Фізика, частина 2
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка
Код дисципліни: 6.172.00.O.014
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Прикладна фізика і наноматеріалознавство
Лектор: к.т.н., доцент Балабан О.В.
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
- загальні компетентності: здатність до системного мислення.
- фахові компетентності: здатність проводити інструментальні вимірювання в інформаційно-телекомунікаційних мережах, телекомунікаційних та радіотехнічних системах.
Результати навчання: 1. Здатність продемонструвати систематичні знання сучасних методів проведення досліджень в області прикладної фізики та наноматеріалів.
2. Здатність продемонструвати поглиблені знання у вибраній області наукових досліджень.
3. Застосовувати знання і розуміння для розв’язування задач синтезу та аналізу елементів та систем, характерних обраній області наукових досліджень.
4. Досліджувати і моделювати явища та процеси різної складності при вирішенні задач наноматеріалознавства.
5. З використанням набутих дослідницьких навичок здатність самостійного успішного проведення експериментальних досліджень.
6. Оцінювати доцільність та можливість застосування нових методів і технологій в задачах синтезу наноматеріалів та розв’язанні задач прикладної фізики.
7. Аргументувати вибір методів розв’язування науково-прикладної задачі, критично оцінювати отримані результати та захищати прийняті рішення.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
1. Технологія і фізика наноструктур електроніки і спінтроніки;
2. Новітні методи фізичних досліджень.
Супутні і наступні навчальні дисципліни
1. Спеціальні розділи хімії;
2. Фізика конденсованого стану і квантово-розмірних систем.
Короткий зміст навчальної програми: За своєю логічною побудовою курс можна умовно розділити на три частини. В першій частині послідовно викладені начала супрамолекулярних об’єктів різноманітної хімічної природи з фізичним аналізом супрамолекулярних взаємодій. Окремо висвітлена «філософія» супрамолекулярного пристрою. Виходячи з цього далі у другій частині викладаються базові принципи та концептуальні підходи до формування супрамолекулярних ансамблів різноманітної архітектури: мультипошарові неорганічно/органічні наногібридизовані клатрати, напівпровідниково/кавітандні ієрархічні структури та їхні інтеркалати. В останньому ракурсі значна увага надана вперше виявленим ефектам селективного катіон - аніонного розпізнавання ієрархічними неорганічно/кавітандними ансамблями. З’ясувавши основні фізичні властивості супрамолекулярних ансамблів, далі послідовно висвітлюються їх поведінка в електричному, магнітному та світлової хвилі полях. У третій частині систематизуються і узагальнюються найновіші тенденції в теорії супрамолекулярних систем. Зокрема, вперше висвітлюються такі найновіші ефекти як інтерференційна блокада фарадеєвського струмоутворення, квантовий реактанс супрамолекулярних ієрархічних об’єктів, поява обертового полярона та аналізуються механізми роботи пристроїв, заснованих на резонансному тунелюванні і інших квантово-механічних ефектах. В ці відомості органічно вплітаються теоретичні моделі для квантово-розмірних N-бар’єрних структур та наногераторів електричної енергії.
Опис: Електромагнетизм. Магнітне поле у вакуумі.
Лекція 1. Магнітне поле. Магнітна індукція. Закон Ампера. Принцип суперпозиції магнітних полів. Закон Біо-Савара-Лапласа. Магнітне поле прямого та колового струмів. Сила Лоренца. Циркуляція вектора магнітної індукції. Закон повного струму у вакуумі. Магнітне поле соленоїда і тороїда.
Лекція 2. Магнітний потік. Теорема Остроградського-Гауса для магнітного поля. Робота при переміщенні провідника і контуру зі струмом у магнітному полі. Ефект Холла.
Магнітні властивості речовини.
Лекція 3. Магнітні моменти електронів і атомів. Магнітне поле в речовині. Намагніченість. Напруженість магнітного поля. Теорема про циркуляцію векторів магнітної індукції і напруженості магнітного поля в речовині. Діамагнетики. Парамагнетики. Феромагнетики та їх властивості.
Електромагнітна індукція. Основи теорії Максвелла.
Лекція 4. Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца. Закон електромагнітної індукції. Явище самоіндукції. Індуктивність. Енергія магнітного поля. Об`ємна густина енергії магнітного поля.
Лекція 5. Вихрове електричне поле. Струм зміщення. Рівняння Максвелла для електромагнітного поля.
Лекція 6. Електромагнітні хвилі та їх властивості. Енергія електромагнітних хвиль. Потік енергії. Вектор Умова-Пойнтінга.
Xвильова оптика. Інтерференція і дифракція світла
Лекція 7. Хвильова природа світла. Когерентність і монохроматичність світлових хвиль. Інтерференція світла. Розрахунок інтерференційної картини від двох когерентних джерел.
