Fizika 2 keresztfélév - Villamosmérnöki alapszak

Tárgy adatok (2012. tavaszi félév)

• Előadók: Dr. Bokor Nándor (TTK Fizika Tanszék)
• Tantárgykód: TE11AX02
• Követelmények: 3/1/0/v
• Kredit: 5
• Nyelv: magyar
• Félévközi számonkérések:
• Félév végi jegy: íresbeli vizsga.

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

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.

1. előadás (Hudson-Nelson 749-761 oldal):

A FARADAY TÖRVÉNY ÉS AZ INDUKTIVITÁS: A Faraday törvény. A mozgási indukció. A Lenz törvény. Az örvényáramok. Az önindukció.

2. előadás (Hudson-Nelson 761-768 oldal):

A FARADAY TÖRVÉNY ÉS AZ INDUKTIVITÁS (folytatás): A kölcsönös indukció. Transzformátorok. Az önindukciós tekercs energiája. RL áramkörök (tekercs bekapcsolása és kikapcsolása).

2. hét

KÍSÉRLETEK: Cseppfolyós nitrogén diamágnessége, cseppfolyós oxigén paramágnessége. Mágneses hiszterézis. Klasszikus Ising modell szemléltetése mágnestűk rendszerével. Ferrimágneses domainek bemutatása.

1. előadás (Hudson-Nelson 775-783 oldal):

AZ ANYAG MÁGNESES TULAJDONSÁGAI: Az anyagok mágneses tulajdonságai. A mágneses térerősség és a mágneses indukcióvektor. A mágneses hiszterézis.

2. előadás (KIEGÉSZÍTÉS (mágneses adattárolás)):

KIEGÉSZÍTÉS A KÖNYVHÖZ: A mágneses adattárolás

3. hét

KÍSÉRLETEK: Állóhullámok Lecher drótpáron. Dipólus antenna sugárzása. Fénysebesség mérése (videó felvétel). Fénysebesség mérésének élő bemutatása (előkészítés alatt).

1. előadás (Hudson-Nelson 819-832 oldal):

ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK: Az eltolási áram. A Maxwell-egyenletek rendszere. Az elektromágneses hullámok, hullámegyenlet, polarizáció.

2. előadás (Hudson-Nelson 833-842 oldal):

ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK (folytatás): Elektromágneses hullámok keltése. Elektromágneses hullámok energiája és impulzusa

4. hét

KÍSÉRLETEK: Brewster polarizátor és analizátor. Teljes visszaverődés. Kísérletek mikrohullámú sütővel. Mikrohullámú optika (beszerzése tervezett).

1. előadás (KIEGÉSZÍTÉS (Fresnel egyenletek)):

ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK VISSZAVERŐDÉSE (KIEGÉSZÍTÉS A KÖNYVHÖZ ) : A Fresnel egyenletek

2. előadás (KIEGÉSZÍTÉS (E.m. hullámok visszaverődése)):

ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK VISSZAVERŐDÉSE ( KIEGÉSZÍTÉS A KÖNYVHÖZ ) (folytatás): Transzmisszió és reflexió merőleges beesés esetén. Teljes visszaverődés. Brewster szög.

5. hét

KÍSÉRLETEK: Geometriai optikai kísérletek optikai padon. Interferencia laser fénnyel. Fresnel biprizma és Fresnel tükör. Michelson interferométer bemutatása. Newton gyűrűk.

1. előadás (Hudson-Nelson 847-863 oldal és 869-898 oldal):

GEOMETRIAI OPTIKA: Hullámfrontok és fénysugarak. A Huygens-elv. Fénytörés sík felületen. Teljes visszaverődés. Fénytörés gömbfelületen. Vékony lencsék. Optikai eszközök. Lencsehibák

2. előadás (Hudson-Nelson 907-924 oldal):

FIZIKAI OPTIKA I (AZ INTERFERENCIA): Kétréses interferencia. Többréses interferencia. Interferencia vékony rétegeken. A Michelson-féle interferométer

6. hét

KÍSÉRLETEK: Diffrakció bemutatása optikai padon. Polárszőrők. A polarizáció elforgatása. Kettős törés. Fényszóródás bemutatása. Szórt fény polarizációja. Feszültség optika.

1. előadás (Hudson-Nelson 927-954 oldal):

FIZIKAI OPTIKA II. (A DIFFRAKCIÓ): Elhajlás résen. Elhajlás kör alakú nyíláson. Elhajlás rácson. A röntgen-diffrakció. A Fresnel-féle diffrakció. Kör alakú nyílások és akadályok

2. előadás (Hudson-Nelson 959-972 oldal):

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.

7. fét

KÍSÉRLETEK: Fényelektromos jelenség. Fényspektrum analizálás különböző fényforrások esetén.

1. előadás (Hudson-Nelson 1019-1027 oldal):

A HŐMÉRSÉKLETI SUGÁRZÁS: A feketetest sugárzásának spektruma. A feketetest sugárzás különböző értelmezései. Planck elmélet. Termikus fényforrások

2. előadás (Hudson-Nelson 1027-1039 oldal):

A SUGÁRZÁS KVANTUMOS TERMÉSZETE: A fényelektromos hatás. A Compton-effektus és a párkeltés. Az elektromágneses sugárzás kettős természete.

