Detail předmětu

Aplikovaná fyzika (V)

FAST-CB54Ak. rok: 2013/2014

Struktura atomů a stavba molekul.
Základy statistické fyziky.
Teplo, teplota a tepelná kapacita na částicové úrovni.
Ekvipartiční teorém.
Vlastnosti plynů, především vzduchu a vodní páry.
Vliv tlaku a teploty na skupenství
Praktické důsledky výparného tepla (energie pro zvlhčování vzduchu, tepelné stroje, kondenzační kotel, atd.)
Proudění, rovnovážné a nerovnovážné procesy.
Termodynamické principy v kapalinách.
Transport tepla v kapalinách. Difuze.
Sluneční záření, globální pohled na procesy v atmosféře

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Mgr. Jan Martinek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyziky (FYZ)

Výsledky učení předmětu

Znalosti z fyziky a fyzikální chemie v oblasti plynných a kapalných látek. Energetické bilance fyzikálních procesů z každodenního života.

Prerekvizity

Znalosti matematiky a fyziky v rozsahu základních kursů bakalářského studia.

Korekvizity

Aplikovaná matematika: vektory, derivace, jednoduchý a dvojný integrál, homogenní diferenciální rovnice druhého řádu s konstantními koeficienty.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Metoda je založena na sérii přednášek (jedna dvouhodinová přednáška každý týden) a laboratorním cvičení (dvouhodinové měření každý týden). Studenti počítají příklady. Protokoly jsou kontrolovány učiteli v laboratořích.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínkou udělení zápočtu je změření devíti laboratorních úloh, vypracování devíti protokolů z těchto úloh a jejich průběžné a úspěšné odevzdávání, dále počítání příkladů a jejich odevzdávání učiteli v celkovém počtu dvaceti příkladů, poslední podmínkou je úspěšné napsání testu ve formě počítání příkladů.
Zkouška se skládá z písemné části a ústní části. Obě části zkoušky musí být splněny úspěšně.

Účast na cvičení. ividuální úlohy dle seznamu úloh. Zápočet. Zkouška.

Osnovy výuky

1. Hmota, látka, pole: základní formy hmoty, vlnová mechanika, dvojaké vlastnosti částic
2. Struktura atomů a stavba molekul: modelová teorie atomů, vlnově mechanický obraz atomu
3. Struktura atomů a stavba molekul-pokr.:, klasifikace atomů, změny energie při vzniku molekul, meziatomové vazby
4. Amorfní látky a kapaliny: uspořádání částic, vlastnosti amorfních látek, anorganické a organické amorfní látky, kapaliny
5. Spojitý a systémový model tekutin: bilanční rovnice a zákony zachování, rovnice kontinuity, Eulerova rovnice, Bernoulliova rovnice, Navier-Stokesova rovnice
6. Bilance hmotnosti, hybnosti a energie: hybnost v kapalinách, energie v kapalinách (vnější a vnitřní), hydrostatický tlak, Pascalův zákon, Archimedův zákon
7. Proudění: ustálené proudění vazké nestlačitelné kapaliny potrubím, rozdělení rychlosti podle poloměru potrubí, ustálené proudění vazké nestlačitelné kapaliny potrubím (Hagen-Poisseliův zákon)
8. Rovnovážné a nerovnovážné procesy: homogenní a heterogenní systémy, fáze, složky skupenství, skupenská tepla, kalorimetrická rovnice, tepelné kapacity, podmínky rovnováhy v dvoufázovém systému, nevratné a nerovnovážné procesy, základní zákony nevratné termodynamiky
9. Termodynamické principy v kapalinách: Gibbsovo pravidlo fází, fázové přechody, Clapeyronova rovnice a její integrace, fázový diagram jednosložkové soustavy, aplikace Gibbsova pravidla fází
10. Transport tepla v kapalinách: transport tepla obecně, vedení tepla (Fourrierova rovnice), diferenciální rovnice vedení tepla, stacionární přenos tepla
11. Transport tepla v kapalinách-pokr.: řešení diferenciální rovnice pro tento případ, vedení tepla (srovnání stacionárního a nestacionárního přenosu tepla), difúze, radiace
12. Základy statistické fyziky: základní pojmy a vztahy teorie pravděpodobnosti, tepelný pohyb
13. Základy statistické fyziky - pokr.: Maxwellovo a Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení částic, energie látky

Pracovní stáže

ne

Učební cíle

Rozšíření znalostí z fyziky v oblasti látek a jejich struktur, kapalin, proudění a pod. pro studenty zaměřené na vodní hospodářství a vodní stavby.

