Εκτύπωση     Κλείσιμο

Προβολή Στοιχείων Μαθήματος

Τμήμα Μαθήματος: Τμήμα Φυσικής
Κωδικός Μαθήματος: ΦΥΣ 132
Τίτλος Μαθήματος: Γενική Φυσική ΙΙ: Ηλεκτρισμός, Ηλεκτρομαγνητισμός και Οπτική
Αριθμός Κατανεμόμενων Πιστωτικών Μονάδων (ECTS): 6
Επίπεδο Μαθήματος: 1ος Κύκλος (Πτυχίο) 
Έτος Σπουδών (κατά περίπτωση): 1 
Εξάμηνο/Τρίμηνο όταν Προσφέρεται το Μάθημα: Εαρινό Εξάμηνο 
Όνομα Διδάσκοντος (-ων):
Θεοδόσης Τρυπηνιώτης, Κωνσταντίνος Χριστοφίδης
 
Διαλέξεις/Εβδομάδα: 2 (1.5 ώρες ανά διάλεξη) 
Εργαστήρια/Εβδομάδα: -- 
Φροντιστήρια/Εβδομάδα: 1 (1 ώρες ανά διάλεξη) 
Σκοπός και Στόχοι του Μαθήματος:
Η κατανόηση των θεμελιωδών εννοιών Ηλεκτρισμού και Μαγνητισμού και της Οπτικής.
 
Μαθησιακά Αποτελέσματα του Μαθήματος:
Οι φοιτητές θα πρέπει να:

  • Γνωρίζουν και να εφαρμόζουν τον νόμο του Coulomb.
  • Υπολογίζουν την ένταση ηλεκτρικού πεδίου διακριτών και συνεχών κατανομών φορτίων με απλές γεωμετρίες.
  • Υπολογίζουν το ηλεκτρικό πεδίο διπόλου και τη ροπή σε δίπολο σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο.
  • Eφαρμόζουν τον νόμο του Gauss.
  • Εξηγούν τη φόρτιση και πόλωση μονωτών και αγωγών.
  • Κατανοούν την έννοια της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας και του ηλεκτρικού δυναμικού.
  • Συσχετίζουν τη διαφορά δυναμικού με το έργο της ηλεκτρικής δύναμης.
  • Υπολογίζουν την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια και το ηλεκτρικό δυναμικό διακριτών και συνεχών κατανομών φορτίου με απλή γεωμετρία.
  • Εξάγουν ένα μικροσκοπικό μοντέλο για την ένταση ρεύματος σε έναν αγωγό.
  • Ορίζουν τον πυκνωτή και την χωρητικότητα πυκνωτή.
  • Υπολογίζουν την ισοδύναμη χωρητικότητα πυκνωτών σε παράλληλη, σειριακή και σύνθετη συνδεσμολογία.
  • Εξηγούν πότε ένα υλικό συμπεριφέρεται σαν ωμικό.
  • Μελετούν κυκλώματα συνεχούς ρεύματος και το κύκλωμα LC.
  • Γνωρίζουν τη σχέση υπολογισμού μαγνητικής δύναμης σε κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο.
  • Ορίζουν τη μαγνητική διπολική ροπή και υπολογίζουν τη ροπή σε κλειστό ρευματοφόρο αγωγό στο εσωτερικό ομογενούς μαγνητικού πεδίου.
  • Περιγράφουν την κίνηση φορτίου σε ομογενές μαγνητικό πεδίο.
  • Aναλύουν το φαινόμενο Hall.
  • Εφαρμόζουν τους νόμους Biot-Savart και Ampere για τον υπολογισμό του μαγνητικού πεδίου από ρευματοφόρους αγωγούς απλής γεωμετρίας.
  • Oρίζουν τη μαγνητική ροή.
  • Γνωρίζουν τον νόμο του Gauss για τον μαγνητισμό.
  • Κατανοούν την έννοια του ρεύματος μετατόπισης και τη χρησιμοποιούν στον γενικευμένο νόμο του Ampere.
  • Γνωρίζουν τον νόμο επαγωγής του Faraday.
  • Κατανοούν ότι κατά μήκος ενός κινούμενου αγωγού σε μαγνητικό πεδίο αναπτύσσεται ΗΕ∆.
  • Γνωρίζουν ότι το ηλεκτρικό πεδίο εξαιτίας μεταβαλλόμενης μαγνητικής ροής δεν είναι διατηρητικό.
  • Γράφουν τις εξισώσεις Maxwell.
  • Περιγράφουν τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρομαγνητικού κύματος.
  • Κατανοούν τα φαινόμενα της αυτεπαγωγής και της αμοιβαίας επαγωγής.
  • Αναλύουν κυκλώματα RC και RLC.
  • Γνωρίζουν τις βασικές αρχές της γεωμετρικής Οπτικής.
  • Κατανοούν τις βασικές αρχές της συμβολής.
  • Περιγράφουν το πείραμα Michelson και γνωρίζουν τη σημασία του.
  • Υπολογίζουν την ένταση σε διαμορφώματα συμβολής.
  • Γνωρίζουν να χρησιμοποιεί φαινόμενα συμβολής από λεπτά υμαίνια για να μετρά μικρές αποστάσεις.
  • Εξηγούν τα φαινόμενα περίθλασης και να υπολογίσει την ένταση στο διαμόρφωμα για περίθλαση από λεπτή σχισμή.
  • Κατανοούν το φράγμα περίθλασης και τον τρόπο που χρησιμοποιούνται για μέτρηση του μήκους κύματος του φωτός.
  • Κατανοούν τους περιορισμούς σε οπτικά όργανα εξαιτίας του φαινομένου της περίθλασης.
 
