Φυσική (Θεωρία)

Πληροφορίες Μαθήματος

Εξάμηνο Μαθήματος:
1
Μέρος Μαθήματος:
Θεωρία
Κωδικός Μέρους Μαθήματος:
244102
Εβδομαδιαίες Ώρες Διδασκαλίας:
3
Εβδομαδιαίες Ώρες Άσκησης Πράξης:
1
Μονάδες ECTS Μαθήματος:
6
Διαθέσιμο σε σπουδαστές ERASMUS:
Όχι
Προσωπικό Μαθήματος:


Σκοπός Μαθήματος

Σκοπός του μαθήματος είναι να αποκτήσουν οι σπουδαστές τις απαραίτητες θεωρητικές γνώσεις σε βασικές αρχές της φυσικής επιστήμης προκειμένου να ανταποκριθούν στις εξειδικευμένες απαιτήσεις των τεχνολογικών μαθημάτων ειδικότητας των επόμενων εξαμήνων.


Μαθησιακοί Στόχοι

Ο καθε φοιτητής θα πρέπει να είναι σε θέση να:

  • Υπολογίζει μέση τιμή, τυπική απόκλιση, σφάλμα από μετάδοση και σύνθετα σφάλματα μετρήσεων.
  • Σχεδιάζει  γραφικά τα αποτελέσματα εργαστηριακών μετρήσεων.
  • Ανακατασκευάζει εκθετικές, λογαριθμικές και εξισώσεις δύναμης  σε γραμμική έκφραση.
  • Ορίζει την ταχύτητα, επιτάχυνση, κινητική ενέργεια και έργο.
  • Υπολογίζει τη θέση, ταχύτητα και επιτάχυνση κινητού αν είναι γνωστή η σχέση (α) δύναμης-θέσης, (β) δύναμης-ταχύτητας (γ) ταχύτητας-θέσης και (δ) επιτάχυνσης-θέσης.
  • Ορίζει τις συνθήκες διατηρητικότητας πεδίων.
  • Προσδιορίζει αν κάποιο πεδίο είναι διατηρητικό.
  • Υπολογίζει τα μεγέθη της κίνησης (θέση, ταχύτητα, επιτάχυνση) σε αρμονικές, εξαναγκασμένες και φθίνουσες μηχανικές ταλαντώσεις.
  • Υπολογίζει τη σχέση δύναμης-γωνιακής συχνότητας σε εξαναγκασμένες μηχανικές ταλαντώσεις και να καθορίζει τη σχέση της συχνότητα συντονισμού με τα φυσικά χαρακτηριστικά του εξαναγκασμένου ταλαντωτή.
  • Υπολογίζει τη σχέση συντελεστή ποιότητας με τα R,L,C για κύκλωμα εξαναγκασμένων ταλαντώσεων RLC σε σειρά.
  • Ορίζει τη στάθμη Fermi.
  • Ορίζει τη σχέση ενέργειας και περιοχής απογύμνωσης σε διόδους p-n.
  • Σχεδιάζει τα διαγράμματα ενέργειας θέσης σε διόδους επαφής.
  • Ερμηνεύει το φαινόμενο της χιονοστοιβάδαςγράφει τις τέσσερις εξισώσεις του Maxwell στο κενό και σε μέσο διάδοσης.
  • Ορίζει το ρεύμα μετατόπισης.


Γενικές Ικανότητες

Η φυσική προάγει τις ακόλουθες γενικές ικανότητες:

  • Ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών.
  • Άσκηση κριτικής σκέψης και προαγωγή της ελεύθερης και δημιουργικής σκέψης πράγμα που οδηγεί στη λήψη αποφάσεων.
  • Ομαδική και αυτόνομη εργασία.
  • Σεβασμό στο φυσικό περιβάλλον.


