák, Jaroslav Jíra, Daniel Klír, Petr Koníček, Antonín Krpenský, Lukáš Matera, Yegor Mikhailov, Karel Řezáč, Ladislav Sieger, Martin Žáček
- Předmět zajišťuje:
- katedra fyziky
- 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.).
- Požadavky:
-
Zápočet z předmětu Fyzika 1.
- Osnova 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.
- Osnova 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.
- Cíle studia:
- Studijní materiály:
-
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).
- Poznámka:
- Další informace:
- https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B3B02FY2
- Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:
-
06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po Út St Čt Pá - Rozvrh na letní semestr 2023/2024:
- Rozvrh není připraven
- Předmět je součástí následujících studijních plánů:
-
- Kybernetika a Robotika 2016 (povinný předmět programu)
- Lékařská elektronika a bioinformatika (povinný předmět programu)
- Kybernetika a Robotika 2021 (povinný předmět programu)
Podmínkou zápisu na předmět B3B02FY2 je, že student získal v některém z předchozích semestrů zápočet z příslušného počtu předmětů ze skupiny B3B02FY1X