Fyzika II (FSI-3F)

Akademický rok 2012/2013
Garant: prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
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. K tomu slouží řešení vybraných úloh kvantové fyziky a diskuse jejich řešení v přednáškách.
Výstupy studia a kompetence:
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, teplo a základní principy termodynamiky.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět Fyzika II má seznámit studenty jak se základními zákony a teoriemi klasické fyziky (elektromagnetismu), 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 kvantové fyziky. Částicové vlastnosti záření a vlnové vlastnosti částic. Elektronový obal atomu. Jádro atomu.
Metody vyučování:
Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu: alespoň 11 bodů v C1 a alespoň 6 bodů v C2a. 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.
Zkouška sestává z písemné části (povinné pro všechny) a ústní části, které se mohou dobrovolně podrobit studenti, kteří získali celkem alespoň 65 bodů. Pokud student získá z písemné části zkoušky méně než 25 bodů, pak u zkoušky neuspěl. Do klasifikačního hodnocení se zahrnují: 1. Výsledky v teoretickém a laboratorním cvičení. Maximálně lze získat 31 bodů. 2. Písemná část zkoušky (9 testových otázek a 3 příklady, max 48 bodů). 3. Ústní část (při splnění podmínek), celkem 21 bodů. Klasifikační hodnocení studenta (A - F) odpovídá celkovému dosaženému počtu bodů v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT. Podrobnosti na na serveru Physics.fme.vutbr.cz
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast ve cvičení je kontrolována. Ve cvičení C1 jsou zařazeny 3 kontrolní práce (vždy 2 testové otázky, 2 příklady, max 7 bodů). Ve cvičení C2b se udělují body 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.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod.
    Cvičení  13 × 2 hod.
    Laboratoře a ateliéry  13 × 2 hod.
Osnova:
    Přednáška Elektromagnetická interakce. Elektrostatické pole. Gaussův zákon.
Potenciál elektrostatického pole. Vztah mezi intenzitou a potenciálem.
Elektrostatické pole ve vodiči a v dielektriku, kondenzátor.
Ustálený stejnosměrný proud. Ohmův zákon. Elektromotorické napětí (emn).
Obvody se stejnosměrnými proudy. Kirchoffovy zákony.
Magnetické pole buzené pohybující se nabit.částicí a vodičem s proudem.
Silové působení magnetického pole na vodič s proudem.
Magnetické pole v látkách.
Elektromagnetická indukce. Faradayův zákon. Vlastní a vzájmená indukčnost.
Magnetoelektrická indukce. Maxwellovy rovnice.
Základy kvantové fyziky. Částicové vlastnosti záření a vlnový charakter částic.
Fyzika atomového obalu. Spektrum atomu vodíku. Atomy s více elektrony
Fyzika atomového jádra. Jaderné přeměny. Radioaktivita.
    Cvičení Obsahem je řešení příkladů a úloh z učebnice [1];
1. téma: Elektrostatika I;
2. téma: Elektrostatika II;
3. téma: Proudy a obvody;
4. téma: Magnetické pole I;
5. téma: Magnetické pole II;
6. téma: Elektromagnetická indukce;
7. téma: Fotony a de Broglieovy vlny;
8. téma: 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. až 6. téma
    Laboratoře a ateliéry 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 něření: teploměr.
6A. Zpracování signálu: konvoluce.
6B. Zpracování signálu: Fourierova transformace.
Literatura - základní:
1. HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika, VUTIUM, Brno 2001
2. http://physics.fme.vutbr.cz
3. ŠANTAVÝ, I a kol.: Vybrané kapitoly z fyziky, skriptum VUT, Brno 1986
4. FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: Feynmanovy přednášky z fyziky - revidované vydání,, Fragment, 2013
4. HORÁK, Z. - KRUPKA, F.: Fyzika, SNTL, Praha 1976
5. KREMPASKÝ, J.: Fyzika, Alfa, Bratislava - SNTL, Praha 1982
6. ALONSO, M. - FINN, E. J.: Physics, Addison - Wesley, Reading 1996
7. ČSN ISO 1000 Veličiny a jednotky
Literatura - doporučená:
1. HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - Walker, J.: Fundamentals of Physics, John Wiley and Sons, New York 1997
3. KREMPASKÝ, J.: Fyzika, Alfa, Bratislava - SNTL, Praha 1982
3. ŠANTAVÝ, I.- LIŠKA, M.: Fyzika II, skriptum VUT Brno
4. KUPSKÁ, I.- MACUR, M.- RYNDOVÁ, A.: Fyzika - Sbírka příkladů, skriptum VUT Brno
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2A-P prezenční studium M-MŘJ Metrologie a řízení jakosti P pro absolventy B-STG zá,zk 9 Povinný 2 1 Z
M2I-P prezenční studium M-AIŘ Aplikovaná informatika a řízení P pro absolventy B-AIŘ zá,zk 9 Povinný 2 1 Z
M2I-P prezenční studium M-STM Strojírenská technologie a průmyslový management P pro absolventy B-STG zá,zk 8 Povinný 2 1 Z
M2I-P prezenční studium M-SLE Slévárenská technologie P pro absolventy B-STG zá,zk 7 Povinný 2 1 Z
M2I-P prezenční studium M-LPR Letecký provoz P pro absolventy B-PRP zá,zk 9 Povinný 2 1 Z
M2I-P prezenční studium M-ADI Automobilní a dopravní inženýrství P pro absolventy B-SSZ zá,zk 8 Povinný 2 1 Z
M2I-P prezenční studium M-STG Strojírenská technologie P pro absolventy B-STG zá,zk 8 Povinný 2 1 Z
M2I-P prezenční studium M-VSR Výrobní stroje, systémy a roboty P pro absolventy B-SSZ zá,zk 7 Povinný 2 1 Z
B3A-P prezenční studium B-MTI Materiálové inženýrství -- zá,zk 9 Povinný 1 2 Z
B3A-P prezenční studium B-MET Mechatronika -- zá,zk 9 Povinný 1 2 Z
B3A-P prezenční studium B-MAI Matematické inženýrství -- zá,zk 8 Povinný 1 2 Z
B3S-P prezenční studium B-STI Strojní inženýrství -- zá,zk 8 Povinný 1 2 Z
B3S-P prezenční studium B-EPE Energetika, procesy a ekologie -- zá,zk 7 Povinný 1 2 Z