Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium

Transkrypt

1 Zał. nr 4 do ZW WYDZIAŁ PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI KARTA PRZEDMIOTU Nazwa w języku polskim : WSTĘP DO FIZYKI DIELEKTRYKÓW Nazwa w języku angielskim: ITRODUCTION TO THE PHYSICS OF DIELECTRICS Kierunek studiów (jeśli dotyczy): FIZYKA Specjalność (jeśli dotyczy): Stopień studiów i forma: I / II stopień*, stacjonarna / niestacjonarna* Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy / wybieralny / ogólnouczelniany * Kod przedmiotu FZP00037 Grupa kursów TAK / NIE* Liczba godzin zajęć zorganizowanych w Uczelni (ZZU) Liczba godzin całkowitego nakładu pracy studenta (CNPS) Forma zaliczenia Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium Zaliczenie na ocenę Zaliczenie na ocenę Dla grupy kursów zaznaczyć kurs końcowy (X) Liczba punktów ECTS 1 1 w tym liczba punktów odpowiadająca zajęciom o charakterze praktycznym (P) w tym liczba punktów ECTS odpowiadająca zajęciom wymagającym bezpośredniego kontaktu (BK) 0,5 0,5 1 WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI 1. Kompetencje w zakresie podstaw fizyki ogólnej, analizy matematycznej, algebry oraz zasad prowadzenia pomiarów fizycznych, opracowania i prezentacji ich wyników \ CELE PRZEDMIOTU C1. Nabycie podstawowej wiedzy, uwzględniającej jej aspekty aplikacyjne w zakresie: C1.1. Mechanizmów przewodzenia prądu elektrycznego w różnych materiałach oraz podziału materiałów ze względu na mechanizmy przewodzenia prądu C1.. Zastosowania podstaw elektrodynamiki do opisu właściwości materiałów dielektrycznych. C. Nabycie podstawowej wiedzy i umiejętności w zakresie metod pomiaru właściwości dielektrycznych materiałów (pojemności i przenikalności elektrycznej) oraz zastosowań tych metod w badaniach naukowych i technice. C3. Nabycie wiedzy w zakresie relacji termodynamicznych i związków między wielkościami fizycznymi charakteryzującymi dielektryki. Nabycie wiedzy w zakresie opisu tensorowego właściwości fizycznych dielektryków oraz związku między właściwościami fizycznymi i 1 1

