Detail předmětu
Fyzika II
FSI-3FAk. rok: 2021/2022
Předmět Fyzika II má seznámit studenty jak se základními zákony a teoriemi klasické fyziky (elektromagnetismu a optiky), 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 optiky. Základy kvantové fyziky. Částicové vlastnosti záření a vlnové vlastnosti částic. Elektronový obal atomu. Jádro atomu.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
8
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
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.
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 L, 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 (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>Physics.fme.vutbr.cz</a>.
Písemná část zkoušky je povinná pro všechny (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>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. V teoretickém cvičení (C1) jsou zařazeny 3 kontrolní práce (vždy 2 testové otázky, 2 příklady, max 7 bodů). V laboratorním cvičení (L) 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.
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
FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: Feynmanovy přednášky z fyziky - revidované vydání,, Fragment, 2013 (CS)
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)
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)
Doporučená literatura
FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: The Feynman Lecture on Physics, Addison-Wesley Publishing, 1977 (EN)
HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fundamentals of Physics, 8th edition, John Wiley and Sons,New York 2008 (EN)
KUPSKÁ, I.- MACUR, M.- RYNDOVÁ, A.: Fyzika - Sbírka příkladů, skriptum VUT Brno (CS)
ŠANTAVÝ, I.- LIŠKA, M.: Fyzika II, skriptum VUT Brno (CS)
HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fundamentals of Physics, 8th edition, John Wiley and Sons,New York 2008 (EN)
KUPSKÁ, I.- MACUR, M.- RYNDOVÁ, A.: Fyzika - Sbírka příkladů, skriptum VUT Brno (CS)
ŠANTAVÝ, I.- LIŠKA, M.: Fyzika II, skriptum VUT Brno (CS)
Elearning
eLearning: aktuální otevřený kurz
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program B-MAI-P bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný
- Program B-ZSI-P bakalářský
specializace STI , 2 ročník, zimní semestr, povinný
specializace MTI , 2 ročník, zimní semestr, povinný - Program B-ENE-P bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný
- Program B-MET-P bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
39 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
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.
Optika. Zobrazování. Interference a difrakce.
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).
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.
Optika. Zobrazování. Interference a difrakce.
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).
Laboratorní cvičení
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Ing. Miroslav Stibůrek, Ph.D.
Ing. Karel Vařeka
Ing. Katarína Rovenská
Ing. Jan Hajduček
Ing. Petr Liška
Ing. Michal Potoček, Ph.D.
Ing. Ondrej Černek
Ing. Mgr. Peter Kepič
Ing. Iveta Ukropcová
Ing. Petr Řehák, Ph.D.
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.
Ing. Josef Polčák, Ph.D.
doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D.
Ing. Vojtěch Čalkovský
RNDr. Libuše Dittrichová, Ph.D.
Ing. Ondřej Wojewoda, Ph.D.
Ing. Ondřej Červinka
Ing. David Pokorný
doc. Ing. Tomáš Zikmund, Ph.D.
Ing. Martin Antoš, Ph.D.
Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.
Ing. Tomáš Láznička
Ing. Karel Vařeka
Ing. Katarína Rovenská
Ing. Jan Hajduček
Ing. Petr Liška
Ing. Michal Potoček, Ph.D.
Ing. Ondrej Černek
Ing. Mgr. Peter Kepič
Ing. Iveta Ukropcová
Ing. Petr Řehák, Ph.D.
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.
Ing. Josef Polčák, Ph.D.
doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D.
Ing. Vojtěch Čalkovský
RNDr. Libuše Dittrichová, Ph.D.
Ing. Ondřej Wojewoda, Ph.D.
Ing. Ondřej Červinka
Ing. David Pokorný
doc. Ing. Tomáš Zikmund, Ph.D.
Ing. Martin Antoš, Ph.D.
Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.
Ing. Tomáš Láznička
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.
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.
Cvičení
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
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: Optika
7. 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
1. téma: Elektrostatika I
2. téma: Elektrostatika II
3. téma: Proudy a obvody
4. téma: Magnetické pole
5. téma: Elektromagnetická indukce
6. téma: Optika
7. 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
Elearning
eLearning: aktuální otevřený kurz