Περιγραφή Μαθήματος

Η περιγραφή που ακολουθεί ανάγεται σε ώρες διδασκαλίας ανά αντικείμενο ώστε να συμπληρώνονται οι 52 ώρες του θεωρητικού μαθήματος που περιγράφονται αναλυτικά παρακάτω

  1. ΜΗΧΑΝΙΚΗ     (22 ώρες)
  2. ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ & ΘΕΜΕΛΙΩΔΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ  (6 ώρες)
  3. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΕΡΕΟΥ & ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ   (12 ώρες)
  4. ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ   (12 ώρες)

 

Α. ΜΗΧΑΝΙΚΗ                                       

1. ΚΙΝΗΣΗ ΣΩΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ  (6 ώρες)

Α. ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ   (4 ΩΡΕΣ)

  • Ταχύτητα, Επιτάχυνση
  • Ευθύγραμμη ομαλή κίνηση
  • Ομαλά μεταβαλλόμενη κίνηση
  • Νόμοι Νεύτωνα
  • Ευθύγραμμη μεταβαλλόμενη κίνηση
  • Μηχανική κίνηση σωμάτων και συστημάτων σωμάτων
  • Παραδείγματα

B. ENEΡΓΕΙΑΚΗ ΜΕΛΕΤΗ (1 ΩΡΑ)

  • Έργο-ενέργεια
  • Θεώρημα κινητικής ενέργειας 
  • Διατηρητικές δυνάμεις

Γ. ΒΑΡΥΤΗΤΑ & ΣΗΜΑΣΙΑ ΑΥΤΗΣ (1 ΩΡΑ)

  • Επιτάχυνση της βαρύτητας
  • Πεδίο βαρύτητας,  Ένταση πεδίου βαρύτητας,
  • Διατηρητικότητα βαρυτικού πεδίου Ελεύθερη πτώση σωμάτων,
  • Εργαστηριακός υπολογισμός επιτάχυνσης βαρύτητας μέσω ελεύθερης πτώσης

2. ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ & ΚΥΜΑΤΑ  (16 ώρες)

Α. ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ (7 ΩΡΕΣ)

  • Ελατήρια & νόμος του Hooke, Αρμονική ταλάντωση ελατηρίου
  • Σταθερά ταλάντωσης-σχέση με  την ιδιοσυχνότητα
  • Ταλάντωση συστήματος ελατηρίων
  • Απλό εκκρεμές, Ελεύθερη ταλάντωση απλού εκκρεμούς
  • Φθίνουσα ταλάντωση απλού εκκρεμούς-επίδραση αντιστάσεων
  • Είδη ροής-εσωτερική τριβή
  • Συντελεστής ποιότητας ταλάντωσης
  • Εργαστηριακός υπολογισμός μεγεθών μέσω ταλάντωσης σωμάτων, επιτάχυνσης βαρύτητας μέσω ταλάντωσης. αντιστάσεων ταλάντωσης
  • Μοριακό υπόβαθρο ταλαντωτικής συμπεριφοράς-εφελκυσμός, θλίψη & στρέψη

Β. ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ (7 ΩΡΕΣ)

  • Ελαστικά αρμονικά κύματα, Διάδοση ελαστικού αρμονικού κύματος
  • Εξίσωση του αρμονικού κύματος, Ταχύτητα φάσης και ταχύτητα ομάδας
  • Θεμελιώδης εξίσωση της κυματικής
  • Κυματική συμβολή, Ενέργεια ελαστικού αρμονικού κύματος
  • Ελαστικά αρμονικά κύματα στον τρισδιάστατο χώρο
  • Γεωμετρική αναπαράσταση
  • Πυκνότητα ενέργειας & ένταση κύματος
  • Εξίσωση επίπεδου κύματος, Εξίσωση σφαιρικού κύματος
  • Εξασθένηση ελαστικών κυμάτων
  • Ακουστικά κύματα, Φύση των ακουστικών κυμάτων
  • Ανάλυση Fourier, Μονάδα db και dbm
  • Εργαστηριακός υπολογισμός συντελεστή εξασθένησης κυμάτων

Γ. ΚΑΝΟΝΙΚΟΙ ΤΡΟΠΟΙ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗΣ (2 ΩΡΕΣ)

  • Ιδιοταλαντώσεις ελαστικού συστήματος πολλών σωματίων
  • Ιδιοταλαντώσεις ελαστικής χορδής, Ιδιοταλάντωση ως αποτέλεσμα συμβολής κυμάτων
  • Επιτρεπόμενες ιδιοταλαντώσεις χορδής-αρχή κβαντωσης
  • Ανάλυση Fourier ταλαντώσεων χορδής-φάσμα ιδιοσυχνοτήτων
  • Ιδιοταλαντώσεις αέριας στήλης, Ιδιοσυχνότητες, Συντονισμός, Στοιχεία φυσικής μουσικών σωμάτων
  • Εργαστηριακή μελέτη κανονικών τρόπων ταλάντωσης

 

