Elektromagnetyzm i optyka

Wiedza z fizyki na poziomie szkoły średniej oraz aparat matematyczny na poziomie repetytorium dedykowanemu tym studiom

WYKŁAD: 45 godz.

Godziny kontaktowe (z udziałem wykładowcy): łącznie 45 godz.

systematyczne opracowywanie zagadnień zgodnie z zalecaną literaturą: 45 godz.

przygotowanie do egzaminu: 20 godz.

Godziny niekontaktowe (praca własna studenta): łącznie 65 godz.

KONWERSATORIUM: 30 godz.

Godziny kontaktowe (z udziałem prowadzącego): łącznie 30 godz.

opracowywanie zagadnień konwersatoryjnych: 15 godz.

przygotowanie do kolokwiów: 30 godz.

Godziny niekontaktowe (praca własna studenta): łącznie 45 godz.

Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu: 8

WIEDZA (K_W01, K_W03, K_W08)

Weryfikacja poprzez: egzamin pisemny i ustny na wykładzie obejmujący całość materiału kursu, testy sprawdzające znajomość pojęć, praw i teorii, oraz interpretację zjawisk i wyników doświadczeń; dodatkowo kolokwia na konwersatorium pozwalające ocenić znajomość metod doświadczalnych i technik analizy danych z zakresu elektromagnetyzmu i optyki.

UMIEJĘTNOŚCI (K_U01, K_U02, K_U03, K_U05, K_U10, K_U11)

Weryfikacja poprzez: zadania praktyczne i obliczeniowe rozwiązywane na kolokwiach, analizę i interpretację danych eksperymentalnych, samodzielne wykonywanie prostych doświadczeń lub symulacji, przygotowanie krótkich prezentacji wyników lub raportów z doświadczeń, udział w dyskusji i argumentowanie wniosków podczas konwersatorium.

KOMPETENCJE SPOŁECZNE (K_K01, K_K02, K_K03, K_K05, K_K06)

Weryfikacja poprzez: ocenę pracy w grupie podczas zadań praktycznych na konwersatorium, analizę sposobu formułowania wniosków i argumentów, udział w dyskusjach naukowych, prezentacje wyników, ocenę krytycznego myślenia i uwzględniania aspektów etycznych i społecznych podczas realizacji zadań i projektów praktycznych.

