VÝUKA FYZIKY NA FAKULTĚ ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VUT V BRNĚ. Pavel Koktavý

VÝUKA FYZIKY NA FAKULTĚ ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VUT V BRNĚ Pavel Koktavý Ústav fyziky Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně

Představení FEKT

Vysoké učení technické v Brně  Fakulty

(8)

 Fakulta architektury (FA)  Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií (FEKT)  Fakulta chemická (FCH)  Fakulta informačních technologií (FIT)  Fakulta podnikatelská (FP)  Fakulta stavební (FAST)  Fakulta strojního inženýrství (FSI)  Fakulta výtvarných umění (FaVU)

Představení FEKT

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií  Na

FEKT studuje v současnosti přibližně 4000 studentů ve všech formách studia.

 Nový

areál FEKT se nachází v Brně Králově Poli na ulici Technická.

Představení FEKT

 Ústavy

FEKT (12)

 Ústav automatizace a měřicí techniky (UAMT)  Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)  Ústav elektroenergetiky (UEEN)  Ústav elektrotechnologie (UETE)  Ústav fyziky (UFYZ)  Ústav jazyků (UJAZ)  Ústav matematiky (UMAT)  Ústav mikroelektroniky (UMEL)  Ústav radioelektroniky (UREL)  Ústav teoretické a experimentální elektrotechniky (UTEE)  Ústav telekomunikací (UTKO)  Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky (UVEE)

Představení FEKT

Studijní programy (prezenční, kombinovaná forma)  Bakalářské

studium (3 roky)

 Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika – EEKR  Biomedicínská technika a bioinformatika (FEKT – LF MU) – BTBIO-A  Angličtina v elektrotechnice a informatice – AJEI-H  Audio inženýrství (FEKT - JAMU) – Audio-J  Magisterské

studium (2 roky)

 Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika  Biomedicínské inženýrství a bioinformatika  Doktorské

studium (4 roky)

 Elektrotechnika a komunikační technologie  Biomedicínské technologie a bioinformatika

Přijímací řízení

Přijímací řízení pro bakalářský studijní program, prezenční forma  Elektrotechnika,

elektronika, komunikační a řídicí technika (přijato 840)

 Přijímací zkouška: matematika – fyzika, matematika – základy informatiky  Biomedicínská

technika a bioinformatika (přijato 124)

 Přijímací zkouška: biologie – matematika  Angličtina

v elektrotechnice a informatice (přijato 64)

 Přijímací zkouška: matematika – anglický jazyk  Audio

inženýrství (přijato 62)

 Přijímací zkouška: talentová zkouška a matematika – fyzika nebo matematika – základy informatiky  Prominutí

přijímací zkoušky

 Příklad pro EEKR: Přípravný kurz z matematiky (1, 2), Přípravný kurz z fyziky (1, 2), Maturita z matematiky nebo z fyziky (1, 2), Národní srovnávací zkoušky (percentil ≥ 60), průměr na střední škole < 2

Přijímací řízení

Zastoupení typů středních škol u přijatých studentů

Přijímací řízení

Podíl přijatých studentů s maturitou z matematiky nebo fyziky

Přijímací řízení

Typický student přijatý na FEKT  Absolvoval

SPŠ.

 Nematuroval  Neskládal

z fyziky.

přijímací zkoušku z fyziky.

Výuka fyziky

Zařazení fyziky ve studiu  Fyzika

je součástí povinného teoretického základu:

 Matematika  Fyzika  Teoretická elektrotechnika  Fyzika

je nezbytnou prerekvizitou pro řadu dalších navazujících předmětů:

 Elektrotechnika  Měření v elektrotechnice  Měření fyzikálních veličin  Mikroelektronika a technologie součástek  Elektromagnetická kompatibilita  Elektroakustika  Elektronika a biosenzory

Výuka fyziky

Úkoly fyziky na FEKT  Fyzika

(resp. i další předměty teoretického základu) by měla

 pomoci studentům zvládnout přechod ze střední školy,  pomoci sjednotit (upevnit) fyzikální (technické) znalosti studentů na dostatečné úrovni,  navýšit tyto znalosti o vysokoškolské partie, které jsou potřeba jak pro studium dalších předmětů, tak o oblasti, které by měl ovládat bakalář nebo inženýr.  Studenti

na FEKT nepřicházejí studovat fyziku, pro kvalitního bakaláře nebo elektroinženýra je ale fyzikální základ nezbytný.

