Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Wstęp do fizyki ciała stałego
Koordynator przedmiotu:
prof. dr hab. Jerzy Garbarczyk, profesor, jerzy.garbarczyk@pw.edu.pl
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Fizyka Techniczna
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
1050-FT000-ISP-5WFC
Semestr nominalny:
5 / rok ak. 2020/2021
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1. godziny kontaktowe – 50 h; w tym a) obecność na wykładach – 30 h b) obecność na ćwiczeniach/laboratoriach – 15 h c) obecność na egzaminie – 3 h d) uczestniczenie w konsultacjach – 2 h 2. praca własna studenta – 40 h; w tym a) przygotowanie do ćwiczeń i do kolokwiów – 15 h b) zapoznanie się z literaturą – 5 h c) przygotowanie do egzaminu – 20 h Razem w semestrze 90 h, co odpowiada 4 pkt. ECTS
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
1. obecność na wykładach – 30 h 2. obecność na ćwiczeniach – 15 h 3. obecność na egzaminie – 3 h 4. uczestniczenie w konsultacjach – 2 h Razem w semestrze 50 h, co odpowiada 2 pkt. ECTS
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
1. przygotowanie projektów (prac domowych)– 15 Razem w semestrze 15 h, co odpowiada 1 pkt. ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia15h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Podstawy fizyki, mechanika kwantowa
Limit liczby studentów:
-
Cel przedmiotu:
Zapoznanie studenta z podstawami fizyki ciała stałego, z akcentem na wiązania międzyatomowe, strukturę krystaliczną, strukturę pasmową, właściwości elektryczne oraz drgania sieci krystalicznej.
Treści kształcenia:
Wykład: 1. Powstawanie i ogólna klasyfikacja ciał stałych 1.1. Klasyfikacja ciał stałych. Ciała krystaliczne i amorficzne 1.2. Podstawowe metody otrzymywania ciał stałych (z fazy gazowej, ciekłej i stałej) 2. Wiązania w ciałach stałych i ich wpływ na właściwości fizyczne ciał 2.1. Wiązanie jonowe 2.2. Wiązanie metaliczne 2.3. Wiązanie van der Waalsa 2.4. Wiązanie kowalencyjne 2.5. Wiązanie wodorowe 3. Krystaliczne ciała stałe 3.1. Sieć Bravais’go a sieć krystaliczna 3.2. Symetrie w kryształach, grupy punktowe i przestrzenne 3.3. Układy krystalograficzne 3.4. Typowe struktury krystaliczne 3.5. Alotropia i polimorfizm w ciałach stałych 3.6. Sieć odrotna, strefy Brillouina 4. Elektrony w kryształach 4.1. Przybliżenia: adiabatyczne, jednoelektronowe i harmoniczne 4.2. Funkcje Blocha 4.3. Struktura pasmowa kryształów (przedstawienie w przestrzeni prostej i przestrzeni odwrotnej) 4.4. Dynamika elektronów w krysztale. Masa efektywna 4.5. Funkcja Fermiego-Diraca metali i pórzewodników 4.6. Struktura pasmowa: metali, półprzewodników i izolatorów i jej wpływ na właściwości fizyczne ciał stałych 5. Drgania sieci krystalicznej 5.1. Klasyczny opis drgań sieci 5.2. Wstęp do opisu kwantowego, fonony, funkcja Bose-Einsteina Ćwiczenia: 1. Analiza termiczna ciał stałych 2. Wiązania w ciałach stałych 3. Krystalografia – współczynniki wypełnienia 4. Krystalografia – wskaźniki Millera, wizualizacje 5. Sieci odwrotne 6. Dyfrakcja rentgenowska w kryształach i jej znaczenie 7. Struktura pasmowa – model Kroeniga-Penney’a 8. Mechanika kwantowa struktur niskowymiarowych 9. Transport ładunku elektrycznego w ciałach stałych 10. Drgania 1-wymiarowej sieci krystalicznej 11. Model Debye’a ciepła właściwego 12. Półprzewodniki i nadprzewodniki - przykłady
Metody oceny:
Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest zdanie egzaminu oraz zaliczenie ćwiczeń rachunkowych. Ocena końcowa jest średnią ważoną z egzaminu (60%) i ćwiczeń rachunkowych (40%).
Egzamin:
tak
Literatura:
1. J. Garbarczyk, Wstęp do fizyki ciała stałego, OW PW, 2000. 2. W. Bogusz, Elementy fizyki ciała stałego, OW PW, 2016. 3. Ch. Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, PWN, 1999. 4. J.R. Christman, Fundamentals of Solid State Physics, J.Wiley
Witryna www przedmiotu:
http://www.if.pw.edu.pl/~garbar, USOS
Uwagi:
-

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt WdFCS_W01
posiada wiedzę dotyczącą struktury krystalicznej oraz wiązań w ciałach stałych, wie co to jest struktura pasmowa i jaki jest jej związek z właściwościami ciał stałych, rozumie różnice właściwości fizycznych metali, półprzewodników i izolatorów, rozumie wpływ jaki na właściwości ciał stałych mają drgania sieci
Weryfikacja: egzamin oraz projekty
Powiązane efekty kierunkowe: FT1_W02, FT1_W03
Powiązane efekty obszarowe: X1A_W01, T1A_W01, T1A_W03, X1A_W01, T1A_W02
Efekt WdFCS_W02
zna i rozumie podstawowe metody eksperymentalne stosowane w badaniu struktury krystalicznej ciał stałych ich stabilności termicznej oraz przewodnictwa elektrycznego
Weryfikacja: egzamin oraz projekty
Powiązane efekty kierunkowe: FT1_W06, FT1_W07
Powiązane efekty obszarowe: X1A_W01, X1A_W02, T1A_W07, X1A_W02, X1A_W03, T1A_W02
Efekt WdFCS_W03
ma wiedzę o tendencjach rozwojowych i najistotniejszych osiągnięciach z zakresu współczesnej fizyki ciała stałego
Weryfikacja: egzamin oraz projekty
Powiązane efekty kierunkowe: FT1_W15
Powiązane efekty obszarowe: X1A_W01, T1A_W05

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt WdFCS_U01
potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych, specyfikacji technicznych oraz innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje i dokonywać interpretacji elementarnych termogramów DTA, dyfraktogramów XRD, krzywych ładowania baterii litowych oraz wykresów Arrheniusa
Weryfikacja: projekty
Powiązane efekty kierunkowe: FT1_U01
Powiązane efekty obszarowe: X1A_U01, X1A_U07, T1A_U01
Efekt WdFCS_U02
potrafi zastosować średnio zaawansowany aparat matematyczny do opisu różnych procesów fizycznych w ciałach stałych
Weryfikacja: projekty,egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: FT1_U03
Powiązane efekty obszarowe: X1A_U01, X1A_U02, T1A_U02, T1A_U07, InzA_U02, InzA_U07

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt WdFCS_K01
ma świadomość, że fizyka ciała stałego jest podstawą działania współczesnych urządzeń elektronicznych optoelektronicznych oraz źródeł energii elektrycznej, zdaje sobie sprawę jaki wpływ na rozwój cywilizacji mają nowe technologie materiałowe (w tym nanotechnologie)
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: FT1_K02
Powiązane efekty obszarowe: X1A_K04, T1A_K02