Detail předmětu

Fyzika 2

FEKT-BPC-FY2Ak. rok: 2024/2025

Předmět Fyzika 2 navazuje na předmět Fyzika 1. V rámci tohoto předmětu si studenti rozšíří znalosti z teorie kmitů a seznámí se se základními vlastnostmi vlnění a jeho popisem. Na obecnou teorii vln navazuje část věnující se elektromagnetickému vlnění a optice. Dále budou studenti seznámeni se základními pojmy a vztahy z termodynamiky. Závěrečné přednášky jsou věnovány základům kvantové mechaniky a jejím aplikacím v teorii laserů a pásové teorii pevných látek.
Teoretická cvičení se tematicky shodují s přednáškami a jsou zaměřena na rozvíjení schopnosti aplikace teoretických znalostí na řešení konkrétních fyzikálních úloh. V laboratorních cvičeních si studenti prakticky ověří některé fyzikální zákonitosti probírané v rámci přednášek.
Znalosti z předmětu Fyzika 2 budou studentům sloužit při studiu řady odborných předmětů, se kterými se setkají během dalšího studia.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. RNDr. Milada Bartlová, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyziky (UFYZ)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti z předmětu Fyzika 1 (základy klasické mechaniky, elektřiny a magnetismu), základy vektorové algebry, diferenciálního a integrálního počtu.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Celkové hodnocení předmětu: max. 100 bodů.
Semestr:
- až 12 bodů za laboratorní cvičení (4 úlohy s protokoly, vstupní testy k úlohám a souhrnný test)
- až 18 bodů za numerické cvičení (3x test za max. 6 bodů) 

Podmínkou udělení zápočtu je odměření všech přidělených laboratorních úloh, odevzdání protokolů, získání minimálně 12 bodů ze všech bodovaných aktivit během semestru a odevzdání řešení Semestrální práce (domácí úkol).

Zkouška:
- až 70 bodů za závěrečnou zkoušku

Zkouška je pouze písemná, skládá se z 5 částí: A-Termodynamika, B-Kmity, vlny, C-Optika, D-Moderní fyzika, E-Testové otázky. Pro úspěšné složení zkoušky je nutné získat z každé z částí A - D minimálně 5 bodů z 15 možných.

Podmínkou úspěšného ukončení předmětu je získání zápočtu a vykonání závěrečné zkoušky. Celkový dosažený počet bodů pro absolvování předmětu musí být minimálně 50.
Výuka ve všech cvičeních je povinná. Řádně omluvená cvičení, lze po domluvě s vyučujícím nahradit.

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

Učební cíle

- Vytvořit u studentů ucelený soubor poznatků o základních principech a zákonech vybraných partií klasické a kvantové fyziky
- Rozvíjet schopnost řešit jednoduché fyzikální problémy matematickými metodami

Absolvent předmětu je schopen:
- charakterizovat harmonické kmity volné, tlumené a nucené, popsat různé příklady harmonických oscilátorů
- vysvětlit vznik a vlastnosti harmonických vln postupných a stojatých, popsat Dopplerův jev
- definovat vlastnosti elektromagnetických vln, vysvětlit pojem polarizace světla
- vysvětlit základní principy geometrické optiky, formulovat zákon odrazu a lomu
- popsat interferenci světla, demonstrovat na příkladech
- vysvětlit pojem difrakce, charakterizovat difrakční mřížku, vysvětlit princip holografie
- formulovat základní zákony termodynamiky, popsat princip tepelných strojů
- vysvětlit základní principy kinetické teorie plynů
- popsat fotoelektrický jev, Comptonův jev a důsledky z nich vyplývající pro dualismus vlna – částice
- formulovat Schrödingerovu rovnici, vysvětlit pojmy tunelový jev a kvantové pasti, popsat kvantově mechanický model atomu vodíku
- vysvětlit pojem spontánní a stimulovaná emise a princip laserů
- formulovat základní principy pásové teorie pevných látek
- na základě teoretických znalostí řešit základní úlohy z klasické a kvantové fyziky

Základní literatura

Bartlová, M.: Fyzika 2 - sbírka příkladů (CS)
Fyzika 2. Studijní materiály k přednáškám, cvičením a laboratornímu cvičení. Stránka předmětu na eLearningu VUT.
Halliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika Vysoké učení technické v Brně Vutium, Prometheus Praha, 2000, 2003, 2006, 2013
Halliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika, 2. vydání, VUTIUM, Brno, 2013, dotisk 2019 (CS)
Kheilová,M.,Liedermann,K,Tománek,P.,Zdražil,V: Kmity, Vlny, Optika, Termodynamika, Moderní fyzika E-text

Doporučená literatura

Hyperphysics: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html
Lepil O., Bednařík M., Hýblová R.: Fyzika pro střední školy 1. díl, Prometheus, Praha, 2012 (CS)
Lepil O., Bednařík M., Hýblová R.: Fyzika pro střední školy 2. díl, Prometheus, Praha, 2012 (CS)
Serway R., A.: Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics Saunders College Publishing, Philadelphia, London,..., 1996

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-SEE bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. RNDr. Milada Bartlová, Ph.D.

Osnova

Teplota, teplotní roztažnost. Teplo, měrné tepelné kapacity.
První princip termodynamiky. Některé aplikace prvního principu.
Přenos tepla. Druhý princip termodynamiky, tepelné motory a čerpadla.
Lineární harmonický oscilátor. Energie harmonického oscilátoru.
Kyvadlo. Tlumené kmity. Vynucené kmity, rezonance.
Typy vln. Postupné harmonické vlny v bodové řadě, rovinná a kulová vlna. Energie přenášená harmonickým vlněním.
Superpozice a Interference harmonických vln, stojaté vlny. Zvukové vlny. Dopplerův jev.
Povaha světla. Zákony geometrické optiky: Odraz a lom světla. Základy vláknové optiky.
Interference světelných vln: Podmínky interference, Youngův pokus, interference na tenkých vrstvách.
Ohyb světla na štěrbině, difrakční mřížka. Polarizace světla. Holografie.
Meze klasické fyziky.
Kvantování energie. Absorpce, stimulovaná a spontánní emise. Lasery.
Krystalická struktura pevných látek. Pásová teorie pevných látek. Vodivost vodičů, izolantů a polovodičů. Supravodivost. 

Cvičení odborného základu

7 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. RNDr. Milada Bartlová, Ph.D.

Osnova

Teplo a práce v termodynamických procesech. První princip termodynamiky.
Druhý princip termodynamiky, tepelné motory a čerpadla.
Lineární harmonický oscilátor.
Postupné harmonické vlny. Stojaté vlny.
Odraz a lom světla. Interference světla.
Difrakce a polarizace světla.
Záření černého tělesa, fotoelektrický jev, emise a absorpce.
Tunelování bariérou.Částice v potenciálové jámě. 

Cvičení na počítači

6 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. RNDr. Milada Bartlová, Ph.D.

Osnova

Druhý princip termodynamiky , tepelné motory, chladící zařízení.
Lineární harmonický oscilátor. Neharmonické oscilátory. 
Postupné a stojaté vlny.
Interference, difrakce a polarizace světla.

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jitka Brüstlová, CSc.
Ing. Richard Schubert
Ing. Jiří Majzner, Ph.D.

Osnova

Charakteristiky optoelektronických součástek.
Polarizované světlo.
Rychlost světla.
Vlnové vlastnosti světla - difrakce.
Teplotní záření, Stefanův-Boltzmanův zákon
Fotoelektrický jev, Planckova konstanta  

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz