„Fizika 1 - Villamosmérnöki alapszak” változatai közötti eltérés

A lap 2011. április 4., 17:01-kori változata

Tárgy adatok (2011. tavaszi félév)

• Előadók: Orosz László, ? (TTK Fizika Tanszék)

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 a magalapozásához.

A Fizika 1 a „Hudson-Nelson: Útban a modern fizikához” tankönyv fejezeteit követi. 

A tantárgy keretében tárgyalt mechanika, a hőtan és az elektrodinamika csak az általános ismeretek közlésére szorítkozik. Itt elsősorban az axiomatikus felépítést és annak tapasztalati megalapozását kell megtanítani. A jelenségcentrikus képzést valamennyi előadásnál 15-20 perc, a tárgyhoz tartozó demonstráció segíti.

A tantárgy részletes tematikája (heti bontásban)

1. hét

KÍSÉRLETEK: Kísérletek légpárnás sínen (egyenes vonalú mozgások). Mikola cső. Galilei lejtő, Galilei ejtőzsinór. Rezgőmozgás megjelenítése.

1. előadás (Hudson-Nelson 001-019 oldal):

BEVEZETÉS: A fizika tárgya és módszerei. Elmélet és megfigyelés

EGYENESVONALÚ MOZGÁSOK: Tér és idő mérése. Mértékegységek átszámítása. Koordinátarendszerek és vonatkoztatási rendszerek. Hely, elmozdulás, sebesség és sebességvektor

2. előadás: EGYENESVONALÚ MOZGÁSOK: A gyorsulás. Az egyenes vonalú egyenletesen gyorsuló mozgás kinematikai egyenletei. A kinematikai egyenletek levezetése diferenciálszámítással.

Az elmozdulás, sebesség és gyorsulás közötti összefüggés grafikus értelmezése. A dimenzióanalízis

2. hét

KÍSÉRLETEK: A tehetetlenségi törvény szemléltetése (madzagtépés, diótörés fejen) Erők vektori összegezése. Fakírágy.

1. előadás

SÍKBELI ÉS TÉRBELI MOZGÁS: Kétdimenziós koordinátarendszerek és a helyzetvektor. Az elmozdulás vektor. A sík- és térbeli mozgás sebessége és gyorsulása.

KÖRMOZGÁS: Síkbeli polár koordináták. A körmozgás sebessége és gyorsulása. Általános görbe vonalú mozgás

2. előadás

A NEWTON-FÉLE MOZGÁSTÖRVÉNYEK: Megfigyelések és kísérletek a pontszerű részecskék mozgására vonatkozóan. Az impulzus. Newton második törvénye. Tömeg és súly. Newton második törvényének alkalmazása. Súrlódás. Newton harmadik törvénye

3. hét

KÍSÉRLETEK: Ütközések légpárnás sínen. Rakétamozgás (cseppfolyós nitrogénnal).

1. előadás

MUNKA, ENERGIA, TELJESÍTMÉNY: A munka. A kinetikus energia és a munkatétel. A helyzeti (potenciális) energia. A súrlódási erő és a súrlódási hő. A teljesítmény, a hatásfok

KONZERVATÍV ERŐK ÉS AZ ENERGIA MEGMARADÁS : Konzervatív erők és nem-konzervatív erők. A a potenciális energia. A mechanikai energia megmaradása. Az energia megmaradás súrlódásos rendszerekben

2. előadás

AZ IMPULZUS MEGMARADÁS: Az impulzus megmaradás. Az erőimpulzus. Folytonosan változó impulzus. A rakétamozgás.

ÜTKÖZÉSEK: Rugalmas és rugalmatlan ütközések. A tömegközéppont és a tömegközéppont tétel.

4. hét

KÍSÉRLETEK: Kísérletek fogózsámolyon. Pörgettyűmozgás. Perdület vektor szemléltetése forgó kerekekkel (elkészítés alatt). Tehetetlenségi nyomaték mérése lengő asztalkán.

1. előadás

PONTRENDSZEREK DINAMIKÁJA (KIEGÉSZÍTÉS A KÖNYVHÖZ): Pontrendszerek impulzusa. Pontrendszerek perdülete. Pontrendszerek energiája. Megmaradási tételek

2. előadás

A MEREV TEST FORGÓ MOZGÁSÁNAK KINEMATIKÁJA: A forgás kinematikai leírása. Testek általános mozgása. A forgó mozgásra vonatkozó kinematikai összefüggések. Gördülés (csúszás nélkül)

A FORGÓ MOZGÁS DINAMIKÁJA: A forgatónyomaték. A tehetetlenségi nyomaték. párhuzamos tengelyek tétele (Steiner tétel). Az impulzusmomentum (perdület). Rögzített szimmetriatengelye körül forgó merev test mozgása. Az impulzusmomentum (perdület) megmaradása. A forgó testen végzett munka és a forgási energia. Felületen való gördülés. A pörgettyű

KÍSÉRLETEK:

Centrifugál regulátor és szeparátor. Forgó rugalmas gyűrű torzulása. Forgó széken lengő inga. Coriolis erőhatás kimutatása kormozott forgó lappal.

„Physics 2000” gravitációról szóló film.

5. hét, 1. előadás

A MOZGÁS LEÍRÁSA GYORSULÓ KOORDINÁTARENDSZERBEN: Egyenes vonalú gyorsuló koordinátarendszerek. Forgó koordinátarendszerek. A centrifugális erő és a Coriolis erő.

5. hét, 2. előadás

A GRAVITÁCIÓ: A Kepler törvények. Newton tömegvonzási törvénye. Pontszerű és kiterjedt test között fellépő gravitációs erők. A gravitációs mező. A gravitációs potenciális energia. A szökési sebesség és a kötési energia. A mesterséges holdak mozgásának energiaviszonyai

KÍSÉRLETEK:

Szabad és gerjesztett csillapított rezgések bemutatása rugós rendszeren. Pohl- féle torziós inga. Torziós hullámok bemutatása. Hullámkádas kísérletek. Hangspektrum megjelelnítése (Fourier analízis).

6. hét, 1. előadás

REZGÉSEK: Egyszerű harmonikus rezgő mozgás. A harmonikus rezgő mozgás energiaviszonyai. Példák (fonálinga, torziós inga, fizikai inga). Csillapított és gerjesztett rezgések, rezonancia. Rezgések összeadása, Fourier spektrum.

6. hét, 2. előadás

HULLÁMMOZGÁS (RUGALMAS ANYAGBAN ÉS GÁZOKBAN): A hullámegyenlet. A hullámegyenlet általános megoldása. A hullámegyenlet megoldása egy speciális esetben. Síkbeli és térbeli hullámok

KÍSÉRLETEK:

Állóhullámok kimutatása gázokban, Reubens-féle cső. Hullámok visszaverődése hullámkádban. Lebegés jelenségének a bemutatása hangvillával. Ultrahang lebegés (hallható). Chladni ábrák..

7. hét, 1. előadás

HULLÁMMOZGÁS (RUGALMAS ANYAGBAN ÉS GÁZOKBAN): A hullámmozgás energiaviszonyai. Hullámok visszaverődése. A szuperpozíció elve, állóhullámok. A Doppler jelenség. A lökéshullámok. A lebegés.

7. hét, 2. előadás

A SPECIÁLIS RELATIVITÁSELMÉLET . A Galilei-transzformáció. A speciális relativitáselmélet posztulátumai. Az órák szinkronizálása. A Lorentz-transzformáció. A nyugalmi hossz. A mozgó órák aszinkronitása. A sajátidő. Az ikerparadoxon. A kauzalitás abszolút volta.

KÍSÉRLETEK:

Gázhőmérő. Hővezetés. Hőtágulás (gyűrű-tengely rendszer). Kaloriméterek.

8. hét, 1. előadás

A SPECIÁLIS RELATIVITÁSELMÉLET (dinamika): A relativisztikus impulzus. Nyugalmi tömeg. A relativisztikus sebesség összeadás. A relativisztikus energia. Az általános relativitás elmélet alapgondolata

8. hét, 2. előadás

HŐMENNYISÉG ÉS HŐMÉRSÉKLET: A hőmérséklet. A hőmennyiség. Hőfelvétel és fázisátalakulás. Hővezetés. Hőterjedés áramlással. Hőterjedés sugárzással. Az állandó térfogatú gázhőmérő.

KÍSÉRLETEK:

Ideális gáz (film). Kinetikus gázmodell szimulációja (film). A Maxwell-eloszlás bemutatása sok golyóból álló mechanikai modellel. Adiabatikus expanzió gázzal töltött palackkal.

9. hét, 1. előadás

AZ IDEÁLIS GÁZ ÉS A KINETIKUS GÁZELMÉLET: Az ideális gáz. Az ideális gázmodell.

9. hét, 2. előadás

A TERMODINAMIKA ELSŐ FŐTÉTELE: Alapfogalmak. A hő, az energia, a munka és az első főtétel. Reverzibilis és irreverzibilis folyamatok. Speciális folyamatok és mólhőik. Szabadsági fokok és az ekvipartíció tétele. Szilárd testek fajlagos hőkapacitása

KÍSÉRLETEK:

Kísérletek Stirling motorral (hőerőgép szemléltetés). Joule kísérlet (hő munka egyenértékűség kimutatása).

