Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Fizyka 1/ Physics 1

Koordynator przedmiotu:

prof. dr hab. inż. Franciszek Krok

Status przedmiotu:

Obowiązkowy

Poziom kształcenia:

Studia I stopnia

Program:

Inżynieria Materiałowa

Grupa przedmiotów:

Obowiązkowy

Kod przedmiotu:

FIZ1

Semestr nominalny:

1 / rok ak. 2020/2021

Liczba punktów ECTS:

4

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

Obecność na wykładach - 30 godzin, udział w ćwiczeniach 15 godzin, przygotowanie się do ćwiczeń, zaliczeń, egzaminu - 50 godzin. Łącznie - 110 godzin.

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

Wykłady - 30 godzin, ćwiczenia 15 godzin. Łącznie - 45 godzin - 2 punkty ECTS.

Język prowadzenia zajęć:

polski

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

-

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

• Wykład30h
• Ćwiczenia15h
• Laboratorium0h
• Projekt0h
• Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

Elementarne wiadomości z analizy matematycznej - różniczkowanie i całkowanie.

Limit liczby studentów:

brak

Cel przedmiotu:

W ramach przedmiotu studenci zapoznają się z najważniejszymi zjawiskami fizyki klasycznej z zakresu mechaniki, kinetyczno-molekularnej teorii gazów, termodynamiki, fizyki statystycznej i elektromagnetyzmu, ze strukturą poznawczą fizyki i z metodami badań fizycznych. Wdrażani są do samodzielnego stosowania metod matematycznych (algebra, geometria, analiza matematyczna) do rozwiązywania problemów stawianych przez fizykę i nauki techniczne. Uzyskują w ten sposób solidny fundament poznawczy dalszych studiów.

Treści kształcenia:

Prawa i zasady fizyki. Oddziaływania fundamentalne. Podstawy mechaniki punktu materialnego i bryły sztywnej. Równanie różniczkowe ruchu. Transformacje Galileusza i zasada względności Galileusza. Zasady dynamiki Newtona. Pole sił zachowawczych na przykładzie grawitacji. Energia potencjalna i energia kinetyczna. Położenie i własności środka masy układu. Zasady zachowania: energii, pędu i momentu pędu. Zderzenia. Termodynamika. Parametry stanu, przemiany gazowe i równanie stanu gazu doskonałego. Kinetyczno-molekularna teoria budowy materii. Mikroskopowa interpretacja ciśnienia i temperatury. Zasada ekwipartycji energii. Teoria ciepła właściwego. Statystyki fizyczne. Rozkłady statystyczne Boltzmanna i Maxwella. Zderzenia, średnia droga swobodna cząstek. Procesy transportu w gazach. Energia wewnętrzna układu. I zasada termodynamiki i zastosowania do izoprocesów. Równanie adiabaty. Proces Joule’a-Thomsona. II zasada termodynamiki, odwracalność procesów. Cykl Carnota, prawa Carnota. Entropia i jej statystyczna interpretacja. II zasada termodynamiki. Gaz rzeczywisty, równanie van der Waalsa gazu rzeczywistego. Równanie Clausiusa-Clapeyrona, zastosowanie do przemian fazowych. Elektrostatyka. Prawo Coulomba. Pole elektryczne, natężenie pola. Dipol elektryczny. Prawo Gaussa i zastosowania obliczeniowe. Potencjał elektryczny i związek potencjału z natężeniem pola. Równanie Poissona. Pojemność elektryczna przewodnika. Energia pola elektrycznego. Elektryczne właściwości materii: mechanizmy polaryzacji, wzór Clausiusa-Mosottiego, ferroelektryki. Prąd elektryczny. Prawo Ohma. Zależność rezystancji od temperatury. Transport ładunku elektrycznego. Prawa Kirchhoffa sieci elektrycznej. SEM ogniwa, definicje i sposób pomiaru. Klasyczna teoria przewodnictwa elektrycznego metali. Prawo Wiedemanna-Franza. Pole magnetyczne: Siła Lorentza i siła elektrodynamiczna. Ramka z prądem, dipol magnetyczny. Galwanometr i silnik prądu stałego. Doświadczenie Halla. Cyklotron. Doświadczenie Oersteda, prawo Ampera, prawo Biota-Savarta i zastosowania obliczeniowe. Prawo Faradaya indukcji elektromagnetycznej. Samoindukcja. Energia pola magnetycznego. Właściwości magnetyczne materii. Para-, Dia- i ferromagnetyzm. Równania Maxwella, prąd przesunięcia. Zadania z podstaw kinematyki: obliczanie przemieszczenia, drogi, prędkości, przyśpieszenia obiektów w ruchu ruchu prostoliniowym, krzywoliniowym. Zadania z podstaw dynamiki, obliczanie przyspieszenia obiektów jako efektu działania sił. Obliczanie pracy sił, energii kinetycznej obiektów. Zadania z zastosowaniem zasad zachowania energii i pędu w mechanice, związane z energią potencjalną pola grawitacyjnego i sił sprężystych oraz tarcia. Ruch obrotowy bryły sztywnej, zasada zachowania momentu pędu. Obliczanie momentów bezwładności prostych brył, obliczanie energii ruchu obrotowego. Podstawy hydrostatyki. Wykorzystanie obliczeniowe praw Pascala i Archimedesa. Podstawy termodynamiki. Wyznaczanie parametrów stanu gazu z równania Clapeyrona. Wykorzystanie I zasady termodynamiki do obliczania energii wewnętrznej, ciepła pobranego przez gaz oraz pracy mechanicznej wykonywanej przez gaz. Obliczanie sprawności silników cieplnych. Wyznaczanie natężenia i potencjału pola elektrycznego od układu ładunków punktowych. Prawa Gaussa i Coulomba. Obliczanie pracy sił pola elektrycznego przy przemieszczaniu ładunków – energia potencjalna układu ładunków elektrycznych. Prąd elektryczny. Obliczanie prądów i napięć w obwodach elektrycznych, wykorzystując prawa Kirchoffa. Pole magnetyczne. Wyznaczanie wektora indukcji magnetycznej wokół przewodników z prądem, wykorzystanie prawa Ampera i Biota-Savarta. Obliczanie siły Lorentza. Dipolowy moment magnetyczny ramki z prądem. Obliczanie siły elektromotorycznej indukcji z prawa Faradaya.

