Fyzika II (FSI-3F-A)

Akademický rok 2022/2023
Garant: prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Cíle předmětu:
Cílem výuky elektromagnetismu je vytvořit u studentů ucelený soubor poznatků o elektrických a magnetických jevech a připravit je ke studiu navazujících speciálních předmětů, resp. studiu literatury. Cílem výuky kvantové fyziky je seznámit studenty se způsobem popisu objektů v kvantové fyzice.
Výstupy studia a kompetence:
Získané znalosti o elektrostatickém, magnetickém a elektromagnetickém poli a o ustálených proudech by měli být studenti schopni aplikovat na jednoduché systémy a řešením úloh předpovědět jejich chování. Na základě poznatků z kvantové fyziky by měli být studenti schopni objasnit vlastnosti objektů a jednoduchým výpočtem stanovit jejich charakteristiky.
Prerekvizity:
Znalosti a dovednosti z oblastí:
Newtonvy zákony, pohyb v silovém poli, práce a energie, dynamika systému částic, gravitační pole, kmity a vlnění, interference vln, geometrická a vlnová optika, termodynamika, teplota, teplo a práce, zákony termodynamiky.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět Fyzika II má seznámit studenty jak se základními zákony a teoriemi klasické fyziky (elektromagnetismu a optiky), tak i základy kvantové fyziky. Získané znalosti jsou předpokladem pro pochopení teoretických základů moderních inženýrských disciplin.
Elektromagnetismus. Elektrostatické pole. Magnetické pole. Elektromagnetické pole. Maxwellovy rovnice. Základy optiky. Základy kvantové fyziky. Částicové vlastnosti záření a vlnové vlastnosti částic. Elektronový obal atomu. Jádro atomu.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:

Podmínky udělení zápočtu: alespoň 12 bodů v C1 a alespoň 6 bodů v L, maximálně lze získat 34 bodů. V případech hodných zvláštního zřetele (zejména s ohledem na aktivitu studenta ve cvičeních) může vyučující stanovit náhradní podmínky pro získání zápočtu, které však nezvýší počet dosažených bodů.

Písemná část zkoušky je povinná pro všechny (12 testových otázek s výběrovými odpověďmi, 4 příklady, max 66 bodů), pokud při ní student získá méně než 33 bodů, pak u zkoušky neuspěl.

Ústní části zkoušky se mohou dobrovolně podrobit studenti, kteří uspěli v předchozích částech. Při ústní části  může zkoušející změnit hodnocení z písemné části nejvýše o 1 stupeň (nahoru či dolů).

Klasifikační hodnocení studenta (A - F) odpovídá celkovému dosaženému počtu bodů v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT. Podrobnosti v souboru http://physics.fme.vutbr.cz/files/vyuka/F1/FYZIKA1full.pdf.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:

Účast ve cvičení je kontrolována. V teoretickém cvičení (C1) jsou zařazeny 3 kontrolní práce (KP, vždy 3 testové otázky s výběrovými odpověďmi, 2 příklady, max 8 bodů).
V laboratorním cvičení (L) je nezbytné absolvovat stanovené laboratorní úlohy a body se udělují za domácí přípravu, vedení laboratorního sešitu a zprávy o samostatných úlohách (celkem max 10 bodů).
V případě neúčasti na KP, která bude omluvena závažnými a doloženými důvody (zejména nemoc), může student požádat učitele o náhradní KP, která bude jednotně pro celý ročník v zápočtovém týdnu.
V případě neúčasti v laboratorní výuce, která bude omluvena závažnými a doloženými důvody (zejména nemoc), učitel studentovi stanoví náhradní termín pro vypracování úlohy. 
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
    Cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Elektromagnetismus. Elektrický náboj (Coulombův zákon). Elektrické pole (intenzita a siločáry).
Elektrické pole soustavy nábojů (princip superpozice).
Gaussův zákon elektrostatiky (výpočet intenzity elektrického pole s danou symetrií).
Elektrický potenciál (elektrická potenciální energie, potenciál soustavy nábojů, napětí).
Kapacita (výpočty kapacity kondenzátorů, energie elektrického pole, polární a nepolární dielektrika).
Proud a odpor. Obvody stejnosměrného proudu (Kirchhofffovy zákony).
Magnetické pole (magnetická indukce a indukční čáry, Lorentzova a Ampérova síla).
Magnetické pole elektrického proudu (princip superpozice, Biotův-Savartův zákon).
Magnetické pole elektrického proudu (Ampérův zákon, výpočet indukce magnetického pole s danou symetrií).
Elektromagnetická indukce (Faradayův zákon elektromagnetické indukce, vlastní a vzájemná indukčnost, energie magnetického pole, indukované elektrické pole).
Elektromagnetické kmity a střídavé proudy. Maxwellovy rovnice. Elektromagnetické vlny.
Optika. Zobrazování. Interference a difrakce.
Kvantová fyzika. Fotony a de Broglieho vlny (Schrödingerova rovnice, Heisenbergův princip neurčitosti).
Atomová fyzika (atom vodíku a jeho spektrum, struktura periodické soustavy prvků). Jaderná fyzika (jaderná vazební energie, radioaktivní rozpad).
    Laboratorní cvičení 1. Grafické řešení: obvod s fotodiodou.
2. Odezva na budící signál: RLC obvody.
3. Dynamické modelování: obvod s kondenzátorem.
4. Statistické zpracování dat: měření pomocí záření beta a gamma.
5A. Zpětná vazba při regulaci: termostat.
5B. Zpětná vazba při měření: teploměr.
6A. Zpracování signálu: konvoluce.
6B. Zpracování signálu: Fourierova transformace.
    Cvičení Obsahem je řešení příkladů a úloh z učebnice HRW2;
1. téma: Elektrostatika I
2. téma: Elektrostatika II
3. téma: Proudy a obvody
4. téma: Magnetické pole
5. téma: Elektromagnetická indukce
6. téma: Optika
7. téma: Kvantová, atomová a jaderná fyzika

1. kontrolní práce (4. týden), obsah: 1. téma
2. kontrolní práce (8. týden), obsah: 2. a 3. téma
3. kontrolní práce (12. týden), obsah: 4. a 5. téma
Literatura - základní:
1. HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika, 2. české přepracované vydání, VUTIUM, Brno 2013 (HRW2)
2. http://physics.fme.vutbr.cz
3. ŠANTAVÝ, I a kol.: Vybrané kapitoly z fyziky, skriptum VUT, Brno 1986
4. FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: Feynmanovy přednášky z fyziky - revidované vydání,, Fragment, 2013
Literatura - doporučená:
1. HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fundamentals of Physics, 8th edition, John Wiley and Sons,New York 2008
2. FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: The Feynman Lecture on Physics, Addison-Wesley Publishing, 1977
3. KREMPASKÝ, J.: Fyzika, Alfa, Bratislava - SNTL, Praha 1982
4. ŠANTAVÝ, I.- LIŠKA, M.: Fyzika II, skriptum VUT Brno
5. KUPSKÁ, I.- MACUR, M.- RYNDOVÁ, A.: Fyzika - Sbírka příkladů, skriptum VUT Brno
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 8 Povinný 1 1 Z
B-STI-A prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 8 Povinný 1 2 Z