Лекція 8. Інтерференція світла в тонких плівках. Просвітлення оптики. Інтерферометри.
Лекція 9. Дифракція світла. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракція Фраунгофера на одній щілині. Дифракційна гратка.
Поляризація та взаємодія світла з речовиною.
Лекція 10. Природне і поляризоване світло. Закон Малюса. Закон Брюстера. Подвійне променезаломлення. Штучна оптична анізотропія.
Лекція 11. Дисперсія світла. Нормальна і аномальна дисперсія. Поглинання світла. Закон Бугера-Ламберта.
Елементи квантової механіки, ядерної фізики і фізики твердого тіла. Елементи квантової механіки. Фізика атомів і молекул
Лекція 12. Теплове випромінювання. Закони теплового випромінювання. Квантова гіпотеза і формула Планка. Формула де Бройля. Дослідне обґрунтування корпускулярно-хвильового дуалізму матерії.
Лекція 13. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Хвильова функція та її статистичний зміст. Рівняння Шредінгера для стаціонарних станів. Частинка в одновимірній потенціальній ямі.
Лекція 14. Атом водню у квантовій механіці. Квантові числа. Дослід Штерна і Герлаха. Спін електрона. Принцип Паулі. Розподіл електронів в атомі за станами. Рентгенівські спектри.
Елементи фізики твердого тіла
Лекція 15. Енергетичні зони в кристалах. Валентна зона і зона провідності. Поділ тіл на метали, діелектрики і напівпровідники. Власна провідність напівпровідників. Домішкова провідність напівпровідників. Р-n перехід і його вольт-амперна характеристика.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль (40%): усне опитування, презентації на семінарах, контрольні роботи, індивідуальні письмові роботи. - Випускний тест (60%): іспит.
Критерії оцінювання результатів навчання: Порядок та критерії виставляння балів та оцінок:
Теоретичні питання мають на меті перевірку навичок студентів щодо розуміння теоретичного матеріалу. Відповідь по-можливості має бути повною та аргументованою.
• Максимальну кількість балів (мкб) за питання отримує студент, що повністю висвітлив питання;
• 70-90 % від мкб – питання в цілому висвітлене, але є незначні неточності або інші недоліки;
• 50-70 % від мкб – відповідь на питання дано не в повному обсязі і/або є суттєві помилки;
• 30-50 % від мкб– зроблена спроба відповісти на питання, але зроблено грубі помилки і/або питання в цілому не висвітлене. Такої ж оцінки заслуговуватиме студент, якщо він робить неправильні висновки на основі логічних припущень, що містять правильні міркування;
• 10-30 % від мкб– зроблена невдала спроба відповісти на питання, лише окремі міркування і /або формули є вірними;
• 0 балів – жодна з записаних формул не має стосунку до даного питання, всі міркування є помилковими, або цілковито відсутні.
Задачі мають на меті перевірку навичок студентів у практичному розв’язуванні фізичних задач. Задачі потрібно розв’язати з максимально можливим поясненням і, якщо в цьому є потреба, з рисунком.
• максимальну кількість балів (мкб) отримує студент, що повністю розв’язав задачу;
• 70-90 % від мкб виставляється за розв’язану задачу, в якій є незначні неточності;
• 50-70 % від мкб – при розв’язанні допущено помилку(и), що вплинуло на результат, але підхід до розв’язання був правильним;
• 30-50 % від мкб – зроблена спроба розв’язати задачу, але зроблено грубі помилки і результат невірний;
• 10-30 % від мкб – зроблена невдала спроба розв’язати задачу і записано одна або кілька правильних формул, що мають відношення до даної задачі;
• 0 балів – жодна з записаних формул не має відношення до даної задачі, або студент навіть не зробив спроби розв’язати запропоновану задачу.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Григорчак І. І., Лукіянець Б А., Підлужна А. Ю., Політанський Л. Ф., Понеділок Г. В., Саміла А. П., Хандожко О. Г. Фізичні процеси у супрмолекулярних ансамблях та їх практичне застосування // монографія за ред. І. І. Григорчака. – Чернівці: Чернівецький нац. ун-т, 2016. – 536 с.
2. Григорчак І. І., Костробій П. П., Стасюк І. В., Токарчук М. В., Величко О. В., Іващишин Ф. О., Маркович Б. М. Фізичні процеси та їх мікроскопічні моделі в періодичних неорганічно/органічних клатратах: Монографія/Григорчак І. І. та ін. – Львів. Видавництво Растр-7, 2015. – 286 с.
3. Зенон Готра, Іван Григорчак, Богдан Лукіянець, Віктор Махній, Сергій Павлов, Леонід Політанський, Ежи Потенські. Субмікронні та нанорозмірні структури електроніки: Підручник. – Чернівці: Видавництво та друкарня «Технологічний Центр». 2014. - 839 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).