Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Fizyka III

Koordynator przedmiotu:

Dr hab. inż. Michał Marzantowicz

Status przedmiotu:

Obowiązkowy

Poziom kształcenia:

Studia I stopnia

Program:

Mechatronika

Grupa przedmiotów:

Fizyka i mechanika

Kod przedmiotu:

1050-MT000-ISP-0314

Semestr nominalny:

6 / rok ak. 2016/2017

Liczba punktów ECTS:

2

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

1) Liczba godzin kontaktowych - 31, w tym: a) wykład - 30 godz.; b) konsultacje - 1 godz.; 2) Praca własna studenta – 25 godzin, w tym: a) 5 godzin – bieżące przygotowanie się do wykładów oraz dodatkowych pytań testowych b) 20 godzin – przygotowanie się studenta do 2 kolokwiów. 3) RAZEM - 56 godzin.

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

1 punkt ECTS – 31 godzin, w tym: a) wykład -30 godz.; b) konsultacje - 1 godz.;

Język prowadzenia zajęć:

polski

Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:

-

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

• Wykład30h
• Ćwiczenia0h
• Laboratorium0h
• Projekt0h
• Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

Zaliczone wykłady obowiązkowe „Fizyka 1” i „Fizyka 2”.

Limit liczby studentów:

zgodnie z zarządzeniem Rektora

Cel przedmiotu:

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z opisem ruchu falowego i właściwościami fal, w szczególności fal elektromagnetycznych. Wykład ma przekazać podstawowe informacje z zakresu elektrodynamiki, takie jak równania Maxwella, równania materiałowe, rozwiązania równań Maxwella dla próżni, w szczególności rozwiązania w postaci fal elektromagnetycznych. W ramach przedmiotu przedstawione zostaną również podstawowe źródła światła, ze szczególnym uwzględnieniem zastosowań praktycznych w motoryzacji i projektowaniu pojazdów i maszyn roboczych. Ta część wykładu ma zarówno zapoznać studentów z fizycznymi zasadami działania źródeł światła, jak i przedstawić ich charakterystykę oraz parametry istotne z praktycznego punktu widzenia. Jednym z jej celów dydaktycznych jest przekazanie praktycznej wiedzy umożliwiającej prawidłowy dobór rodzaju oświetlenia do konkretnego zastosowania, oraz wyrobienie zdolności krytycznej oceny zalet i wad poszczególnych źródeł światła oraz porównywania ich parametrów. Studenci zapoznają się również z metodami charakteryzacji tych źródeł oraz sposobami jakościowego i ilościowego opisu ich charakterystyki.

Treści kształcenia:

(1) Ruch falowy i jego związek z ruchem drgającym. Zjawiska falowe. Równanie różniczkowe fali. Rodzaje fal. Fala akustyczna. Efekt Dopplera. (2) Fale elektromagnetyczne - równania Maxwella. Widmo fal elektromagnetycznych. Rozchodzenie się fal elektromagnetycznych. Wektor Poyntinga. Dyspersja fal elektromagnetycznych. (3) Rozchodzenie się fali świetlnej — zasada Fermata. Elementy optyki geometrycznej –zjawisko załamania, zwierciadła, równanie soczewki. Prędkość fazowa i grupowa fal — dyspersja fal elektromagnetycznych. (4) Optyka falowa: Interferencja fal – doświadczenie Younga, interferometr, postrzeganie barw, powłoki antyrefleksyjne. Dyfrakcja fal - obrazy dyfrakcyjne, dyfrakcyjna granica rozdzielczości, soczewki dyfrakcyjne. Polaryzacja fali – dwójłomność, własności optyczne ciekłych kryształów, zasada działania wyświetlaczy LCD. (5) Foton jako kwant światła, korpuskularna natura fal elektromagnetycznych. Ciało doskonale czarne. Zdolność emisyjna / absorpcyjna. Prawo przesunięć Wiena. Pomiar temperatury widmowej. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, efekt Comptona. Lampa żarowa i lampa halogenowa. (6) Falowe własności materii. Model Bohra atomu wodoru – postulaty, obliczanie energii elektronu. Widmo wodoru, widma absorpcyjne i emisyjne innych pierwiastków. Zasada działania lamp wyładowczych (jarzeniowych), zastosowanie w samochodowych lampach HID. Luminescencja i luminofory. Widmo i temperatura płomienia. Promieniowanie rentgenowskie i zasada działania lampy rentgenowskiej. (7) Fizyka kwantowa. Pojęcie funkcji falowej. Równanie Schrödingera – rozwiązania wybranych przypadków. Zjawisko tunelowania. Atom jako studnia potencjału – opis zachowania elektronu. Kwantowy model atomu. Liczby kwantowe i ich znaczenie. Powłoki elektronowe - zasady obsadzania poziomów. Układ okresowy pierwiastków. (8) Statystyki kwantowe. Lasery – budowa, zasada działania i zastosowania. (9) Elementy fizyki ciała stałego - struktura pasmowa i jej wpływ na właściwości ciał stałych. Właściwości półprzewodników samoistnych i domieszkowanych. Złącze p-n i jego właściwości. Diody świecące (LED) i ich zastosowanie w oświetleniu drogowym i oświetleniu pojazdów. Fotodiody i ich zastosowanie. (10) Elementy fotometrii. Podstawowe wielkości radiometryczne i fotometryczne. Zastosowanie fotometrii w charakteryzacji źródeł światła, podstawowe normy dotyczące oświetlenia. Porównanie różnych źródeł światła.

