Detail předmětu

Fyzika II

FSI-3FAk. rok: 2022/2023

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

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 12 bodů v C1 a alespoň 6 bodů v L, maximálně lze získat 34 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.

Písemná část zkoušky je povinná pro všechny (12 testových otázek s výběrovými odpověďmi, 4 příklady, max 66 bodů), pokud při ní student získá méně než 33 bodů, pak u zkoušky neuspěl.

Ústní části zkoušky se mohou dobrovolně podrobit studenti, kteří uspěli v předchozích částech. Při ústní části  může zkoušející změnit hodnocení z písemné části nejvýše o 1 stupeň (nahoru či dolů).

Klasifikační hodnocení studenta (A - F) odpovídá celkovému dosaženému počtu bodů v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT. Podrobnosti v souboru http://physics.fme.vutbr.cz/files/vyuka/F1/FYZIKA1full.pdf.

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 (KP, vždy 3 testové otázky s výběrovými odpověďmi, 2 příklady, max 8 bodů).
V laboratorním cvičení (L) je nezbytné absolvovat stanovené laboratorní úlohy a body se udělují za domácí přípravu, vedení laboratorního sešitu a zprávy o samostatných úlohách (celkem max 10 bodů).
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.
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)

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)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-ENE-P bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program B-MAI-P bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program B-MET-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 CŽV celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    obor CZV , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D.
doc. Ing. Radek Kalousek, 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.
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. Karel Vařeka
Ing. Jan Hajduček
Ing. Michal Potoček, Ph.D.
Ing. Petr Liška
Ing. Pavel Bábík
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.
Ing. Iveta Ukropcová
Ing. Mgr. Peter Kepič
Ing. Petr Řehák, Ph.D.
Ing. Martin Konečný, Ph.D.
Ing. Jakub Zlámal, Ph.D.
Ing. Josef Polčák, Ph.D.
RNDr. Libuše Dittrichová, Ph.D.
Ing. David Pokorný
doc. Ing. Tomáš Zikmund, Ph.D.
Ing. Ondřej Červinka
Ing. Petr Bouchal, Ph.D.
Ing. Jakub Holobrádek
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.

Cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Michal Horák, Ph.D.
Mgr. Jitka Strouhalová
Ing. Jakub Zlámal, Ph.D.
prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D.
Ing. Karel Slámečka, Ph.D.
Ing. Michal Kvapil, Ph.D.
RNDr. Anna Ryndová, Ph.D.
prof. RNDr. Miloslav Ohlídal, CSc.
Ing. Ondřej Špaček
Ing. Petr Šesták, Ph.D.

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

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz