Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Fizyka II
Koordynator przedmiotu:
prof. dr hab. Franciszek Krok
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Inzynieria Chemiczna i Procesowa
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
brak
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2013/2014
Liczba punktów ECTS:
3
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
w30+ć15+własne studenta 40 = 85
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
3
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia15h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
brak
Limit liczby studentów:
brak
Cel przedmiotu:
Przedmiot Fizyka 2 jest kontynuacją przedmiotu Fizyka 1 w zakresie fizyki współczesnej (zjawisk falowych, szczególnej teorii względności, mechaniki kwantowej, fizyki jądrowej). Szczególnym celem przedmiotu jest zapoznanie studentów, przy wykorzystaniu efektów kształcenia osiągniętych w ramach Fizyki 1, ze zjawiskami fizycznymi, bez których zrozumienie współczesnej techniki i trendów jej rozwoju byłoby niemożliwe. Przedmiot rozwija w dalszym ciągu umiejętności samodzielnego stosowania fizycznych metod badawczych i metod matematycznych (zwłaszcza analizy matematycznej) opisu zjawisk fizyki współczesnej. Otrzymany w ramach tego przedmiotu zestaw narzędzi poznawczych umożliwi studiowanie większości prac badawczych z dziedziny inżynierii chemicznej.
Treści kształcenia:
Treści kształcenia na wykładzie : 1. Zjawiska falowe. Równanie różniczkowe fali. Równanie fali harmonicznej. Zasada Huygensa i zasada Fermata. Prędkość fazowa i prędkość grupowa fali. Dyspersja. Zjawiska interferencji i dyfrakcji fal. Współczesne techniki dyfrakcyjne. Polaryzacja fal elektromagnetycznych. Widmo i właściwości fal elektromagnetycznych. Wektor Poyntinga. Promieniowanie dipola elektrycznego. 2. Szczególna teoria względności. Zasada względności Einsteina. Transformacja Galileusza a transformacja Lorentza. Transformacja prędkości. Relatywistyczny pomiar długości obiektu. Dylatacja czasu. Interwał czasoprzestrzenny. Dynamika relatywistyczna. Relatywistyczny związek energii i pędu , czterowektor pędu. 3. Podstawy doświadczalne mechaniki kwantowej Prawa promieniowania cieplnego: prawo Kirchhoffa, prawo przesunięć Wiena, prawo Stefana-Boltzmanna. Teoria Plancka widma promieniowania temperaturowego. Zjawisko fotoelektryczne, zjawisko Comptona – korpuskularne właściwości promieniowania elektromagnetycznego. Budowa atomu, widma atomowe. Promieniowanie rentgenowskie, widmo ciągłe i widmo charakterystyczne. Fale materii – hipoteza de Broglie'a. Doświadczenie Davissona-Germera. 4. Elementy mechaniki kwantowej. Równanie Schrodingera. Funkcja falowa i jej sens fizyczny. Zasada nieoznaczoności Heisenberga. Wartości oczekiwane i operatory. Rozwiązanie równania Schrodingera dla cząstki swobodnej, skoku potencjału, bariery (efekt tunelowy) i studni potencjału. Oscylator harmoniczny w mechanice kwantowej. Kwantowa teoria atomu wodoropodobnego. Liczby kwantowe. Kwantowy opis cząstek identycznych. Zakaz Pauliego. Układ okresowy pierwiastków. Emisja i absorpcja promieniowania. Emisja wymuszona – laser. Statystyki fizyczne: Maxwella, Boltzmanna, Fermiego-Diraca, Bosego-Einsteina. 5. Elementy fizyki jądrowej. Oddziaływanie promieniowania jądrowego z materią. Energia wiązania jądra atomowego. Model kroplowy i model powłokowy jądra atomowego. Promieniotwórczość naturalna. Reakcje jądrowe. Energetyka jądrowa. Reakcje termojądrowe. Cykl Bethego. Energetyka termojądrowa. Cząstki elementarne Treści w zakresie ćwiczeń: Fale. Obliczanie prędkości rozchodzenia się fal sprężystych, natężenia, ciśnienia fali akustycznej, częstotliwości fali akustycznej emitowanej przez ruchome źródło. Obliczanie parametrów obwodów drgań elektrycznych z tłumieniem i bez. Określenie amplitudy pola elektrycznego fali o danej wartości wektora Poyntinga. Analiza rozchodzenia się światła na granicy ośrodków (zasada Fermata, prawo odbicia, załamania, odbicie wewnętrzne i polaryzacja przez odbicie). Długość fali światła ze zjawiska interferencji. Odległości płaszczyzn sieciowych w krysztale z dyfraktogramu rentgenowskiego (prawo Wulfa-Braggów). Teoria względności. Określenie czasu życia mionu w ruchu. Zadania na wydłużenie czasu i skrócenie długości obiektów w ruchu, relatywistyczne dodawanie prędkości, relatywistyczny związek energii i pędu. Określenie energii kreacji pionu i anihilacji pary elektron-pozyton. Mechanika kwantowa. Zadania dotyczące praw promieniowania cieplnego (Stefana-Boltzman-na, Wiena). Zadania związane z prawem Einsteina zjawiska fotoelektrycznego i prawem Comptona rozpraszania promieniowania gamma. Określenie wartości stałej Plancka na podstawie zjawiska fotoelektrycznego. Analiza obliczeniowa postulatów de Broglie’a. Poziomy energetyczne cząstki w studni potencjału. Prawdopodobieństwo tunelowania elektronu przez skończoną barierę potencjału.
Metody oceny:
Metody sprawdzania efektów kształcenia (dla każdej pozycji …) Wykład: Wiedza i Umiejętności - Egzamin pisemny i ustny na końcu semestru. Ćwiczenia: Umiejętności i Kwalifikacje Społeczne 2 kolokwia w środku i na końcu semestru, prace domowe.
Egzamin:
tak
Literatura:
Podręcznik podstawowy: W. Bogusz, J. Garbarczyk, F. Krok;”Podstawy Fizyki”, 4 wydanie OW PW, Warszawa 2010 Podręcznik uzupełniający: I. Sawieliew; „Wykłady z fizyki”, PWN Warszawa 1994 Ćwiczenia: K. Blankiewicz, M. Igalson; „Zbiór zadań rachunkowych z fizyki”, OWPW Warszawa
Witryna www przedmiotu:
brak
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt F2_W_01
Ma wiedzę w zakresie podstawowych pojęć o ruchu drgającym i falowym. Zna równania różniczkowe drgań i ruchu falowego, pojęcia prędkości fazowej i grupowej. Zna zasadę Fermata i zasadę Huygensa. Ma wiedzę z optyki fizycznej (interferencja, dyfrakcja i polaryzacja fal elektromagnetycznych). Zna widmo promieniowania elektromagnetycznego, proces emisji fali przez zmienny dipol elektryczny. Ma wiedzę o doświadczeniu Michelsona-Morleya i zna podstawowe osiągnięcia szczególnej teorii względności. Zna transformację Lorentza i wynikające z niej konsekwencje fizyczne.
Weryfikacja: egzamin pisemny i ustny na końcu semestru
Powiązane efekty kierunkowe: K_W01, K_W02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W01
Efekt F2_W_02
Ma wiedzę o doświadczalnych podstawach mechaniki kwantowej. Zna relacje de Broglie’a dualizmu korpuskularno-falowego, równanie Schrȍdingera i sens fizyczny funkcji falowej. Zna teorię kwantową atomu wodoru i atomów wodoropodobnych. Zna statystyki kwantowe oraz zakaz Pauliego dla fermionów. Ma wiedzę o strukturze układu okresowego pierwiastków.
Weryfikacja: egzamin pisemny i ustny na końcu semestru
Powiązane efekty kierunkowe: K_W01, K_W02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W01
Efekt F2_W_03
Ma wiedzę o rodzajach naturalnej promieniotwórczości (α, β i γ) i o rodzajach reakcji sztucznej promieniotwórczości. Zna model kroplowy i model powłokowy jądra atomowego. Ma podstawową wiedzę o energetyce jądrowej, o źródłach energii gwiazd (cykl Bethego) i o cząstkach elementarnych.
Weryfikacja: egzamin pisemny i ustny na końcu semestru
Powiązane efekty kierunkowe: K_W01, K_W02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W01

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt F2_U_01
Potrafi obliczać prędkość fazową fal sprężystych w ośrodku, określać zmianę częstotliwości fali akustycznej w zjawisku Dopplera. Umie wykorzystać zasadę Fermata do wyjaśnienia załamania światła na granicy dwóch ośrodków optycznych. Umie rozwiązywać zadania dotyczące zjawisk interferencji i dyfrakcji światła lub promieni X (prawo Braggów).
Weryfikacja: prace domowe na ćwiczeniach, 2 kolokwia
Powiązane efekty kierunkowe: K_U01, K_U03
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U01, T1A_U05
Efekt F2_U_02
Potrafi wykorzystać transformację Lorentza do obliczeń zjawisk relatywistycznych (skrócenia długości, wydłużenia czasu, dodawania prędkości). Potrafi uzasadnić defekt masy jąder atomowych relatywistycznym związkiem masy i energii wiązania jąder atomowych.
Weryfikacja: prace domowe na ćwiczeniach, 2 kolokwia
Powiązane efekty kierunkowe: K_U01, K_U03
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U01, T1A_U05
Efekt F2_U_03
Potrafi rozwiązywać zadania związane z prawami promieniowania cieplnego (prawo Wiena, prawo Stefana-Boltzmanna, teoria Plancka widma ciała doskonale czarnego). Umie wykorzystać zasadę nieoznaczoności Heisenberga do rozwiązania wybranych problemów. Umie rozwiązywać równanie Schrodingera dla prostych rozkładów przestrzennych energii potencjalnej.
Weryfikacja: prace domowe na ćwiczeniach, 2 kolokwia
Powiązane efekty kierunkowe: K_U01, K_U03
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U01, T1A_U05

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt F2_K_01
Rozumie potrzebę ustawicznego kształcenia się, poszukiwania informacji naukowych z fizyki i innych nauk ścisłych w źródłach internetowych. Rozumie potrzebę ciągłego podnoszenia swoich kwalifikacji zawodowych.
Weryfikacja: 2 kollokwia, prace domowe
Powiązane efekty kierunkowe: K_K01
Powiązane efekty obszarowe: T1A_K01
Efekt F2_K_02
Rozumie potrzebę i umiejętność uczestniczenia w dyskusji naukowej i potrafi jasno formułować swoje opinie dotyczące wybranych zagadnień naukowych.
Weryfikacja: 2 kollokwia, prace domowe
Powiązane efekty kierunkowe: K_K01, K_K02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_K01, T1A_K03