Β. ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ & ΘΕΜΕΛΙΩΔΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ  (6 ώρες)

Α.ΚΥΚΛΩΜΑ RC (2 ΩΡΕΣ)

  • Φόρτιση πυκνωτή, Εκφόρτιση πυκνωτή, Σταθερά χρόνου κυκλώματος RC-στατιστική σημασία
  • Mεταβατική συμπεριφορά κυκλώματος RC
  • Διαφορική συμπεριφορά κυκλώματος RC ως προς φορτίο και  ως προς ρεύμα

B. Κύκλωμα RL (0.5 ΩΡΕΣ)

  • Σταθερά χρόνου κυκλώματος RL-στατιστική σημασία
  • Mεταβατική συμπεριφορά κυκλώματος RL

Γ. Kύκλωμα RLC σε σειρά (3.5 ΩΡΕΣ)

  • Εμπέδηση, Mεταβατική συμπεριφορά κυκλώματος RLC, Iδιοσυχνότητα
  • Υπερκρίσιμη απόσβεση, Κρίσιμη απόσβεση, Υποκρίσιμη απόσβεση
  • Σύγκριση των τριών τύπων αποσβέσεων, Αρμονικά διεγειρόμενα κυκλώματα RLC
  • Ισχύς, Συντονισμός κυκλώματος RLC, Συντελεστής ποιότητας-διαφορά φάσης
  • Σχέση συντελεστή ποιότητα και καμπυλών συντονισμού, Φυσική σημασία του συντελεστή ποιότητας, Κύκλωμα RLC σε παραλληλία, Συντονισμός μέγιστης εμπέδησης, Συντονισμός μέγιστης ισχύος

Γ. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΕΡΕΟΥ & ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ  (12 ώρες)

Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (6 ΩΡΕΣ)

  • Σωματίδια & κύματα, Κύματα de Broglie,  Εξίσωση Scrhoendinger
  • Γραμμικό ενεργειακό φάσμα ατόμων
  • Κβαντικοί αριθμοί, Έννοιες ατομικής φυσικής
  • Ενεργειακό φάσμα ελευθέρων και δέσμιων ηλεκτρονίων
  • Θεμελιώδης και διεγερμένη κατάσταση ατόμου
  • Ενεργειακές ζώνες, Ενεργειακό φάσμα ηλεκτρονίων σε κρύσταλλο
  • Διάκριση αγωγών-ημιαγωγών-μονωτών, Ηλεκτρική αγωγιμότητα ημιαγωγών
  • Ενδογενείς ημιαγωγοί, Ημιαγωγοί προσμίξεων, Ενεργός μάζα ηλεκτρονίων
  • Οπές και ηλεκτρόνια. Απελευθέρωση & επανασύνδεση φορέων
  • Επαφή p-n,  Επαφή p-n σε θερμική ισορροπία, Δυναμικό επαφή, Επαφή p-n υπό την επίδραση εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Ορθή πόλωση, Ανάστροφη πόλωση

Β. ΘΕΡΜΙΟΝΙΚΗ ΕΚΠΟΜΠΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΑΠΟ ΜΕΤΑΛΛΟ (1 ΩΡΑ)

  • Συνάρτηση κατανομής Fermi-Dirac, Θερμιονική εκπομπή ηλεκτρονίων
  • Εργαστηριακή μελέτη θερμιονικής εκπομπής ηλεκτρονίων από μέταλλο

Γ. ΦΩΤΟΑΓΩΓΙΜΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (3 ΩΡΕΣ)

  • Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, Εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
  • Φωτοηλεκτρική εξίσωση του Einstein
  • Φωτοδίοδοι, Συμπεριφορά φωτοδιόδου, Μη φωτιζόμενη φωτοδίοδος. Φωτιζόμενη φωτοδίοδος
  • Ρεύμα κόρου, Ρεύμα σκότους, Χαρακτηριστική καμπύλη φωτοδιόδου
  • Μετατροπή φωτεινού σήματος σε ηλεκτρικό
  • Φωτοκύτταρο, Περιγραφή & λειτουργία, Χαρακτηριστικές καμπύλες φωτοκυττάρου
  • Φωτοβολταϊκό στοιχείο, Αρχή λειτουργίας φωτοβολταϊκού στοιχείου
  • Φωτοβολατϊκό στοιχείο χωρίς φορτίο και υπό φορτίο
  • Καμπύλη απόδοσης & σημείο λειτουργίας φωτοβολταϊκού στοιχείου
  • Εργαστηριακή μελέτη χαρακτηριστικών καμπυλών φωτοδιόδου, φωτοκυττάρου, απόδοσης φωτοβολταϊκού στοιχείου

