Fizika 2 - Villamosmérnöki alapszak

A Fizipedia wikiből

Tárgy adatok (2017. tavaszi félév)

  • Előadók: Barócsi Attila, Sarkadi Tamás (TTK Atomfizika Tanszék) és Márkus Ferenc (TTK Fizika Tanszék)
  • Tantárgykód: TE11AX22
  • Követelmények: 3/1/0/v
  • Részletes követelményrendszer
  • Kredit: 4
  • Nyelv: magyar
  • Félévközi számonkérések: 6. Kis zh a gyakorlatokon +
Nagy zh: 2017. április 20. 8.15-9.45
PótNagy zh: 2017. április 27. 8.15-9.45
PótKis zh: 2017. május 12. 14.15-15.45; terem: F3213
PótpótNagy vagy PótPótKis zh: 2017. május.17. 10:00:00; terem: E1C

A tantárgy célkitűzése

A Fizika tantárgy célja a mérnökképzésben kettős. Egyrészt meg kell ismertetni a hallgatóságot azokkal a fizikai törvényekkel és összefüggésekkel, amelyek a konkrét műszaki problémák megoldásának az elvi hátterét adják. Másrészt ezek a törvények (és elvek) általánosságuknál fogva maghatározzák az adott kor modern természettudományos világképét is, így ennek kialakítása ugyancsak fontos feladat a mérnökképzés folyamatában. Mindez alapvetően hozzájárul a műszaki értelmiség társadalmi hitelének és tudományos presztízsének megalapozásához.

A Fizika 2 a "Hudson-Nelson: Útban a modern fizikához" tankönyv fejezeteit követi.

A tantárgy keretében tárgyalt elektrodinamika, speciális relativitás és kvantummechanika csak az általános ismeretek közlésére szorítkozik. Itt elsősorban az axiomatikus felépítést és annak tapasztalati megalapozását kell megtanítani. A jelenségcentrikus képzést valamennyi előadásnál 10-15 perc tárgyhoz tartozó példafeladat bemutatása, video vagy demonstráció segíti.

A tantárgy részletes tematikája

1. előadás
KÍSÉRLETEK: Kísérletek elektroszkóppal. Dörzsöléses elektromosság. Elektromos megosztás. Töltések elhelyezkedése szigetelőkön és vezetőkön. Csúcshatás. Van de Graaff generátor. Elektromos mező kimutatása ricinusolajban lévő grízszemekkel. Coulomb mérleg.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
A COULOMB TÖRVÉNY ÉS AZ ELEKTROMOS ERŐTÉR: Elektrosztatikus erők. Vezetők és szigetelők. A Coulomb törvény. Az elektromos erőtér. Az elektromos dipólus. Folytonos töltéseloszlások által létrehozott elektromos erőterek.


2. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
GAUSS TÖRVÉNYE: Az elektromos fluxus. A Gauss törvény. A Gauss törvény és az elektromos vezetők.
AZ ELEKTROMOS POTENCIÁL: Az elektromos potenciál. A potenciál gradiense. Ekvipotenciális felületek.


3. előadás
KÍSÉRLETEK: Töltött kondenzátor energiája. Erőhatások dielektrikumokban. Leideni palack.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
KONDENZÁTOR ÉS AZ ELEKTROMOS ERŐTÉR ENERGIÁJA: A kapacitás fogalma. Kondenzátorok kapcsolása. Dielektrikumok. A kondenzátor energiája. Az elektromos erőtér energiája.


4. előadás
KÍSÉRLETEK: Kondenzátor feltöltése és kisütése.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
AZ ELEKTROMOS ÁRAM ÉS AZ ELLENÁLLÁS: Az elektromotoros erő. Az elektromos áramsűrűség és az elektromos áram. Az elektromos vezetőképesség és ellenállás. Az Ohm törvény differenciális alakban. A Joule törvény. Az RC-körök (kondenzátor feltöltése és kisütése).


5. előadás
KÍSÉRLETEK: Mágneses erővonalak kimutatása vasreszelékkel. Oersted kísérlet. Mágneses térben lévő áramjárta keretre ható erők. Párhuzamos vezetők mágneses kölcsönhatása. Faraday motor.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
A MÁGNESES ERŐTÉR: A mágneses erőtér. Töltött részecskék mozgása mágneses erőtérben. A Lorentz-erő. A mágneses térben levő áramvezetőre ható erő. Áramjárta keretre ható erők, a mágneses dipólus fogalma.


6. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
A MÁGNESES ERŐTÉR FORRÁSA: A Biot-Savart törvény. Az Ampere törvény.


7. előadás
KÍSÉRLETEK: Faraday-féle törvény bemutatása, nyugalmi és mozgási indukció. Lenz törvény szemléltetése lengő gyűrűvel, fémcsőben mozgó mágnessel- Transzformátorok. Zenélő teáskanna. Elektromos jelek átvitele indukciós csatolással.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
A FARADAY TÖRVÉNY ÉS AZ INDUKTIVITÁS: A Faraday törvény. A mágneses fluxus. A Lenz törvény. Az örvényáramok. Az önindukció. A kölcsönös indukció. Transzformátorok. Az önindukciós tekercs energiája. RL áramkörök (tekercs bekapcsolása és kikapcsolása).