2 symetrią materiałów. C4. Nabycie wiedzy w zakresie opisu właściwości piezoelektrycznych i elektrostrykcji, nabycie wiedzy i umiejętności w zakresie metod badania oraz przykładów zastosowań piezoelektryków. C5. Nabycie wiedzy w zakresie mechanizmów polaryzacji dielektryków (w tym polaryzacji spontanicznej, zjawiska piroelektrycznego), nabycie wiedzy i umiejętności w zakresie metod pomiaru oraz zastosowań zjawiska piroelektrycznego (pomiary zmian polaryzacji i detekcja promieniowania podczerwonego). C6. Nabycie podstawowej wiedzy i umiejętności w zakresie opisu, metod badania i zastosowań podstawowych właściwości optycznych dielektryków (dwójłomności spontanicznej i wymuszonej) C7. Nabycie podstawowej wiedzy w zakresie przemian fazowych, ich klasyfikacji oraz anomalii właściwości fizycznych w otoczeniu przemian fazowych. C8. Nabycie wiedzy i umiejętności niezbędnej do opisu właściwości fizycznych materiałów ferroicznych ich klasyfikacji oraz podstawowych metod pomiarowych wykorzystywanych do charakteryzacji materiałów ferroicznych a w szczególności materiałów ferroelektrycznych. C9. Uzyskanie podstawowej wiedzy z zakresu działania prostych urządzeń wykorzystujących własności piezoelektryczne, piroelektrycznych i optyczne dielektryków C10. Opanowanie umiejętności studiowania literatury i prezentacji wiedzy w zakresie badania i zastosowań dielektryków *niepotrzebne skreślić PRZEDMIOTOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA Z zakresu wiedzy: PEK_W01 ma uporządkowaną wiedzę dotyczącą mechanizmów przewodzenia prądu elektrycznego w różnych materiałach oraz podziału materiałów ze względu na przewodnictwo elektryczne, PEK_W0 zna i rozumie definicje wielkości stosowanych do opisu zachowania dielektryków w stałym i przemiennym polu elektrycznym (polaryzacja, przenikalność i podatność elektryczna, energia pola), związki miedzy tymi wielkościami oraz zasady pomiarów tych wielkości, PEK_W03 posiada podstawową wiedzę w dotyczącą relacji termodynamicznych, związków między wielkościami fizycznymi charakteryzującymi dielektryki, oraz zjawisk sprzężonych, PEK_W04 posiada wiedzę na temat opisu tensorowego właściwości fizycznych dielektryków oraz związku tych właściwości z symetrią materiału, PEK_W05 posiada wiedzę na temat opisu właściwości piezoelektrycznych materiałów, metod pomiaru współczynników piezoelektrycznych oraz zasad działania czujników i przetworników piezoelektrycznych a w szczególności silników piezoelektrycznych i nanopozycjonerów, PEK_W06 zna i rozumie mechanizmy polaryzacji elektrycznej a w szczególności polaryzacji spontanicznej oraz zjawiska piroelektrycznego, zasady pomiaru współczynnika piroelektrycznego oraz działanie piroelektrycznych detektorów promieniowania podczerwonego, PEK_W07 posiada podstawową wiedzę na temat spontanicznej i wymuszonej dwójłomności zna i rozumie podstawowe metody jej badania i przykłady zastosowań, PEK_W08 posiada podstawową wiedzę na temat przemian fazowych ich klasyfikacji oraz anomalii właściwości fizycznych w otoczeniu przemian fazowych, PEK_W09 posiada podstawową wiedzę na temat właściwości i klasyfikacji materiałów ferroicznych a w szczególności właściwości fizycznych ferroelektryków w otoczeniu przemian fazowych, zna i rozumie metody pomiaru polaryzacji spontanicznej.

3 Z zakresu umiejętności: PEK_U01 posługuje się prostym aparatem analizy matematycznej i algebry w celu określenia podstawowych parametrów dielektryków i relacji miedzy tymi parametrami, PEK_U0 potrafi wykonać pomiary pojemności i przenikalności elektrycznej, współczynnika piroelektrycznego, polaryzacji spontanicznej, spontanicznej i wymuszonej polem elektrycznym dwójłomności, PEK_U03 potrafi zaproponować metody pomiarów wielkości fizycznych charakteryzujących materiały oraz realne układy wykorzystując metody stosowane do charakteryzacji dielektryków, PEK_U04. potrafi opisać specyfikę właściwości fizycznych ferroelektryków oraz związek tych właściwości z symetrią materiałów, PEK_U05 potrafi pozyskiwać z literatury podstawowe dane dotyczące właściwości fizycznych, przemian fazowych w materiałach dielektrycznych oraz zastosowań dielektryków w badaniach naukowych oraz różnych działach techniki. Z zakresu kompetencji społecznych: PEK_K01 rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się w tym samokształcenia, PEK_K0 dostrzega wpływ osiągnięć naukowych na postęp techniczny, rozwój nauki i ochronę środowiska, PEK_K03 rozwinięcie umiejętności samodzielnej pracy oraz pracy w zespole i wspólnego rozwiązywania problemów, PEK_K04 potrafi określić priorytety w realizacji zadań, określić kolejność i czas ich realizacji, Wy.1 Wy. Wy. 3 Wy. 4 TREŚCI PROGRAMOWE Forma zajęć - wykład Dielektryki, wstęp, podział materiałów ze względu na przewodnictwo elektryczne, mechanizmy przewodzenia prądu w różnych materiałach. Podstawowe pojęcia z elektrostatyki: pole elektryczne, indukcja i potencjał elektryczny, zasada superpozycji pól, prawo Gaussa. Pojemność elektryczna, wyprowadzenie wzorów na pojemność elektryczną. Polaryzacja, przenikalność i podatność elektryczna, przenikalność elektryczna w postaci zespolonej. Metody pomiaru pojemności elektrycznej. Termodynamika dielektryków, zależności liniowe, tożsamości Maxwella, zjawiska sprzężone. Tensorowy opis naprężeń i deformacji. Zjawisko piezoelektryczne, opis tensorowy, i macierzowy. Związek właściwości fizycznych z symetrią materiałów. Metody badania i przykłady zastosowań zjawiska piezoelektrycznego (nanopozycjonery, silniki piezoelektryczne, mikroskop sił atomowych, czujniki piezoelektryczne). Polaryzacja elektryczna, mechanizmy polaryzacji, polaryzacja spontaniczna. Klasyfikacja dielektryków, piezo, piro i ferroelektryki, ferroiki i multiferroiki. Zjawisko piroelektryczne: metody badania i przykłady zastosowań, piroelektryczne detektory promieniowania podczerwonego. Liczba godzin 3 3

