Syllabus

Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

Каф. фізики

Фізика

Силабус

1. Освітні програми, для яких дисципліна є обов’язковою:

# Рівень освіти Галузь знань Спеціальність Освітня програма Курс(и) Семестр(и)
1 бакалавр 14. Електрична інженерія 141. Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка (бакалавр) 1 1-3

2. Дисципліна пропонується як вибіркова для усіх рівнів вищої освіти і усіх освітніх програм.

3. Інформація про автора курсу

Прізвище, ім'я та по батькові Мочарський Віталій Сергійович
Науковий ступінь канд. техн. наук
Вчене звання немає
Посилання на сторінку викладача(ів) на офіційній веб-сторінці університету https://library.tntu.edu.ua/personaliji/a/m/mocharskyj-vitalij-serhijovych/
Е-mail (в домені tntu.edu.ua) Mocharskyi@tntu.edu.ua

4. Інформація про навчальну дисципліну

Розподіл аудиторних годин Лекції: 66
Практичні заняття: 0
Лабораторні заняття: 68

Кількість годин самостійної роботи: 181
Кількість кредитів ECTS: 10,5
Мова викладання українська
Вид підсумкового контрою екзамен
Посилання на електронний навчальний курс у СЕН університету ATutor https://dl.tntu.edu.ua/bounce.php?course=570

5. Програма навчальної дисципліни

Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Мета вивчення навчальної дисципліни –– вивчення студентами основних фізичних явищ; оволодіння фундаментальними поняттями, законами і теоріями класичної і сучасної фізики, а також методами фізичного дослідження. Формування наукового світогляду.
Завдання навчальної дисципліни
За результатами вивчення дисципліни студент повинен продемонструвати такі результати навчання:
знати:
- фундаментальні фізичні поняття;
- основні фізичні явища і закони класичної та сучасної фізики;
- методи фізичних досліджень.
вміти:
- розв’язувати фізичні задачі в межах курсу загальної фізики:
- працювати з фізичним обладнанням, проводити прості експерименти;
- опрацьовувати результати фізичних вимірювань;
- застосовувати фізичні явища, закони та методи фізичних досліджень до інженерних задач.

Місце дисципліни в структурно-логічній схемі навчання за освітньою програмою

Перелік дисциплін, або знань та умінь, володіння якими необхідні студенту (вимоги до рівня підготовки) для успішного засвоєння дисципліни

Фізика, математика

Перелік дисциплін які базуються на результатах навчання з даної дисципліни

Електричні машини
Світлові прилади
Електротехнічні та конструкційні матеріали
Енергозбереження у світлотехнічній галузі
Математичні задачі електроенергетики
Електротехнічні та конструкційні матеріали
ПРОМИСЛОВА ЕЛЕКТРОНІКА
Введення в спеціальність
Техніка високих напруг
Відновлювані джерела енергії
Забезпечення енергоощадності цивільних та промислових споруд
Теоретичні основи електротехніки
Електропостачання
Фізичні основи джерел світла

Зміст навчальної дисципліни

Лекційний курс (формулювання тем)