8. hét

KÍSÉRLETEK: Hologramok bemutatása. Optikai szál modell. Lézertípusok bemutatása. Hullámvezetők és becsatolási kísérletek.

1. előadás (KIEGÉSZÍTÉS (Holográfia. Optikai adattárolás. Tk: 851-853 oldal)):

KOHERENS FÉNYFORRÁSOK (KIEGÉSZÍTÉS A KÖNYVHÖZ): A lézerműködés alapjai. Lézertípusok. Holográfia. Optikai adattárolás.

2. előadás (KIEGÉSZÍTÉS ( Diszperzió. Hullámvezetés. Optikai szálak. Tk:876.old.)):

AZ OPTIKAI KOMMUNIKÁCIÓ ALAPJAI (KIEGÉSZÍTÉS A KÖNYVHÖZ): A fázis és csoportsebesség. A diszperzió. A hullámvezetés mechanizmusa. Egy- és több-módusú optikai szálak. Nemlineáris jelenségek

9. hét

KÍSÉRLETEK: Interferencia létrehozása elektronokkal.

1. előadás (Hudson-Nelson 1045-1057 oldal):

A RÉSZECSKÉK HULLÁMTERMÉSZETE: Az atommodellek. A korrespondencia-elv. A de Broglie-hullámok. A Davisson-Germer-kísérlet

2. előadás (Hudson-Nelson 1058-1071 oldal):

A RÉSZECSKÉK HULLÁMTERMÉSZETE (folytatás): A hullámmechanika. Az alagúteffektus. A határozatlansági elv. A komplementaritási elv

10. hét

KÍSÉRLETEK: Franck-Hertz kísérlet (az atomi energiaszintek kimutatása).

1. előadás (Hudson-Nelson 1075- …… oldal):

ATOMFIZIKA: A Schrödinger-féle hullámegyenlet. A hullámfüggvény fizikai jelentése. A hidrogén-atom hullámfüggvényei.

2. előadás (Hudson-Nelson ……- 1089 oldal):

ATOMFIZIKA (folyatatás): A hidrogénatom kvantumállapotai. Az elektron-spin és a finomszerkezet. A spin-pálya csatolás.

11. hét

KÍSÉRLETEK: Kontakt potenciál. Seebeck effektus. Peltier effektus. Piezó effektus.

1. előadás (Hudson-Nelson 1089-1094 oldal):

ATOMFIZIKA (folyatatás): A Pauli-féle kizárási elv és az elemek periódusos rendszere. A röntgensugarak.

2. előadás (KIEGÉSZÍTÉS (Fémek elmélete. Fermi-Dirac statisztika)):

BEVEZETÉS A SZILÁRDTESTFIZIKÁBA (KIEGÉSZÍTÉS A KÖNYVHÖZ): Fémek szabadelektron elmélete. Fermi-Dirac statisztika.

12. hét

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

1. előadás (KIEGÉSZÍTÉS (Félvezetők és szigetelők. Lézerek, erősítők, detektorok)):

SZILÁRDTESTEK SÁVSZERKEZETE (KIEGÉSZÍTÉS A KÖNYVHÖZ )(kvalitatív leírás): Félvezetők, szigetelők. Fény kibocsátó diódák (LED). Félvezető lézerek Optikai erősítők és detektorok.

2. előadás (KIEGÉSZÍTÉS (Szupravezetés)):

A SZUPRAVEZETÉS (KIEGÉSZÍTÉS A KÖNYVHÖZ): Kísérleti eredmények BCS elmélet alapgondolata (kvalitatív tárgyalás). Alkalmazások

13. hét

KÍSÉRLETEK: Demonstrációs filmek bemutatása (beszerzés alatt)

1. előadás (KIEGÉSZÍTÉS (Alagút effektus az elektronikában)):

KVANTUMMECHANIKA A MODERN ELEKTRONIKÁBAN (KIEGÉSZÍTÉS A KÖNYVHÖZ): Az algút-effektus az elektronikában. STM, AFM. Spintronikai eszközök

NMR, MRI.

2. előadás (1101- 1108. oldal KIEGÉSZÍTÉS (Cseppmodel):

ATOMMAGFIZIKA: Az atommag leírása. Az atommag tömege és kötési energiája. Az atommag cseppmodellje (kiegészítés a könyvhöz).

14. hét

KÍSÉRLETEK: Működő ködkamra bemutatása.

1. előadás (Hudson-Nelson 1109- 1134 oldal):

ATOMMAGFIZIKA (folytatás): Radioaktív bomlás és felezési idő. A radioaktív bomlás fajtái. A atommag hatáskeresztmetszete. Magreakciók. Az atomenergia jelentősége (atomerőművek, Paks). A fúziós energiatermelés lehetőségei.

2. előadás (Hudson-Nelson 1135- 1146 oldal):

A RÉSZECSKEFIZIKA TÖRTÉNETE ÉS JELENLEGI ÁLLÁSA: Új korszak kezdete. Színek (Colors). Ízek (Flavors). QED és QCD. Színkorlátok Gyenge folyamatok, generációk, leptonszám. Egyesítés és a jövő. Kozmikus összefüggések (Részecskefizika és kozmológia)