Fizika 2 - Villamosmérnöki alapszak

A Fizipedia wikiből
A lap korábbi változatát látod, amilyen Markusferi (vitalap | szerkesztései) 2014. szeptember 16., 10:44-kor történt szerkesztése után volt.

Tárgy adatok (2014. őszi félév)

  • Előadók: Barócsi Attila, Péczeli Imre (TTK Atomfizika Tanszék) és Márkus Ferenc (TTK Fizika Tanszék)
  • Tantárgykód: TE11AX02
  • Követelmények: 3/1/0/v
  • Részletes követelményrendszer
  • Kredit: 5
  • Nyelv: magyar
  • Félévközi számonkérések: 6 kis zh a számítási gyakorlatokon
Nagy zh: 2014.11.17. 8:15 - 10:00;
PótNagy zh: 2014.12.03. 18:15 - 20:00

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 2 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

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. hét

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.


3. hét

4. előadás
KÍSÉRLETEK:Kondenzátor feltöltése és kisütése.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
AZ ELEKTROMOS ÁRAM ÉS AZ ELLENÁLLÁS: (jelölés:középiskolás tananyag) . 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).


4. hét

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. Néhány megjegyzés (ismét) a mértékegységekről.
6. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
A MÁGNESES ERŐTÉR FORRÁSA: A Biot-Savart törvény. Az Ampere törvény.


5. hét

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: (jelölés:középiskolás tananyag) 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).


6. hét

8. előadás
KÍSÉRLETEK:Cseppfolyós nitrogén diamágnessége, cseppfolyós oxigén paramágnessége. Mágneses hiszterézis. Klasszikus Ising modell szemléltetése mágnestűk rendszerével. 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 (Bevezetés) (jelölés:középiskolás tananyag): Az eltolási áram. A Maxwell-egyenletek rendszere. Az elektromágneses hullámok, hullámegyenlet, polarizáció.


7. hét

10. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK (Folytatás) (jelölés:középiskolás tananyag): Elektromágneses hullámok keltése. Elektromágneses hullámok energiája és impulzusa.


8. hét

11. előadás
KÍSÉRLETEK:Geometriai optikai kísérletek optikai padon.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
GEOMETRIAI OPTIKA (RÖVID ÖSSZEFOGLALÁS): Hullámfrontok és fénysugarak. A Huygens-elv. Fénytörés sík felületen. Látszólagos mélység. Teljes visszaverődés. Fényvezetők, üvegszálak „sugároptikája” (37B-14 feladat). Fermat-elv (37C-37 feladat).
12. előadás
KÍSÉRLETEK:Interferencia laser fénnyel. Fresnel biprizma és Fresnel tükör. Michelson interferométer bemutatása. Newton gyűrűk. Diffrakció bemutatása optikai padon.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
FIZIKAI OPTIKA I (AZ INTERFERENCIA): (jelölés:középiskolás tananyag) Kétréses interferencia. Többréses interferencia. Interferencia vékony rétegeken. (A Michelson-féle interferométer részletes tárgyalása kimarad)


9. hét

13. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
FIZIKAI OPTIKA II. (A DIFFRAKCIÓ): Elhajlás résen. Elhajlás kör alakú nyíláson. Elhajlás rácson (a rács diszperziója és felbontóképessége kimarad) . A röntgen-diffrakció. A Fresnel-féle diffrakció. Kör alakú nyílások és akadályok.


10. hét

14. előadás
KÍSÉRLETEK:Polárszőrők. A polarizáció elforgatása. Kettős törés. Fényszóródás bemutatása. Szórt fény polarizációja. Feszültség optika.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
A POLÁROS FÉNY: A polárszűrő. Polarizáció visszaverődéskor és szóráskor. A kettőstörés. A fázistoló lemezek és a cirkuláris polarizáció. Az optikai aktivitás. Interferenciaszínek és a feszültségoptika.
15. előadás
KÍSÉRLETEK:Fényelektromos jelenség. Fényspektrum analizálás különböző fényforrások esetén.
AZ ELŐADÁS ANYAGA
A HŐMÉRSÉKLETI SUGÁRZÁS: (jelölés:középiskolás tananyag) A feketetest sugárzásának spektruma. A feketetest sugárzás különböző értelmezései. Planck elmélet.
A SUGÁRZÁS KVANTUMOS TERMÉSZETE: A fényelektromos hatás. A Compton-effektus és a párkeltés. Az elektromágneses sugárzás „kettős természete”.


11. hét

16. előadás
KÍSÉRLETEK:Interferencia létrehozása elektronokkal.
A RÉSZECSKÉK HULLÁMTERMÉSZETE: Az atommodellek. A korrespondencia-elv. A de Broglie-hullámok. A Davisson-Germer-kísérlet.


12. hét

17. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
A RÉSZECSKÉK HULLÁMTERMÉSZETE (folytatás): A hullámmechanika. Az alagúteffektus. A határozatlansági elv. A komplementaritási elv.
18. előadás
KÍSÉRLETEK:Franck-Hertz kísérlet (az atomi energiaszintek kimutatása).
AZ ELŐADÁS ANYAGA
ATOMFIZIKA: (jelölés:középiskolás tananyag) A Schrödinger-féle hullámegyenlet. A hullámfüggvény fizikai jelentése. Az elektronspin.


13. hét

19. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
ATOMFIZIKA (folytatás) :A hidrogén-atom hullámfüggvényei. A hidrogénatom kvantumállapotai. A spin-pálya csatolás. A Pauli-féle kizárási elv és az elemek periódusos rendszere. A röntgensugarak.


14. hét

20. 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
SZILÁRDTEST FIZIKA ALAPFOGALMAI: Szabad elektrongáz állapotsűrűsége. Fermi-Dirac eloszlás „képlete” és kvalitatív értelmezése Energia sávszerkezet és a félvezetők. Adalékot félvezetők. A „pn" átmenet energiasáv ábrája.
21. előadás(tartalék!)
ATOMMAGFIZIKA: Az atommag leírása. Az atommag tömege és kötési energiája. Radioaktív bomlás és felezési idő. A radioaktív bomlás fajtái. Magreakciók. Az atomenergia jelentősége (atomerőművek, Paks). A fúziós energiatermelés lehetőségei.

Számítási gyakorlatok

  • 1. Gyakorlat
Feladatok
Feladatok + megoldások
  • 2. Gyakorlat
Feladatok
A lap eredeti címe: „https://fizipedia.bme.hu/index.php?title=Fizika_2_-_Villamosmérnöki_alapszak&oldid=15039”