Вступ. Кінематика.
Предмет фізики. Методи фізичних досліджень. Комп’ютерні технології в сучасній фізиці. Роль фізики у формуванні інженера. Механічний рух як найпростіша форма руху матерії. Простір і час. Елементи кінематики матеріальної точки.
Динаміка матеріальної точки.
Закони Ньютона і їх фізичний зміст. Центр мас механічної системи і закон його руху. Закон збереження імпульсу.
Робота та енергія. Сили в механіці.
Енергія як міра кількості руху і взаємодії. Робота сили. Потужність. Кінетична енергія тіла. Поле як форма матерії, що передає взаємодію. Потенціальна енергія тіла в силовому полі. Консервативні і дисипативні сили. Закон збереження механічної енергії. Сили тертя. Роль тертя в техніці. Пружні деформації. Діаграма напружень. Закон Гука. Енергія пружньоздеформованого тіла.
Рух в НСВ. Елементи СТВ.
Неінерціальні системи відліку. Сили інерції, їх прояви в техніці. Перетворення Галілея. Постулати Ейнштейна і перетворення Лоренца. Наслідки СТВ.
Обертовий рух твердого тіла.
Елементи кінематики обертового руху. Закон динаміки обертового руху твердого тіла відносно нерухомої осі. Кінетична енергія і робота при обертовому русі. Закон збереження момента імпульсу. Гіроскопічний ефект і його прояви в техніці.
Механічні коливання.
Гармонічні коливання. Пружинний, математичний і фізичний маятники. Енергія гармонічних коливань. Додавання гармонічних коливань. Згасаючі коливання. Аперіодичний процес. Вимушені коливання. Резонанс і його роль в техніці. Поняття про автоколивання.
Біжучі хвилі.
Поперечні і поздовжні хвилі в пружньому середовищі. Рівняння біжучої хвилі.
Суперпозиція хвиль.
Хвильове рівняння. Енергія хвилі. Принцип суперпозиції для хвиль. Хвильовий пакет. Інтерференція хвиль. Стоячі хвилі. Звук і його сприйняття людиною.
Молекулярно-кінетична теорія ідеального газу.
Статистичний і термодинамічний методи досліджень. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії. МКТ теплоємності ідеального газу і її обмеженість. Закон Максвелла для розподілу молекул за швидкостями. Барометрична формула. Закон Больцмана для розподілу частинок в зовнішньому потенціальному полі. Середня довжина вільного пробігу молекул. Закони дифузії, теплопровідності, внутрішнього тертя.
Перший закон термодинаміки.
Перший принцип термодинаміки. Застосування першого принципу термодинаміки до ізопроцесів. Адіабатичний процес. Робота при ізопроцесах.
Цикли. Другий закон термодинаміки.
Оборотні і необоротні процеси. Цикли. Теплові двигуни і холодильні машини. Цикл Карно і його к.к.д. Другий принцип термодинаміки. Вільна енергія і ентропія. Закон зростання ентропії.
Реальні гази.
Відхилення від законів ідеального газу. Моделі міжмолекулярної взаємодії. Рівняння Ван-дер-Ваальса. Критичний стан. Ефект Джоуля-Томсона. Зрідження газів.
Рідини.
Основні характеристики рідин. Вязкість і надплинність. Поверхневий натяг.
Кристали та аморфні тіла.
Рідкі кристали. Структура і теплові властивості твердих тіл. Дефекти в кристалах. Фізичні основи міцності кристалів.
Фазові переходи.
Умова рівноваги фаз. Найпростіша фазова діаграма. Поняття про фазові переходи 1-го та 2-го роду. Рівняння Клапейрона-Клаузіуса. Речовина в екстремальних умовах.
Електричне поле у вакуумі.
Електричний заряд. Електричне поле у вакуумі і його характеристики.
Теорема Гауса та її застосування.
Теорема Гаусса для напруженості електричного поля. Застосування теореми до розрахунку поля заряджених тіл.
Поле в діелектриках.
Поле в діелектрику. Вектор поляризації. Діелектрична проникливість. Сегнетоелектрики.
Поле в провідниках. Електроємність. Об’ємна густина енергії електричного поля.
Провідники в електростатичному полі. Електроємність. Конденсатори. Об’ємна густина енергії електричного поля.
Закони постійного струму. Класична теорія електропровідності. Явище надпровідності.
Характеристики та умови існування електричного струму. Класична теорія електропровідності металів, її дослідне обгрунтування. Явище надпровідності. Закони постійного струму.
Струм в газах. Плазма.
Струм в газах. Види газових розрядів. Самостійна та несамостійна провідність. Поняття про плазму та її застосування.
Термоелектронна емісія термоелектрики.
Струм в електролітах. Термоелектронна емісія. Термоелектрика. Ефект Зеебека та Пельтьє.
Характеристики магнітного поля. Сала Ампера. Магнітне поле провідників різної форми.
