Fizika 2 - Villamosmérnöki alapszak

Tárgy adatok (2020. tavaszi félév)

Előadók: Márkus Ferenc (TTK Fizika Tanszék) és Sarkadi Tamás (TTK Atomfizika Tanszék)
Tantárgykód: TE11AX22
Követelmények: 2/1/0/v
Részletes követelményrendszer
Kredit: 4
Nyelv: magyar

Online digital előadások - letölthető digitális tananyag segítséggel - 2020. március 23-tól!

Az előadások tematikája a heti beosztást követi.

Az előadások fejezetei video / segédanyagok formájában a Microsoft Team oldalán eduID belépéssel megteinthetők.

6. tanítási hét 2020. március 23 - 27 Hudson-Nelson pp. 705-726 A mágneses térben levő áramvezetőre ható erő. Áramjárta keretre ható erők, a mágneses dipólus fogalma. Hudson-Nelson pp. 733-744 A Biot-Savart törvény. Az Ampere törvény.

Az MS Teams-ből letölthető előadások:

1_1_Oersted_Biot.mp4

1_2_Egyenes_vez_Biot_Sav.mp4

1_3_Ampere_tv.mp4

1_4_Szolenoid.mp4

1_5_Toroid.mp4

1_6_Parhuzamosaramok.mp4

Demonstrációk:

https://fizipedia.bme.hu/index.php/%C3%81ram_m%C3%A1gneses_tere,_Oersted_k%C3%ADs%C3%A9rlet https://fizipedia.bme.hu/index.php/M%C3%A1gneses_t%C3%A9r_er%C5%91hat%C3%A1sa_%C3%A1rammal_%C3%A1tj%C3%A1rt_vezet%C5%91re https://fizipedia.bme.hu/index.php/M%C3%A1gneses_t%C3%A9r_hat%C3%A1sa_vezet%C5%91keretre https://fizipedia.bme.hu/index.php/%C3%81ramvezet%C5%91k_k%C3%B6z%C3%B6tti_er%C5%91hat%C3%A1s_egyen%C3%A1rammal https://fizipedia.bme.hu/index.php/M%C3%A1gneses_er%C5%91vonalak_szeml%C3%A9ltet%C3%A9se_vasporral

7. tanítási hét: 2020. március 30 - április 3 Hudson-Nelson pp. 775-784 Az anyagok mágneses tulajdonságai. A mágneses térerősség és a mágneses indukcióvektor. A mágneses hiszterézis.

Az MS Teams-ből letölthető előadások:

2_1_Magneses_ter_anyag.mp4

2_2_Elektromos_es_magneses_dip.mp4

2_3_szuszcept_permeab.mp4

2_4_ferromagnes.mp4

2_5_diamagnes.mp4

2_Magnesesseg_anyag_jegyzet.jpg

Demonstrációk:

https://fizipedia.bme.hu/index.php/Diam%C3%A1gness%C3%A9g,_param%C3%A1gness%C3%A9g_-_szil%C3%A1rd_anyagok https://fizipedia.bme.hu/index.php/Diam%C3%A1gness%C3%A9g,_param%C3%A1gness%C3%A9g_-_folyad%C3%A9kok https://fizipedia.bme.hu/index.php/M%C3%A1gneses_dom%C3%A9nek https://fizipedia.bme.hu/index.php/M%C3%A1gneses_Curie_pont

8. tanítási hét: 2020. április 6 - 10 Hudson-Nelson: pp. 749-769 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).

Az MS Teams-ből letölthető előadások:

3_1_mozgasi_indukcio.mp4

3_2_Lenz_torveny.mp4

3_3_Faraday_torveny.mp4

3_4_hurokban_indukált_fesz.mp4

3_5_kolcsonos_es_onindukcio.mp4

3_6_transzf_tekercs_ki_be.mp4

3_7_magneses_ter_energiaja.mp4

3_indukcio_jegyzet.jpg

Demonstrációk:

9. tanítási hét: 2020. április 13 - április 17 Hudson-Nelson: pp. 819-831 Elektromágneses hullámok: Az eltolási áram. A Maxwell-egyenletek rendszere. Az elektromágneses hullámok, hullámegyenlet, polarizáció.

10. tanítási hét: 2020. április 20 - április 24 Hudson-Nelson: pp. 832-842 Elektromágneses hullámok: Elektromágneses hullámok keltése. Elektromágneses hullámok energiája és impulzusa.

Az MS Teams-ből letölthető előadások: 4_1_Poynting_vektor.mp4 4_2_Eltolasi_aram.mp4 4_3_Toltodo_kondenzator.mp4 4_4_Maxwell_1.mp4 4_5_Maxwell_hullamegyenlet.mp4 4_6_EM_hullam_1.mp4 4_7_EM_hullam_2.mp4 4_8_EM_energiaja.mp4 4_9_EM_impulzusa.mp4 4_EM_hullamok.jpg

11. tanítási hét: 2020. április 27 – május 1 Hudson-Nelson: pp. 907-920; 929-948 Huygens-Fresnel elv. Diffrakció. Elhajlás résen. Elhajlás rácson. Röntgen-diffrakció

Az MS Teams-ből letölthető előadások: 5_1_EM_anyagban.mp4 5_2_Fenymodellek.mp4 5_3_Huygens_Fresnel.mp4 5_4_ketreses_interferencia.mp4 5_5_optikai_racs.mp4

Gyakorlatok

A gyakorlatok az órarendi időpontokban online digitális formában megtartásra kerülnek az MS Teams alkalmazásával. A párhuzamos gyakorlatok kurzusait a gyakorlat idejére összevonjuk. A gyakorlatok a félévi beosztást követik. A kiszh követelményeket a következőképpen lehet teljesíteni: A kurzust vezető oktató a gyakorlat témájához kapcsolódó személyre szóló feladatot küld ki a hallgatónak, amelynek megoldását kézzel írva, pdf formátumban a gyakorlatvezetőnek adott határidőre el kell küldenie. A kidolgozandó feladat az órán megoldott vagy példatári feladat módosításából, pl. egy feladatrész továbbszámolásából, származik. A feladat értékelése: elfogadható / nem fogadható el.

Összesen 4 ilyen kiküldött feladat lesz, amelyből legalább 3 elfogadható értékelésű kell legyen. Ez az aláírás feltétele. Azokon kurzusokon, ahol már volt kiszh, ott a megírt kiszh-kat a 4 feladatba bele kell számolni.

Gyakorlatok

3. gyakorlat 2020. március 9 - 27 (A március 12-én, csütörtökön elmaradt gyakorlatok külön alkalommal kerülnek pótlásra.)

4. gyakorlat 2020. március 30 - április 10

Félévközi számonkérések: 4 kiszh a gyakorlatokon (lásd. fent) +

Nagy zh: 2020-04-09, Cs 8-10 - elmarad

PótNagy zh: 2020-04-27, H 18-20 - elmarad

PótKis zh:

PótpótNagy vagy PótPótKis zh: 2020-05-26, K pótlási héten

Félév végi jegy: írásbeli vizsga
A vizsga menete:

A 8.00 órai kezdés azt jelenti, hogy a vizsgalap a padon van és hozzá lehet kezdeni a kidolgozáshoz.

A vizsgaterembe legkésőbb 7.55-kor lehet belépni. Belépéskor a mobiltelefonokat és egyéb kommunikáló eszközöket a táskába, kabátba kell betenni. A táskát, kabátot a fogasokra, illetve a padsorok végében a falhoz kell elhelyezni. Ezt követően az ülésrendnek megfelelően mielőbb le kell ülni. A belépéssel egyidőben megkezdődik a vizsga, tehát nem lehet írott dolgokat lapozgatni, egymással beszélgetni, és egyáltalán bármivel a vizsgakezdést akadályozni. A dolgozatokat 8 óra előtt egy-két perccel elkezdjük kiosztani, azért, hogy a dolgozatírás 8 órakor megkezdődhessen és 10 órakor befejeződhessen.

A vizsga során íróeszközöket használhatnak, és személyi azonosítóval igazolják magukat.

Tantárgyi tematika

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.

Hudson-Nelson: pp. 567-589

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.

Hudson-Nelson: pp. 595-609; 613-631

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.

Hudson-Nelson: pp. 635-650

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).

Hudson-Nelson: pp. 655-669

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.

Hudson-Nelson: pp. 705-726

6. előadás

AZ ELŐADÁS ANYAGA

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

Hudson-Nelson: pp. 733-744

7. 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.:

Hudson-Nelson: pp. 775-784

8. 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).

Hudson-Nelson: pp. 749-769

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.

Hudson-Nelson: pp. 819-831

10. előadás

AZ ELŐADÁS ANYAGA

ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK: Elektromágneses hullámok keltése. Elektromágneses hullámok energiája és impulzusa.

Hudson-Nelson: pp. 832-842

11. előadás

KÍSÉRLETEK: Interferencia laser fénnyel. Michelson interferométer bemutatása. Newton gyűrűk. Diffrakció bemutatása optikai padon.

AZ ELŐADÁS ANYAGA

Elektromágneses hullámok terjedése: Huygens-Fresnel elv. Diffrakció. Elhajlás résen. Elhajlás rácson. Röntgen-diffrakció.

Hudson-Nelson: pp. 907-920; 929-948

Geometriai és hullámoptika

12. előadás

KÍSÉRLETEK: Franck-Hertz kísérlet (az atomi energiaszintek kimutatása). Fényelektromos jelenség. Fényspektrum analizálás különböző fényforrások esetén. Interferencia létrehozása elektronokkal.

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”. Részecskék hullámtermészete. Atommodellek. Korrespondencia-elv. A de Broglie-hullámok. A Davisson-Germer-kísérlet.

13. előadás

AZ ELŐADÁS ANYAGA

Schrödinger-féle hullámegyenlet. A hullámfüggvény fizikai jelentése. Alagúteffektus. Határozatlansági elv. Komplementaritási elv. A hidrogénatom kvantumállapotai. A Pauli-féle kizárási elv és az elemek periódusos rendszere. Az elektron spin.