4 Właściwości optyczne dielektryków: polaryzacja światła, prawo Wy. 5 Malusa, spontaniczna i wymuszona dwójłomność, zjawisko Pockelsa i Kerra, zjawiska nieliniowe. Przemiany fazowe: klasyfikacje, anomalie właściwości fizycznych w Wy. 6 otoczeniu przemian fazowych. Ferroelektryczne przemiany fazowe drugiego rodzaju opis fenomenologiczny, podstawowe pojęcia dotyczące ferroelektryków. Ferroelektryczne przejścia fazowe. Anomalie właściwości fizycznych Wy. 7 ferroelektryków w otoczeniu przemian fazowych, metody pomiaru polaryzacji spontanicznej. Wy. 8 Kolokwium zaliczeniowe 1 Suma godzin 15 Forma zajęć - laboratorium Liczba godzin Lab1 Omówienie metod pomiarów podstawowych parametrów dielektryków oraz analizy wyników pomiaru. Lab Badanie prostego zjawiska piezoelektrycznego. Lab3 Badanie zjawiska piroelektrycznego. Sprawdzanie prawa Stefana- Boltzmana. Lab4 Badanie odwrotnego zjawiska piezoelektrycznego. Lab5 Wyznaczanie podstawowych parametrów kondensatorów płaskich. Pomiar wydłużenia przy użyciu kondensatora płaskiego. Lab6 Wyznaczanie podstawowych parametrów kondensatorów cylindrycznych. Pomiar poziomu cieczy. Lab7 Badanie liniowego efektu elektrooptycznego Pockelsa. Lab8 Badanie kwadratowego efektu elektrooptycznego Kerra. Lab9 Wyznaczanie przenikalności ciał stałych i cieczy. Lab10 Sprawdzanie prawa Curie-Weissa. Lab11 Łączenie szeregowe i równoległe kondensatorów. Lab1 Wyznaczanie współczynnika przewodności cieplnej izolatorów. Lab13 Pomiar polaryzacji spontanicznej ferroelektryków. Lab14 Sprawdzanie prawa Malusa. Lab15 Prezentacje raportów oraz wyników pomiarów. Suma godzin 30 STOSOWANE NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE 1. Wykład tradycyjny z wykorzystaniem transparencji, slajdów, demonstracji i pokazów zjawisk fizycznych,. Samodzielne studia oraz przygotowanie do kolokwium zaliczeniowego, 3. Praca własna przygotowanie do zajęć laboratoryjnych, opracowanie raportów, 4. Laboratorium samodzielne wykonanie pomiarów, praca w grupach, 5. Konsultacje OCENA OSIĄGNIĘCIA PRZEDMIOTOWYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Oceny (F formująca (w trakcie semestru), P Numer efektu kształcenia Sposób oceny osiągnięcia efektu kształcenia 4 4

