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.