Výuka fyziky

Výuka fyziky (UFYZ) v bakalářském studijním programu  Elektrotechnika,

elektronika, komunikační a řídicí technika

 Fyzika 1 (BFY1) – 1. ročník, ZS  Fyzika 2 (BFY2) – 1. ročník, LS  Biomedicínská

technika a bioinformatika

 Fyzika 1 (AFY1) – 1. ročník, ZS  Fyzika 2 (AFY2) – 1. ročník, LS  Angličtina

v elektrotechnice a informatice

 Fyzika v elektrotechnice (HFYZ) – 1. ročník, ZS  Audio

inženýrství

 Fyzika pro ZRT (JFYZ) – 1. ročník, ZS  Fakulta

informačních technologií

 Fyzika pro FIT (IFY) – 1. ročník, LS, od 2015/16 bude volitelný předmět  Studenti

mohou v ZS 1. ročníku volitelně navštěvovat v Fyzikální seminář.

Výuka fyziky

Osnova předmětů  Fyzika

1 (BFY1)

 Základy mechaniky částic. Kinematika. Pohybová rovnice a její aplikace. Kmity. Práce, energie, výkon. Zákony zachování. Srážky.  Gravitační a tíhové pole.  Elektrostatické pole. Elektrický náboj, Coulombův zákon. Intenzita el. pole, siločáry. Bodový náboj a dipól v elektrickém poli. Gaussův zákon elektrostatiky. Kapacita. Elektrostatické pole v dielektriku. Energie elst. pole.  Elektrický proud. rovnice kontinuity. Ohmův zákon. Elektromotorické napětí, práce a výkon elektrického proudu. Vedení proudu v látkách.  Magnetické pole vyvolané proudem, Biotův-Savartův zákon, magnetické indukční čáry. Ampérův zákon celkového proudu. Silové působení magnetického pole. Gaussův zákon pro magnetické pole. Magnetické pole v látkách. Faradayův indukční zákon. Cívky a indukčnost. Střídavé proudy.  Maxwellovy rovnice.

Výuka fyziky

 Fyzika

2 (BFY2)

 Kmity. Lineární harmonický oscilátor, tlumené kmity, nucené kmity. Kyvadla. Skládání kmitů.  Vlny. Vlnová rovnice, postupné harmonické vlny, energie přenášená vlněním. Interference vln, stojaté vlny, akustika, Dopplerův jev.  Elektromagnetické vlny. Polarizace.  Optika. Geometrická optika – odraz a lom, úplný odraz, optické zobrazování, optické přístroje. Interference světla, koherence, Youngův pokus, interference na tenké vrstvě. Difrakce, difrakční mřížky, rentgenová difrakce, holografie.  Termodynamika. Zákony termodynamiky, termodynamické děje, přenos tepla. Kinetická teorie plynů – stavová rovnice ideálního plynu, vnitřní energie a teplota, molární tepelné kapacity. Entropie, tepelné stroje.  Kvantová a atomová fyzika. Fotoelektrický jev, Comptonův posuv, dualismus vlna-částice. Schrödingerova rovnice, tunelový jev, kvantové pasti. Atom vodíku, atomy s více elektrony. Spontánní a stimulovaná emise, lasery.  Fyzika pevných látek. Pásová teorie pevných látek.

Výuka fyziky

 Fyzika

pro ZRT (JFYZ) – Audio inženýrství

 Úvod do studia fyziky. Fyzikální veličiny a jednotky. Vektory, komplexní čísla, diferenciální a integrální počet, vektorová analýza.  Mechanika. Polohový vektor, rychlost, zrychlení. Pohyb po kružnici. Síla, hybnost. Newtonovy pohybové zákony. Práce, energie, výkon. Srážky.  Kmity. Harmonické, tlumené a vynucené kmity. Skládání a rozklad kmitů.  Vlny. Postupné vlnění. Energie přenášená vlněním. Vlnová rovnice. Ohyb. Odraz a lom. Superpozice a interference, stojaté vlny. Zvuk, Dopplerův jev.  Elektrické pole. Coulombův zákon, intenzita, siločáry. Gaussův zákon elektrostatiky. Energie elst. pole, potenciál, napětí. Kapacita. Dielektrikum.  Elektrický proud. Princip kontinuity. Ohmův zákon, elektrický odpor. Práce a výkon proudu. Elektrický zdroj, elektromotorické napětí. Jednoduché obvody.  Magnetické pole. Síla v magnetickém poli. Hallův jev. Biotův-Savartův zákon. Ampérův zákon celkového proudu. Elektromagnetická indukce, indukčnost. Energie magnetického pole. Magnetické vlastnosti látek. Maxwellovy rovnice.  Elektromagnetické vlny. Postupná vlna, polarizace. Energie. Vznik a šíření.