Δ. ΔΙΟΔΟI ΕΠΑΦΗΣ & ZENER( 1 ΩΡΑ)

  • Εργαστηριακή μελέτη χαρακτηριστικής διόδου και διόδου Zener

Ε. LASER  (1 ΩΡΑ)

  • Κυματική και σωματιδιακή φύση του φωτός
  • Συμβολή φωτός, Συμβολή σύμφωνου φωτός με φράγμα, Πόλωση φωτός
  • Ακτινοβολία laser, Αναστροφή πληθυσμών-μετασταθής κατάσταση
  • Laser ρουμπινίου, Laser He-Ne, Ιδιότητες ακτινοβολίας laser, Εφαρμογές laser
  • Εργαστηριακή μελέτη συβολής φωτός laser σε φράγμα, πόλωσης του φωτός

Δ. ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ   (12 ΩΡΕΣ)

Α. ΣΧΕΤΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΟ ΗΜ ΠΕΔΙΟ (2 ΩΡΕΣ)

  • Ιδιότητες των ΗΜ δυνάμεων
  • Κίνηση σε στάσιμα ΗΜ πεδία, Ολίσθηση σε καμπύλα & μη ομογενή μαγνητικά πεδία
  • Κίνηση σε μεταβαλλόμενα ΗΜ πεδία, Ζώνες ακτινοβολίας γης

Β. ΝΟΜΟI ΤΟΥ AMPERE & GAUSS (3 ΩΡΕΣ)

  • Νόμος Ampere, Νόμος Gauss,  Δυνάμεις μεταξύ ρευματοφόρων αγωγών

Γ. ΕΠΑΓΩΓΗ, ΑΜΟΙΒΑΙΑ ΕΠΑΓΩΓΗ & ΑΥΤΕΠΑΓΩΓΗ (3 ΩΡΕΣ)

  • Νόμος Faraday, ΗΕΔ επαγωγής, Ρεύμα μετατόπισης
  • Αμοιβαία επαγωγή, Αυτεπαγωγή, Συζευγμένα πεδία, Ενέργεια μαγνητικού πεδίου

Δ. ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ MAXWELL  (4 ΩΡΕΣ)

  • Εξισώσεις Maxwell στο κενό χωρίς πηγές και με πηγές
  • Μαγνητικό πεδίο και μαγνητική επαγωγή, Ηλεκτρικό πεδίο και διηλεκτρική μετατόπιση
  • Διάδοση ΗΜ πεδίων σε αγωγούς

Αξιολόγηση Σπουδαστών

Γλώσσα Αξιολόγησης: Ελληνική και αγγλική για τους φοιτητές Erasmus.

Αξιολόγηση θεωρητικού τμήματος (60%)

  • Γραπτή τελική εξέταση  που περιλαμβάνει: Μεθοδολογική επίλυση ασκήσεων και ανάπτυξη θεμάτων Μηχανικής, Ηλεκτρομαγνητισμού, Ταλαντώσεων και Κυματικής. (50%)
  • Συμμετοχή σε project (5%)
  • Συμμετοχή στην τάξη (5%)

Τα κριτήρια αναρτώνται στο site http://dniko.herokuapp.com/  και στο https://electra.teipir.gr 


Βιβλιογραφία

  • Εργαστηριακή Φυσική, Σύγχρονη Εκδοτική, 2014.
  • H.D.Young, “Πανεπιστημιακή Φυσική, Μηχανική και Θερμοδυναμική”, Εκδ. Παπαζήση 2012.
  • “Physics”, J. Willey and Sons, 1992.
  • “Physics for Scientists and Engineers”, Τόµοι Ι και ΙΙΙ, Απόδοση στα Ελληνικά Λεωνίδα Ρεσβάνη, Serway – SGSS, 1992.
  • M. Alonso, E. Finn, “Θεμελιώδης Πανεπιστημιακή Φυσική, Μηχανική και Θερμοδυναμική”, Μετάφραση Λ. Κ. Ρεσβάνη, Αθήνα 1981.
  • “Μαθήματα Φυσικής Πανεπιστημίου Berkley”, McGraw-Hill, 1996.