8. előadás
KÍSÉRLETEK: Cseppfolyós nitrogén diamágnessége, cseppfolyós oxigén paramágnessége. Mágneses hiszterézis. Ferromágneses domének bemutatása.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
AZ ANYAG MÁGNESES TULAJDONSÁGAI: Az anyagok mágneses tulajdonságai. A mágneses térerősség és a mágneses indukcióvektor. A mágneses hiszterézis.:


9. előadás
KÍSÉRLETEK:Állóhullámok Lecher drótpáron. Dipólus antenna sugárzása. Mikrohullámú optika. Kísérletek mikrohullámú sütővel.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK: Az eltolási áram. A Maxwell-egyenletek rendszere. Az elektromágneses hullámok, hullámegyenlet, polarizáció.


10. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK: Elektromágneses hullámok keltése. Elektromágneses hullámok energiája és impulzusa.


11. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
Lorentz-transzformáció, a speciális relativitáselmélet alapjai.


12. előadás
KÍSÉRLETEK: Geometriai optikai kísérletek optikai padon.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
Optika – geometriai optika alapjai. Hullámfrontok és fénysugarak. Fermat-elv. Huygens-elv. Fénytörés és visszaverődés. Lencsék és tükrök.


13. előadás
KÍSÉRLETEK: Interferencia laser fénnyel. Fresnel biprizma és Fresnel tükör. Michelson interferométer bemutatása. Newton gyűrűk. Diffrakció bemutatása optikai padon.
Optika – fizikai optika. Interferencia. Kétréses interferencia. Többréses interferencia. Interferencia vékony rétegeken.


14. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
Optika – fizikai optika. Diffrakció. Elhajlás résen. Elhajlás rácson. Röntgen-diffrakció. A Fresnel-féle diffrakció. Kör alakú nyílások és akadályok.


15. előadás
KÍSÉRLETEK: Polárszőrők. A polarizáció elforgatása. Kettős törés. Fényszóródás bemutatása. Szórt fény polarizációja. Feszültség optika.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
Optika – a poláros fény. Polárszűrő. Polarizáció visszaverődéskor és szóráskor. Kettőstörés. Fázistoló lemez és a cirkuláris polarizáció. Optikai aktivitás. Optika – alkalmazások. Mikroszkópok, távcsövek, holográfia, LCD kijelzők, stb.


16. előadás
KÍSÉRLETEK: Fényelektromos jelenség. Fényspektrum analizálás különböző fényforrások esetén.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
Bevezetés a modern fizikába – a kvantumos jelenségek kísérleti előzményei. Hőmérsékleti sugárzás. A feketetest-sugárzás spektruma. A feketetest sugárzás különböző értelmezései. Planck elmélet. Fényelektromos hatás. Compton-effektus. Az elektromágneses sugárzás „kettős természete”.


17. előadás
KÍSÉRLETEK: Interferencia létrehozása elektronokkal.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
Bevezetés a modern fizikába – a részecskék hullámtermészete. Atommodellek. Korrespondencia-elv. A de Broglie-hullámok. A Davisson-Germer-kísérlet.


18. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
Bevezetés a modern fizikába – a részecskék hullámtermészete. Hullámmechanika. Alagúteffektus. Határozatlansági elv. Komplementaritási elv.


19. előadás
KÍSÉRLETEK: Franck-Hertz kísérlet (az atomi energiaszintek kimutatása).
AZ ELŐADÁS ANYAGA
Bevezetés a modern fizikába – atomfizika. Schrödinger-féle hullámegyenlet. A hullámfüggvény fizikai jelentése. Az elektronspin.


20. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
Bevezetés a modern fizikába – atomfizika. A hidrogénatom kvantumállapotai. A Pauli-féle kizárási elv és az elemek periódusos rendszere.
21. előadás
KÍSÉRLETEK: Kontakt potenciál. Seebeck effektus. Peltier effektus. Piezo effektus.

Kísérletek LED-el: energia sávszélesség mérése, hőmérsékletfüggés. Kísérletek szupravezetőkkel: lebegtetés, ideális diamágnesesség kimutatása.

AZ ELŐADÁS ANYAGA
Bevezetés a modern fizikába. Alkalmazott kvantummechanika a pásztázó alagútmikroszkóptól a kvantuminformatikáig.

Számolási gyakorlatok

  • 1. Gyakorlat
Feladatok
Feladatok + megoldások (szerk.: Sólyom András)
  • 2. Gyakorlat
Feladatok
Feladatok + megoldások (szerk.: Sólyom András)
  • 3. Gyakorlat
Feladatok
Feladatok + megoldások (szerk.: Sólyom András)
  • 4. Gyakorlat
Feladatok
Feladatok + megoldások (szerk.: Sólyom András)
  • 5. Gyakorlat
Feladatok
Feladatok + megoldások (szerk.: Sólyom András)
  • 6. Gyakorlat
Feladatok
Feladatok + megoldások (szerk.: Sólyom András)
  • 7. Gyakorlat
Feladatok
Feladatok + megoldások (szerk.: Sólyom András)

Feladatmegoldó és elméleti gyakorló

Zh feladatsorok

IMSc-képzés