Metody oceny:

Kolokwia w trakcie semestru, egzamin na koniec semestru, ocena prac domowych.

Egzamin:

tak

Literatura:

1. W. Bogusz, J. Garbarczyk, F. Krok, Podstawy fizyki, OWPW, wyd. 4, Warszawa, 2016. 2. Preskrypt W.Bogusz, Repetytorium z Fizyki I, do pobrania ze strony internetowej autora (http://adam.mech.pw.edu.pl/~wbogusz/. 3. I. Sawieliew Wykłady z fizyki, PWN, Warszawa, 2013. 4. K. Blankiewicz, M. Igalson, Zbiór zadań rachunkowych z fizyki, OWPW Warszawa

Witryna www przedmiotu:

brak

Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka F I_W1

Ma wiedzę dotyczącą praw i zasad fizyki w aspekcie mechaniki, dynamiki, energii potencjalnej i kinetycznej
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IM1_W02
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Charakterystyka F I_W2

Zna zagadnienia termodynamiki
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IM1_W02
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Charakterystyka F I_W3

Ma wiedzę z zakresu elektrostatyki, pola elektrycznego i elektrycznych właściwości materii, prądu elektrycznego i przewodnictwa elektrycznego metali
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IM1_W02
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Charakterystyka F I_W4

Ma wiedzę w zakresie magnetyzmu i właściwości magnetycznych materi
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IM1_W02
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka F I_U1

Potrafi rozwiązywać zadania z podstaw kinetyki i dynamiki
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IM1_U09
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o, III.P6S_UW.4.o

Charakterystyka F I_U2

Potrafi wykonać obliczenia termodynamiczne (parametry stanu, sprawność silników cieplnych)
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IM1_U09
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o, III.P6S_UW.4.o

Charakterystyka F I_U3

Potrafi obliczać prądy i napięcia w obwodach elektrycznych oraz parametry pola magnetycznego (indukcja magnetyczna, siła Lorentza, siła elektromotoryczna)
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IM1_U09
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o, III.P6S_UW.4.o

Charakterystyka F I_U4

Posiada umiejętność samodzielnego stosowania metod matematycznych (algebra, geometria, analiza matematyczna) do rozwiązywania problemów stawianych przez fizykę. Umie na podstawie zalecanej literatury lub innych fachowych źródeł rozszerzyć - poprzez pracę własną-posiadaną dotychczas wiedzę i umiejętności z zakresu fizyki.
Weryfikacja: Kolokwium, obserwacja i ocena umiejętności studenta w trakcie zajęć.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: IM1_U05
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UU