Výuka fyziky

Formy výuky fyziky  Přednáška

 3 nebo 2 hodiny týdně (39 nebo 26 hodin za semestr )  Numerické

cvičení

 7 hodin za semestr  Počítačové

cvičení

 6 hodin za semestr (resp. 13 hodin za semestr)  Laboratorní

cvičení

 2 hodiny každý týdně nebo 2 hodiny za 14 dnů (26 nebo 13 hodin za semestr)  Samostatné

domácí úkoly, projekty

Výuka fyziky

Znalosti potřebné pro studium základních kurzů fyziky  Prerekvizity

– student by měl ovládat při nástupu na FEKT:

 Základy práce s fyzikálními veličinami, jednotkami a rovnicemi.  Základní znalost pojmů a zákonů z oblasti mechaniky a jejich aplikace.  Základní znalost pojmů a zákonů z oblasti elektřiny a magnetismu, aplikace.  Výrazy, lineární rovnice, vektory, kartézský souřadný systém, goniometrické, exponenciální a mocninné funkce, znázornění základních funkčních průběhů.  Korekvizity

– současné studium povinné matematiky:

 Řešení soustavy lineárních rovnic.  Grafické znázornění funkčních průběhů.  Derivace funkcí jedné a více proměnných, směrnice.  Neurčitý a určitý integrál.  Vektory – báze, lineární kombinace, skalární a vektorový součin.

Výuka fyziky

Výsledky studentů po 1. semestru, příklad pro ZS 2013/14 Fyzika 1 (BFY1) EEKR

Fyzika 1 (AFY1) BTBIO-A

Fyzika pro ZRT (JFYZ) AUDIO-J

Fyzika v elektrotechnice (HFYZ) AJEI-H

Zapsáno do předmětu

642

92

47

67

Získalo zápočet

545 (85 %)

73 (79 %)

35 (74 %)

42 (63 %)

Složilo úspěšně zkoušku

489 (76 %)

64 (70 %)

30 (64 %)

29 (43 %)

Výuka fyziky

Časté problémy studentů ve fyzice  Práce

s výrazy, fyzikálními rovnicemi, veličinami, jednotkami.

 Využití

matematického aparátu, matematická symbolika.

 Práce

s vektorovými veličinami, sestavení vektorových rovnic, přechody ke skalární soustavám rovnic, skalární a vektorový součin.

 Přístup

k řešení problémů – často řeší něco jiného, než je zadáno.

 Řešení

příkladů:

 Rozbor řešeného příkladu.  Vysvětlení významu veličin použitých ve výpočtech.

 Interpretace výsledků.  Zavádění

diferenciálního a integrálního počtu do fyziky.

 Zobecňování

„zažitých“ postupů, změna postupů.

Závěr

 Významná

část studentů, kteří přicházejí na FEKT, má pro tento typ školy nedostatečné fyzikální znalosti. To se často týká i schopných studentů.

 Často

je problém studentů obecnější – přístup k řešení problémů, volba postupů řešení.

 Část

studentů se před příchodem na FEKT neprofiluje technickým směrem.

Z

pohledu fyziky jsou mezi přicházejícími studenty obrovské rozdíly.

 Prakticky

neexistuje rozumně vysoká úroveň fyzikálních znalostí, kterou by ovládala převážná část nastupujících studentů.

 Část

studentů (i schopných) začíná studium na takové výchozí úrovni, že reálně nejsou schopni v daném čase zvládnout požadovanou látku.

 Část

studentů nezvládne přechod na tento typ školy a odchází.

 Absolvent

vysoké školy technického zaměření se bez fyziky neobejde.