Магнітна взаємодія струмів. Сила Ампера. Магнітне поле і його характеристики. Сила Лоренца. Магнітне поле провідника зі струмом. Закон Біо-Савара-Лапласа, його застосування.
Намагнічування речовини. Типи магнетиків. Діа-, пара-, феромагнетики.
Намагнічування речовини. Типи магнетиків. Вектор намагнічування. Магнітна проникливість середовища. Феромагнетики.
Циркуляція магнітної індукції. Робота по переміщенню витка зі струмом в магнітному полі.
Циркуляція магнітної індукції. Поле соленоїда. Робота по переміщенню витка зі струмом в магнітному полі. Магнітний потік.
Явище електромагнітної індукції. Самоіндукція і взаємоіндукція.
Явище електромагнітної індукції. Закон Фарадея-Максвела. Самоіндукція і взаємоіндукція. Індуктивність.
Енергія магнітного поля. Електромагнітні коливання в контурі.
Електромагнітні коливання в контурі. Об’ємна густина енергії магнітного поля.
Змінний струм.
Змінний струм, його одержання, характеристики. Зсув фаз між струмом і напругою на активному опорі, ємності, індуктивності. Резонанс струмів
Струми зміщення . Рівняння Максвелла.
Струми зміщення. Рівняння Максвелла в інтегральній формі і їх фізичний зміст. Основні властивості електромагнітних хвиль. Вектор Пойнтінга.
Геометрична і хвильова оптика. Інтерференція світла.
Геометрична і хвильова оптика. Когерентність і монохроматичність світлових хвиль. Інтерференція світла і методи її спостереження. Інтерферометри.
Дифракція світла.
Дифракція світла. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракція світла на щілині. Лінійна дифракційна гратка. Роздільна здатність оптичних приладів. Принципи голографії.
Дисперсія та поляризація світла.
Дисперсія світла в речовині. Закон Бугера для поглинання. Зв’язок дисперсії з поглинанням. Природнє і поляризоване світло. Поляризація світла при відбиванні. Подвійне променезаломлення. Призма Ніколя. Штучна оптична анізотропія.
Теплові джерела світла. Закони теплового випромінювання.
Теплові джерела світла. Закон Кірхгофа. Розподіл енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла. Квантова гіпотеза. Закони Стефана-Больцмана і Віна. Оптична пірометрія.
Фотоефект та його закони.
Закони фотоефекту. Фотони. Тиск світла. Корпускулярно-хвильова єдність для випромінювання.
Гіпотеза де Бройля. Співвідношення невизначеностей. Хвильова функція.
Хвильові властивості частинок. Співвідношення невизначенностей. Хвильова функція. Рівняння Шредінгера.
Задача про електрон в потенціальній ямі. Квантовий осцилятор.
Задача про електрон в потенціальній ямі. Квантовий осцилятор. Тунельний ефект.
Спін електрона. Принцип Паулі. Розподіл електронів в атомах.
Спін електрона. Квантові числа. Принцип Паулі і розподіл електронів в атомах по оболонках.
Молекулярні спектри.
Молекулярні спектри. Зв’язки в молекулах.
Поглинання, спонтанне і вимушене випромінювання. Лазери.
Поглинання, спонтанне і вимушене випромінювання. Принцип детальної рівноваги і формула Планка. Лазери, їх застосування в техніці.
Квантова теорія теплоємності.
Внутрішня структура твердих тіл. Квантова теорія теплоємності кристалічної гратки. Фонони.
Типи кристалічних зв’язків. Енергетичні зони в твердих тілах.
Типи кристалічних зв’язків. Енергетичні зони в кристалах і поділ твердих тіл на класи (метали, діелектрики, напівпровідники).
Електрони в металах. Рівень Фермі. Пояснення надпровідності.
Електрони в металах. Рівень Фермі. Квантова теорія електропровідності. Пояснення надпровідності.
Провідність металів. Власна і домішкова провідність напівпровідників. Фотопровідність.
Власна і домішкова провідність напівпровідників. Фотопровідність.
Люмінесценція твердих тіл. Контактні явища. Діоди та транзистори.
Люмінесценція твердих тіл. Контактні явища. P-n-перехід.
Будова ядра. Ядерні сили. Дефект маси та енергія зв’язку ядер.
Будова ядра. Ядерні сили. Дефект маси і енергія зв’язку ядер. Моделі ядра.
Радіоактивність ядер. Закон розпаду. Взаємодія радіоактивного випромінювання з речовиною.
Радіоактивність ядер. Закон розпаду. Методи реєстрації радіоактивного випромінювання. Взаємодія радіоактивного випромінювання з речовиною.
Ядерні реакції. Принцип дії реактора. Проблема охорони навколишнього середовища.
Ядерні реакції. Принцип дії реактора. Проблема охорони навколишнього середовища.
Сучасна фізична картина світу. Підсумкова лекція.

