Fizika 2 - Villamosmérnöki alapszak

A Fizipedia wikiből
A lap korábbi változatát látod, amilyen Tatrai (vitalap | szerkesztései) 2012. február 27., 16:12-kor történt szerkesztése után volt.

Tárgy adatok (2011. őszi félév)

  • Előadók: Orosz László, (TTK Fizika Tanszék), Barócsi Attila és Péczeli Imre (TTK Atomfizika Tanszék)
  • Tantárgykód: TE11AX02
  • Követelmények: 3/1/0/v
  • Részletes követelményrendszer
  • Kredit: 5
  • Nyelv: magyar
  • Félévközi számonkérések: 6 kis zh a számítási gyakorlatokon, 1 nagy zh
  • Félév végi jegy: íresbeli vizsga.
  • Keresztfélévre vonatkozó információk

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.:
  • [[Media:|Tankönyvi fejezetek és ellenőrző kérdések]]

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
A SPECIÁLIS RELATIVITÁSELMÉLET
  • [[Media:‎‎|Tankönyvi fejezetek és ellenőrző kérdések]]

10. hét

14. előadás
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA
REZGÉSEK:
15. előadás
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA
HULLÁMMOZGÁS:
  • [[Media:|Tankönyvi fejezetek és ellenőrző kérdések]]

11. hét

16. előadás
KÍSÉRLETEK:
AZ IDEÁLIS GÁZ ÉS A KINETIKUS GÁZELMÉLET:
HŐMENNYISÉG ÉS HŐMÉRSÉKLET:
  • [[Media:|Tankönyvi fejezetek és ellenőrző kérdések]]

12. hét

17. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
A TERMODINAMIKA ELSŐ FŐTÉTELE:
18. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
A TERMODINAMIKA ELSŐ FŐTÉTELE (
  • [[Media:|Tankönyvi fejezetek és ellenőrző kérdések]]

13. hét

19. előadás
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA
A TERMODINAMIKA MÁSODIK FŐTÉTELE :
  • [[Media:|Tankönyvi fejezetek és ellenőrző kérdések]]

14. hét

20. előadás
AZ ELŐADÁS ANYAGA
AZ ENTRÓPIA :
21. előadás
KONZULTÁCIÓS GYAKORLAT
  • [[Media:|Tankönyvi fejezetek és ellenőrző kérdések]]

2. hét

2. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY


3. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

3. hét

4. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

4. hét

5. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY


6. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

5. hét

7. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

6. hét

8. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY


9. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

7. hét

10. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

8. hét

11. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY


12. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

9. hét

13. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

10. hét

14. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY


15. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

11. hét

16. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

12. hét

17. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY


18. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

13. hét

19. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

14. hét

20. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY


21. előadás:
KÍSÉRLETEK:
AZ ELŐADÁS ANYAGA:
A FARADAY

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)
A lap eredeti címe: „https://fizipedia.bme.hu/index.php?title=Fizika_2_-_Villamosmérnöki_alapszak&oldid=3389”