1) Ładunki elektryczne

a) Ładunek elektryczny

b) Przewodniki, izolatory i elektryzowanie przez indukcję

c) Prawo Coulomba

d) Pole elektryczne

e) Wyznaczanie natężenia pola elektrycznego rozkładu ładunków

2) Prawo Gaussa

a) Strumień pola elektrycznego

b) Stosowanie prawa Gaussa

3) Potencjał elektryczny

a) Elektryczna energia potencjalna

b) Potencjał elektryczny i różnica potencjałów

c) Obliczanie potencjału elektrycznego przy użyciu prawa Gaussa

d) Obliczanie natężenia na podstawie gradientu potencjału

e) Powierzchnie ekwipotencjalne i przewodniki

4) Pojemność elektryczna

a) Kondensatory i pojemność elektryczna

b) Łączenie szeregowe i równoległe kondensatorów

c) Energia zgromadzona w kondensatorze

d) Kondensator z dielektrykiem

5) Prąd i rezystancja

a) Prąd elektryczny

b) Model przewodnictwa w metalach

c) Rezystancja

d) Prawo Ohma

e) Energia i moc elektryczna

6) Obwody prądu stałego

a) Siła Elektromotoryczna

b) Oporniki połączone szeregowo i równolegle

c) Prawa Kirchhoffa

7) Siła i pole magnetyczne

a) materiały magnetyczne

b) Mikroskopowy model magnetyka

c) Pola magnetyczne i ich linie

d) Ruch cząstki naładowanej w polu magnetycznym

e) Siła magnetyczna działająca na przewodnik z prądem

f) Wypadkowa sił i moment sił działających na pętlę z prądem

g) Zastosowania sił i pól magnetycznych

8) Źródła pola magnetycznego

a) Prawo Biota-Savarta

b) Pole magnetyczne cienkiego, prostoliniowego przewodu z prądem

c) Oddziaływanie magnetyczne dwóch równoległych przewodów z prądem

d) Pole magnetyczne pętli z prądem

e) Prawo Ampère’a

f) Solenoidy i toroidy

g) Magnetyzm materii

9) Indukcja elektromagnetyczna

a) Prawo Faradaya

b) Reguła Lenza

c) Siła elektromotoryczna wywołana ruchem

d) Indukowane pola elektryczne

e) Prądy wirowe

f) Generatory elektryczne i siła przeciwelektromotoryczna

g) Zastosowania indukcji elektromagnetycznej

10) Indukcyjność

a) Indukcyjność wzajemna

b) Samoindukcja i cewki indukcyjne

c) Obwody RL

d) Oscylacje obwodów LC

e) Obwody RLC

11) Fale elektromagnetyczne

a) Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne

b) Płaskie fale elektromagnetyczne

c) Energia niesiona przez fale elektromagnetyczne

d) Pęd promieniowania elektromagnetycznego

e) Widmo promieniowania elektromagnetycznego

12) Natura światła

a) Rozchodzenie się światła

b) Prawo odbicia i załamania

c) Całkowite wewnętrzne odbicie

d) Rozszczepienie światła

d) Zasada Huygensa

e) Polaryzacja

13) Optyka geometryczna i tworzenie obrazu

a) Obrazy tworzone przez zwierciadła płaskie

b) Zwierciadła sferyczne

c) Obrazy tworzone przez załamanie promieni światła

d) Cienkie soczewki

e) Oko

f) Proste przyrządy optyczne

g) Mikroskopy i teleskopy

14) Interferencja

a) Doświadczenie Younga z dwiema szczelinami

b) Interferencja na wielu szczelinach

c) Interferencja w cienkich warstwach

d) Interferometr Michelsona

15) Dyfrakcja

a) Dyfrakcja na szczelinie

b) Siatki dyfrakcyjne

c) Otwory kołowe i rozdzielczość

1. I.W. Sawieliew Wykłady z fizyki t. II Wyd.PWN 1994

2. Sz. Szczeniowski Fizyka doświadczalna t. III

3. https://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2

4. 3. https://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-3

WIEDZA

K_W01 – zna i rozumie podstawowe i zaawansowane pojęcia, prawa i teorie z zakresu elektryczności, magnetyzmu, indukcji elektromagnetycznej oraz optyki, w tym zależności między ładunkami, polami elektrycznymi i magnetycznymi, potencjałem, prądem i napięciem, własności fal elektromagnetycznych oraz zjawisk optycznych.

K_W03 – zna i rozumie teorie oraz metody doświadczalne stosowane w fizyce klasycznej i optyce, pozwalające na opis i wyjaśnienie zjawisk związanych z elektrycznością, magnetyzmem, falami i światłem.

K_W08 – zna techniki przygotowania i prowadzenia doświadczeń fizycznych oraz metody analizy danych z zakresu elektromagnetyzmu i optyki.

UMIEJĘTNOŚCI

K_U01 – potrafi opisać i analizować zjawiska fizyczne w elektryczności, magnetyzmie i optyce.

K_U02 – potrafi stosować prawa fizyki do rozwiązywania problemów i przewidywania efektów zjawisk elektromagnetycznych i optycznych.

K_U03 / K_U05 – potrafi wykonywać i interpretować doświadczenia oraz obliczenia z zakresu pola elektrycznego i magnetycznego, indukcji, prądu, napięcia, kondensatorów, cewek, fal elektromagnetycznych oraz zjawisk optycznych.

K_U10 / K_U11 – potrafi korzystać z literatury fachowej, prezentować wyniki i komunikować się przy użyciu specjalistycznej terminologii.

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K_K01 / K_K02 – potrafi krytycznie ocenić swoją wiedzę i wyniki eksperymentów, formułować wnioski i korzystać z opinii specjalistów.

K_K03 / K_K05 / K_K06 – potrafi współdziałać w grupie, podejmować odpowiedzialne decyzje, uwzględniając etyczne, praktyczne i społeczne aspekty działań badawczych.