5 podsumowująca (na koniec semestru) P F PEK_W01 PEK_W09, PEK_U01, PEK_U04, PEK_U05, PEK_K01, PEK_K0 PEK_U01 PEK_U05, PEK_W0, PEK_W05 PEK_W07, PEK_K03, PEK_K04 Kolokwium zaliczeniowe Odpowiedzi ustne, dyskusje, sprawdziany pisemne i ocena raportów LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA LITERATURA PODSTAWOWA: 1. A. Chełkowski, Fizyka dielektryków, PWN (197).. Ćwiczenia Laboratoryjne z fizyki dla zaawansowanych, praca zbiorowa pod red. F. Kaczmarka, PWN (198). 3. Zagadnienia fizyki dielektryków; praca zbiorowa pod red. T. Krajewskiego, W.K.Ł. (197). 4. F. Kaczmarek, Wstęp do fizyki laserów, PWN (1978). 5. Y.Xu, Ferroelectric materials and their applications, North Holland (1991). 6. M.E. Lines and A.M. Glass, Principles and application of ferroelectrics and related materials, Claredon Press, Oxford (1977). 7. B.A. Strukov and A. P. Levanyuk, Ferroelectric Phenomena in Crystals. Springer_Verlag Berlin Heidelberg A. Śliwiński, Ultradźwięki i ich zastosowania, WNT (1993). 9. A. Ciżman, R. Poprawski A. Sieradzki, Dielectric Physics, Introduction to Selected Problem of Dielectric Physics, Wrocław University of Technology (011). 10. Materiały dydaktyczne i instrukcje do laboratorium. LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA: 1. A. Oleś; Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT (1998).. F. Ratajczyk, Optyka ośrodków anizotropowych, PWN (1994). 3. J Klamut, K. Durczewski, J. Sznajd, Wstęp do fizyki przejść fazowych, Osolineum (1979). 4. Wybrane prace przeglądowe z czasopism naukowych i popularnonaukowych OPIEKUN PRZEDMIOTU (IMIĘ, NAZWISKO, ADRES ) prof. dr hab. Ryszard Poprawski ryszard.poprawski@pwr.wroc.pl 5 5

6 MACIERZ POWIĄZANIA EFEKTÓW KSZTAŁCENIA DLA PRZEDMIOTU FZP00037 WSTĘP DO FIZYKI DIELEKTRYKÓW Z EFEKTAMI KSZTAŁCENIA NA KIERUNKU FIZYKA Przedmiotowy efekt kształcenia Odniesienie przedmiotowego efektu do efektów kształcenia zdefiniowanych dla kierunku studiów i specjalności (o ile dotyczy) Cele przedmiotu** Treści programowe** Numer narzędzia dydaktycznego** PEK_W01 C1 Wy.1 1,, 5 PEK_W0 C1 Wy.1 1,, 5 PEK_W03 C, C9, C10 Wy. 1,, 5 PEK_W04 C3 Wy. 1,, 5 PEK_W05 C, C4, C9, C10 Wy.3 1,, 5 PEK_W06 C5, C9, C10 Wy.4 1,, 5 PEK_W07 C6 Wy.5 1,, 5 PEK_W08 C7 Wy.6 1,, 5 PEK_W09 C8, C9, C10 Wy.7 1,, 5 PEK_W01 PEK_W09 C1 C10 Wy.8 PEK_U01 K1FIZ_U06, K1FIZ_U10, C4 C8 Lab Lab9 3, 4, 5 PEK_U0 Lab Lab9, K1FIZ_U06, K1FIZ_U10, C1 C6 Lab13, Lab14 3, 4, 5 PEK_U03 K1FIZ_U06, K1FIZ_U10, C C6 Lab1 Lab14 3, 4, 5 PEK_U04 Lab9, Lab10, K1FIZ_U06, K1FIZ_U10, C7, C8 Lab13 3, 4, 5 PEK_U05 K1FIZ_U06, K1FIZ_U10, C10 Lab Lab15 3, 4, 5 PEK_K01 K1FIZ_K01 C1 C10 Lab Lab15 3, 4, 5 PEK_K0 K1FIZ_K0 C1 C10 Lab Lab15 3, 4, 5 PEK_K03 K1FIZ_K03 C1 C10 Lab Lab15 3, 4, 5 PEK_K04 K1FIZ_K04 C1 C10 Lab Lab15 3, 4, 5 ** - z tabeli powyżej 6