Metody oceny:

Dwa kolokwia, składające się z dwóch części (I i II część semestru). Dodatkowe pytania w trakcie wykładu. Zaliczenie na podstawie punktów uzyskanych w trakcie semestru. Do zaliczenia przedmiotu należy uzyskać 50% punktów. Dodatkowe punkty związane z aktywnym udziałem w wykładach. Ocena: 0-12 2.0 12.1-14.5 3.0 15.6-16.9 3.5 17-19.3 4.0 19.4-21.7 4.5 21.8-24 5.0

Egzamin:

nie

Literatura:

1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, „Podstawy Fizyki”, PWN. 2. J. Orear, „FIZYKA” WNT. 3. W. Bogusz, J. Garbarczyk, F. Krok, „Podstawy Fizyki”, WPW.

Witryna www przedmiotu:

Materiały do wykładu dostępne na stronie: https://adam.mech.pw.edu.pl/~marzan/

Uwagi:

-

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt 1050-MT000-ISP-0314_W01

Rozróżnia rodzaje fale, ma uporządkowaną wiedzę z zakresu matematycznego opisu fal i potrafi opisać ruch falowy przez równania fali, oraz potrafi wytłumaczyć zjawiska interferencji i dyfrakcji fal jako nałożenie się funkcji opisujących fale.
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane efekty kierunkowe: KMChtr_W01, KMChtr_W02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W07, T1A_W01, T1A_W02

Efekt 1050-MT000-ISP-0314_W02

Potrafi opisać rozchodzenie się fal, w szczególności fal świetlnych za pomocą optyki falowej i geometrycznej. Zna zasady działania podstawowych przyrządów optycznych. Potrafi wymienić praktyczne przykłady zastosowania praw optyki geometrycznej i falowej, w szczególności we wskaźnikach, wyświetlaczach i oświetleniu pojazdów.
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane efekty kierunkowe: KMChtr_W02, KMChtr_W03
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W02, T1A_W01, T1A_W02

Efekt 1050-MT000-ISP-0314_W03

Potrafi wyjaśnić podstawy fizyczne działania podstawowych źródeł światła, takich jak lampy żarowe, jarzeniowe, laser, diody świecące. Rozróżnia właściwości światła wytworzonego przez poszczególne źródła, w szczególności rozkład spektralny.
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane efekty kierunkowe: KMChtr_W02, KMChtr_W03
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W02, T1A_W01, T1A_W02

Efekt 1050-MT000-ISP-0314_W04

Zna zastosowania praktyczne poszczególnych źródeł światła. Potrafi opisać budowę ich źródeł i wyjaśnić zasadę ich działania.
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane efekty kierunkowe: KMChtr_W02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W02

Efekt 1050-MT000-ISP-0314_W05

Zna definicje radiometrycznych i fotometrycznych jednostek opisujących światło. Potrafi opisać charakterystykę widzenia ludzkiego oka. Zna podstawowe techniki pomiaru światła oraz źródeł światła.
Weryfikacja: Kolokwium
Powiązane efekty kierunkowe: KMChtr_W02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W02

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt 1050-MT000-ISP-0314_U01

Potrafi obliczać i szacować podstawowe parametry opisujące fale i ich rozchodzenie się w przestrzeni. Potrafi zastosować równanie fali do obliczania natężenia fali w danym punkcie przestrzeni.
Weryfikacja: Kolokwium, dodatkowe pytania testowe
Powiązane efekty kierunkowe: KMchtr_U01
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U01

Efekt 1050-MT000-ISP-0314_U02

Potrafi obliczać i konstruować geometrycznie drogę promienia świetlnego oraz miejsca wzmocnień i wygaszeń fal. Potrafi zaprojektować proste przyrządy optyczne oraz w jakościowy i ilościowy sposób opisywać wpływ parametrów przyrządów optycznych na powstający obraz optyczny. Potrafi zidentyfikować przyczyny powstawania zniekształceń obrazu.
Weryfikacja: Kolokwium, dodatkowe pytania testowe
Powiązane efekty kierunkowe: KMchtr_U07
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U08, T1A_U09, InzA_U01

Efekt 1050-MT000-ISP-0314_U03

Potrafi odpowiednio dobierać i stosować metody optyczne w pomiarze odległości i prędkości obiektów metody optyczne, w tym interferometryczne i dopplerowskie. Potrafi w prawidłowy sposób interpretować wyniki uzyskane tymi metodami.
Weryfikacja: Kolokwium, dodatkowe pytania testowe.
Powiązane efekty kierunkowe: KMchtr_U07
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U08, T1A_U09, InzA_U01

Efekt 1050-MT000-ISP-0314_U05

Potrafi odpowiednio dobrać źródło światła do danego zastosowania, w krytyczny sposób oceniając wady i zalety opracowanego rozwiązania. Potrafi dobrać układ zasilania odpowiedni dla danego źródła.
Weryfikacja: Kolokwium, dodatkowe pytania testowe
Powiązane efekty kierunkowe: KMchtr_U07
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U08, T1A_U09, InzA_U01

Efekt 1050-MT000-ISP-0314_U06

Potrafi dobrać odpowiednią metodę pomiaru właściwości światła. Potrafi zastosować normy dotyczące oświetlenia i na ich podstawie szacować parametry niezbędnych źródeł światła.
Weryfikacja: Kolokwium, dodatkowe pytania testowe
Powiązane efekty kierunkowe: KMchtr_U07
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U08, T1A_U09, InzA_U01

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt 1050-MT000-ISP-0314_K01

Jest świadomy roli, jaką odpowiednie źródła światła odgrywają w zapewnieniu komfortu i bezpieczeństwa pracy oraz życia codziennego. Potrafi szacować ekonomiczne aspekty stosowania wybranych źródeł światła i wskazać rozwiązania optymalne z punktu widzenia ekologii.
Weryfikacja: Dodatkowe pytania testowe
Powiązane efekty kierunkowe: KMchtr_K02
Powiązane efekty obszarowe: T1A_K02, InzA_K01