10. hét, 1. előadás

A TERMODINAMIKA MÁSODIK FŐTÉTELE :A második főtétel. A Carnot körfolyamat. Hőerőgépek hatásfoka. Néhány hőerőgép típus. Az elérhető legnagyobb hatásfok, a Carnot körfolyamat hatásfoka. A Kelvin-féle abszolút hőmérsékleti skála. A termodinamika harmadik főtétele

10. hét, 2. előadás

AZ ENTRÓPIA : Entrópia makroszkópikus szempontból. Entrópia vizsgálata mikroszkópikus szempontból. Az entrópia és a nem felhasználható energia. Entrópia és információ. Örökmozgók

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.

11. hét, 1. előadás

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

11. hét, 2. előadás

GAUSS TÖRVÉNYE: Az elektromos fluxus. A Gauss törvény. A Gauss törvény és az elektromos vezetők

KÍSÉRLETEK:

Töltött kondenzátor energiája. Erőhatások dielektrikumokban. Leideni palack.

12. hét, 1. előadás

AZ ELEKTROMOS POTENCIÁL: Az elektromos potenciál. A potenciál gradiense. Ekvipotenciális felületek

12. hét, 2. előadás

KONDENZÁTOR ÉS AZ ELEKTROMOS ERŐTÉR ENERGIÁJA: A kapacitás fogalma. Kondenzátorok kapcsolása. Dielektrikumok. A kondenzátor energiája. Az elektromos erőtér energiája.

KÍSÉRLETEK:

Kondenzátor feltöltése és kisütése. Elektromos ellenállás hőmérsékletfüggése. Elektromos vezetés folyadékokban és gázokban. Olvadó üveg elektromos vezetése.

Mágneses térben lévő áramjárta keretre ható erők. Párhuzamos vezetők mágneses kölcsönhatása. Faraday motor.

13. hét, 1. előadás

AZ ELEKTROMOS ÁRAM ÉS AZ ELLENÁLLÁS: Az elektromotoros erő. Az elektromos áram. Az elektromos ellenállás. Az Ohm törvény. A Joule törvény. Az áramsűrűség és a vezetőképesség. Az RC-körök (kondenzátor feltöltése és kisütése).

13. hét, 2. előadás

A MÁGNESES ERŐTÉR: A mágneses erőtér. Töltött részecskék mozgása mágneses erőtérben. A Lorentz-erő. A mágneses térben levő áramvezetőre ható erő

KÍSÉRLETEK:

Mágneses erővonalak kimutatása vasreszelékkel. Áramjárta egyenes vezető mágneses tere, Oersted kísérlet.

14. hét, 1. előadás

A MÁGNESES ERŐTÉR (folytatás): Mágneses dipólusok. Alkalmazások A mágneses fluxus. Néhány megjegyzés a mértékegységekről

14. hét, 2. előadás

A MÁGNESES ERŐTÉR FORRÁSA: A Biot-Savart törvény. Az Ampere törvény.

___________________________________________________________________________

TANKÖNYV

A.Hudson - R.Nelson: ÚTBAN A MODERN FIZIKÁHOZ (LSI Budapest)

AZ ELŐADÁSOK PROGRAMJA A TANKÖNYV FEJEZETEI SZERINT

01.hét 1.előadás 001-019 oldal

01.hét 2.előadás 019-029 oldal

02.hét 1.előadás 045-071 oldal

02.hét 2.előadás 075-104 oldal

03.hét 1.előadás 117-175 oldal

03.hét 2.előadás 183-221 oldal

04.hét 1.előadás Pontrendszerek dinamikája (kiegészítés)

04.hét 2.előadás 230-248 odal (rövid összefoglalás)

                                   258-314 oldal

05.hét 1.előadás 321-337 oldal

05.hét 2.előadás 375-394 oldal

06.hét 1.előadás 343-368 oldal

06.hét 2.előadás 423-436 oldal

07.hét 1.előadás 436-445 oldal

07.hét 2.előadás 977-994 oldal

08.hét 1.előadás 994-1012 oldal

08.hét 2.előadás 453-478 oldal

09.hét 1.előadás 482-497 oldal

09.hét 2.előadás 503-525 oldal

10.hét 1.előadás 529-542 oldal

10.hét 2.előadás 545-563 oldal

11.hét 1.előadás 567-588 oldal

11.hét 2.előadás 595-609 oldal

12.hét 1.előadás 613-631 oldal

12.hét 2.előadás 635-649 oldal

13.hét 1.előadás 655-669 és 690-696 oldal

13.hét 2.előadás 705- 715 oldal

14.hét 1.előadás 715- 725 oldal

14.hét 2.előadás 733- 744 oldal