Προαπαιτούμενα: Δεν Εφαρμόζεται 
Συναπαιτούμενα: Δεν Εφαρμόζεται 
Περιεχόμενο Μαθήματος:
H έννοια του ηλεκτρικού φορτίου. O Νόμος του Coulomb. Η έννοια του Ηλεκτρικού Πεδίου. Υπολογισμός του ηλεκτρικού πεδίου διακριτών και συνεχών κατανομών φορτίων. H έννοια της διπολικής ροπής, ηλεκτρικό πεδίο διπόλου, ροπή ηλεκτρικού διπόλου σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο. Ο Νόμος του Gauss. Φόρτιση και πόλωση μονωτών και αγωγών. Η έννοια της Ηλεκτρικής ∆υναμικής Ενέργειας, του Ηλεκτρικού ∆υναμικού, και της διαφοράς δυναμικού. Υπολογισμός της ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας και του ηλεκτρικού δυναμικού διακριτών και συνεχών κατανομών φορτίων. Ορισμός του πυκνωτή και της χωρητικότητας πυκνωτή. Υπολογισμός της ισοδύναμης χωρητικότητας πυκνωτών σε σειριακή, παράλληλη και σύνθετη συνδεσμολογία. Ενέργεια πυκνωτή. Πυκνωτές και διηλεκτρικά. Ηλεκτρικό πεδίο και ρεύμα σε έναν αγωγό. Μικροσκοπικό μοντέλο ρεύματος. Ο Νόμος του Ohm. Απλά κυκλώματα Συνεχούς Ρεύματος. Το κύκλωμα RC. 

Η έννοια του Μαγνητικού Πεδίου. ∆ύναμη σε κινούμενο φορτίο και σε ρευματοφόρο αγωγό στο εσωτερικό μαγνητικού πεδίου. Μαγνητική διπολική ροπή. Ροπή σε έναν κλειστό ρευματοφόρο αγωγό στο εσωτερικό ομογενούς μαγνητικού πεδίου. Κίνηση φορτίου σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. To φαινόμενο Hall. Οι Νόμοι Biot-Savart και Ampere. Το μαγνητικό πεδίο ρευματοφόρων αγωγών σε απλή γεωμετρία. Μαγνητική ροή και Νόμος του Gauss στον μαγνητισμό. ∆ύναμη από μαγνητικό πεδίο σε κινούμενο φορτίο και αγωγό. Ρεύμα μετατόπισης και η γενικευμένη μορφή του Νόμου του Αmpere. Νόμος του Faraday και κινητική ΗΕ∆. Γεννήτριες και Ηλεκτροκινητήρες. Εξισώσεις Maxwell. Περιγραφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Αυτεπαγωγή και αμοιβαία επαγωγή. Κυκλώματα LC και RLC. Γεωμετρική οπτική, αρχή Huygen και Fermat, οπτικά όργανα, Συμβολή, πειράματα Young, Συμβολόμετρο Michelson, Πείραμα Michelson και Morley, κριτήριο ανάλυσης Rayleigh, διάθλαση Fraunhofer, πλέγμα διάχυσης, νόμος του Bragg, πόλωση, νόμος Malus, νόμος Brewster, διπλή διάθλαση, παραγωγή κυκλικού πολωμένου φωτός.

 
Διδακτικές Μέθοδοι:
Οι ώρες διάλεξης είναι 4 ανά εβδομάδα. Σε μία τυπική διάλεξη γίνεται αρχικά σύντομη αναδρομή στο υλικό που καλύφθηκε σε προηγούμενες διαλέξεις, μέσω συζήτησης με τους φοιτητές. Κατόπιν διδάσκεται το νέο υλικό.

Σε τακτά διαστήματα ζητείται από τους φοιτητές να απαντήσουν σε μία σύντομη ερώτηση ή να κάνουν έναν σύντομο υπολογισμό, στον οποίο θα χρησιμοποιήσουν την έννοια που μόλις διδάχθηκε. Μετά από την εισαγωγή μίας θεωρητικής έννοιας, γίνεται επίλυση αντιπροσωπευτικών προβλημάτων στην τάξη. Η ενεργός συμμετοχή των φοιτητών ενθαρρύνεται με κατάλληλες ερωτήσεις και συζήτηση.

Συνοπτικό υλικό των διαλέξεων μαζί με σχήματα και γραφικές παραστάσεις περιλαμβάνεται σε διαφάνειες Powerpoint.

Στην ώρα του φροντιστηρίου παρουσιάζονται επιπρόσθετα προβλήματα, συζητούνται οι λύσεις των κατ΄ οίκον εργασιών και λύνονται απορίες φοιτητών.

Η προετοιμασία των φοιτητών ολοκληρώνεται με 6-8 κατ΄ οίκον εργασίες. Κάθε εργασία έχει διορία 7-10 μέρες. Επιτρέπεται η συνεργασία μεταξύ φοιτητών, αλλά συστήνεται μετ΄ επιτάσεως η αυτόνομη συγγραφή των τελικών απαντήσεων.
 
Απαιτούμενη Βιβλιογραφία:
  • Halliday, Resnick, Walker. Physics (translated in Greek).
  • Young, Freedman. University Physics (translated in Greek).
  • E.R. Huggins, Physics 2000: Geometrical Optics, Dartmouth College.
  • Eugene Hecht, Optics, 4th Edition, Addison-Wesley, 2001.
 
Μέθοδοι Αξιολόγησης και Κριτήρια:
  • ∆ύο (2) ενδιάμεσες εξετάσεις (2x20%)
  • Τελική εξέταση (60%).
 
Γλώσσα Διδασκαλίας: Ελληνικά
Τρόπος Παράδοσης: Πρόσωπο με Πρόσωπο 
Πρακτική Άσκηση: Δεν Εφαρμόζεται