Лабораторний практикум (теми)

Визначення густини тіла правильної геометричної форми
Вивчення законів поступального руху на машині Атвуда
Вивчення законів обертового руху твердого тіла за допомогою маятника Обербека.
Вивчення моменту інерції махового колеса і сили тертя в опорі.
Визначення моменту інерції тіла за допомогою крутильного маятника FPM-05.
Визначення модуля Юнга методом прогину стержня.
Визначення прискорення сили тяжіння за допомогою фізичного маятника.
Визначення логарифмічного декремента та коефіцієнта згасання коливань маятника.
Вивчення законів механіки при дослідженні крутильних коливань
Визначення швидкості звуку в повітрі методом інтерференції.
Визначення коефіцієнта в’язкості рідини методом Стокса.
Визначення коефіцієнта в’язкості рідини капілярним віскозиметром.
Визначення довжини вільного пробігу і ефективного діаметра молекул повітря шляхом вимірювання коефіцієнта внутрішнього тертя.
Визначення відношення питомих теплоємностей методом Клемана-Дезорма.
Визначення коефіцієнта поверхневого натягу методом порівняння крапель.
Визначення коефіцієнта поверхневого натягу методом відриву кільці.
Визначення коефіцієнта лінійного розширення твердих тіл.
Вивчення електростатичного поля методом зондів.
Визначення ціни поділки і внутрішнього опору гальванометра.
Вимірювання опорів містком Уітстона.
Визначення температурного коефіцієнта електроопору металів.
Вимірювання електрорушійної сили джерела методом компенсації.
Градуювання термопари.
Визначення питомого опору електроліту.
Визначення ємності конденсатора за допомогою містка Сотті.
Перевірка закону Ома для змінних струмів.
Вимірювання потужності змінного струму і зсуву фаз між струмом і напругою.
Вивчення релаксаційного генератора.
Визначення горизонтальної складової напруженості та індукції магнітного поля Землі.
Дослідження електромагнітних хвиль у двопровідній лінії.
Визначення показників заломлення рідин за допомогою рефрактометра.
Визначення світлотехнічних характеристик та світлового поля лампи розжарення.
Визначення концентрації розчину цукру за допомогою поляриметра.
Визначення довжини світлової хвилі за допомогою кілець Ньютона.
Визначення довжини світлових хвиль за допомогою дифракційної ґратки.
Визначення сталої Стефана-Больцмана.
Дослідження спектру випромінювання атома водню.
Зняття вольт-амперних характеристик і визначення інтегральної чутливості фотоелемента із зовнішнім фотоефектом.
Визначення сталої Планка за допомогою фотоелемента.
Визначення спектральної чутливості напівпровідникового фотоелемента.
Вивчення фотоелектричних властивостей фотоопору.
Дослідження залежності опору напівпровідників від температури.

Навчальні матеріали та ресурси

1. Дідух Л.Д. Основи механіки.- Тернопіль: ТНТУ, 2010.
2. Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: ВШ, 1985.
3. Курс фізики /за ред. І.Є. Лопатинського.– Львів: Бескид Біт, 2002.
4. Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики: Навчальний посібник. У 3 трьох томах. Т.1: Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка / за ред. І.М. Кучерука.- 2-ге вид., випр.- К.: Техніка, 2006.
5. Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики: Навчальний посібник. У 3-х томах. Т.2: Електрика і магнетизм / за ред. І.М. Кучерука.- 2-ге вид., випр.- К.: Техніка, 2006.
6. Кучерук І.М., Горбачук І.Т. Загальний курс фізики: Навчальний посібник. У 3 трьох томах. Т.3: Оптика. Квантова фізика / за ред. І.М. Кучерука.- 2-ге вид., випр.- К.: Техніка, 2006.
7. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.- М.: ВШ, 1989.
8. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики.- М.: Наука, 1979.

6. Політика та контроль навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання

Кожне лабораторне заняття оцінюється за 10-бальною шкалою, модульна оцінка з лабораторних занять є середнім арифметичним значенням результатів лабораторних занять даного модуля. Для практичних занять використовується ця ж методика, з максимальним балом за заняття (тему) – 8 балів. В такий спосіб забезпечується достатня роздільна здатність оцінювання.

Модуль 1 (37 балів)
Лабораторні роботи (10 балів)
Практичні заняття (8 балів)
Модульний контроль №1 (19 балів)
Модуль 2 (38 балів)
Лабораторні роботи (10 балів)
Практичні заняття (8 балів)
Модульний контроль №2 (20 балів)


Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:

Шкала оцінок
ВНЗ
(100-бальна)
Національна
(4-бальна)
ECTS
90-100 Відмінно А
82-89 Добре B
75-81 C
67-74 Задовільно D
60-66 E
35-59 Незадовільно FX
1-34 F
Затверджено рішенням кафедри
(протокол №
від «
»
року).