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

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Doporučené volitelné složky programu

ne

Základní literatura

Binko J., Kašpar I.: Fyzika stavebního inženýra. SNTL Praha, 1983. (CS)
Ficker T.: Fyzikální praktikum. CERM Brno, 1999. (CS)
Halliday D., Resnick R., J. Walker J.: Physics. VUTIUM a PROMETHEUS, 2001. (EN)
Horák Z., Krupka F.: Fyzika. SNTL Praha, 1976. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-K-C-SI magisterský navazující

    obor V , 1 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program N-P-C-SI magisterský navazující

    obor V , 1 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program N-P-E-SI magisterský navazující

    obor V , 1 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Jan Martinek, Ph.D.

Osnova

1. Definice fyzikálních veličin, soustava SI, definice teploty, ekvipartiční teorém, vnitřní energie
2. Statistická fyzika, stavová rovnice, praktická využití
3. Vlastnosti vzduchu, vodní páry a atmosféry
4. Bilance hmotnosti, hybnosti a energie: hybnost v kapalinách, energie v kapalinách (vnější a vnitřní), hydrostatický tlak, Pascalův zákon, Archimedův zákon
5. Proudění: ustálené proudění vazké nestlačitelné kapaliny potrubím, rozdělení rychlosti podle poloměru potrubí, ustálené proudění vazké nestlačitelné kapaliny potrubím (Hagen-Poisseliův zákon)
6. Tlak, teplota a fázové přeměny, latentní teplo, fyzika nízkých tlaků a nízkých teplot
7. Částicová fyzika a tepelná kapacita plynů při konstantním tlaku či objemu
8. Základy termodynamiky, děje v plynech, tepelné stroje, Carnotův cyklus
9. Praktické využití odvozených vlastností (motory, tepelná čerpadla, klimatizace, termoelektrické generátory, termočlánky, Peltierovy články, kondenzační kotel, vysoušení a zvlhčování vzduchu)
10. Elektromagnetické záření, Planckův vyzařovací zákon, Sluneční záření, spektrální vlastnosti atmosféry
11. Dokonale černé těleso, emisivita, transmitance, absorbance, solární kolektory a jejich konstrukce a účinnost
12. Pohled na děje z hlediska energie - energetické přeměny, akumulace energie, hustota energie, hustota výkonu
13. Sluneční záření, základy meteorologie, složení atmosféry, skleníkový efekt

Cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Jan Martinek, Ph.D.

Osnova

1.týden: návody - seznámení s používanými metodami měření, metodami výpočtů, rozdělení úloh na celý semestr (cyklické střídání úloh pro dvojice studentů, seznámení s bezpečnostními předpisy pro práci na elektrických zařízeních ve studentských laboratořích
2.týden měření první laboratorní úlohy podle rozpisu
3.týden následující měření dle rozpisu a odevzdání protokolu z předchozího měření a spočítaných příkladů
4.týden následující měření dle rozpisu a odevzdání protokolu z předchozího měření a spočítaných příkladů
5.týden následující měření dle rozpisu a odevzdání protokolu z předchozího měření a spočítaných příkladů
6.týden následující měření dle rozpisu a odevzdání protokolu z předchozího měření a spočítaných příkladů
7.týden konzultace - opravy, doměření nedostatků a doplnění všech předchozích měření, opravy všech nepřijatých protokolů, odevzdání spočítaných příkladů
8.týden následující měření dle rozpisu a odevzdání protokolu z předchozího měření a spočítaných příkladů
9.týden následující měření dle rozpisu a odevzdání protokolu z předchozího měření a spočítaných příkladů
10.týden následující měření dle rozpisu a odevzdání protokolu z předchozího měření a spočítaných příkladů
11.týden následující měření dle rozpisu a odevzdání protokolu z předchozího měření a spočítaných příkladů
12.týden následující měření dle rozpisu a odevzdání protokolu z předchozího měření a spočítaných příkladů
13.týden písemka a odevzdání protokolu z předchozího měření, zápočet
Laboratorní úlohy:
Frekvenční závislost činitele zvukové pohltivosti
Frekvenční analýza zvuku
Doba dozvuku v místnosti
Stanovení rezistance přímou metodou
Stanovení kapacity kondenzátoru přímou metodou
Stanovení indukčnosti a kvality cívky přímou metodou
VA charakteristika polovodičové diody
Stanovení výstupní charakteristiky tranzistoru
Stanovení náboje elektronu z charakteristiky tranzistoru
Stanovení měrné tepelné kapacity pevných látek kalorimetrem
Stanovení součinitele teplotní roztažnosti
Stanovení měrné tepelné vodivosti cihly nestacionární metodou
Stanovení adiabatické Poissonovy konstanty vzduchu
Stanovení cejchovní křivky termočlánku
Stanovení cejchovní křivky termistoru
Stanovení cejchovní křivky termodiody
Stanovení topného faktoru tepelného čerpadla
Závislost součinitele absorpce světla v průsvitných látkách na vlnové délce světla
Stanovení celkového světelného toku bodového zdroje
Experimentální sledování strukturních změn betonových vzorků při statickém zatěžování tahem za ohybu metodou akustické emise
Stanovení drsnosti lomové plochy konfokálním mikroskopem