STANDARDY NAUCZANIA DLA KIERUNKU STUDIÓW: FIZYKA TECHNICZNA studia zawodowe Załącznik Nr 8 do uchwały Nr 67/2004 RG z dn. 12.02.2004r I. WYMAGANIA OGÓLNE Studia zawodowe na kierunku fizyka techniczna trwają co najmniej 7 semestrów. Łączny wymiar godzin powinien wynosić nie mniej niż 2400, w tym 1410 godzin określonych w standardach nauczania. II. SYLWETKA ABSOLWENTA Absolwent studiów zawodowych na kierunku fizyka techniczna otrzymuje tytuł zawodowy inżyniera. Studia zawodowe na tym kierunku zapewniają przede wszystkim przygotowanie do pracy inżynierskiej, w związku z czym absolwent powinien nabyć umiejętność projektowania oraz budowy i eksploatacji aparatury badawczej i diagnostycznej (metrologia fizyczna). Ponadto, powinien on charakteryzować się następującymi cechami: - dużym zasobem wiedzy w zakresie nauk fizycznych i matematycznych, - dobrym przygotowaniem w zakresie nauk technicznych, pozwalającym na współpracę z inżynierami innych specjalności, - umiejętnością stosowania fizycznych metod pomiarowych w technice, medycynie i ochronie środowiska, - umiejętnością projektowania stanowisk badawczych, - bardzo dobrym przygotowaniem w zakresie podstaw informatyki i umiejętnością stosowania komputerów w układach i systemach pomiarowych. Studia powinny zapewnić przyszłym absolwentom przygotowanie do projektowania, budowy i eksploatacji unikatowych urządzeń i aparatury kontrolno-pomiarowej, diagnostycznej i badawczej. Szeroki zakres wiedzy interdyscyplinarnej, jaki daje kierunek fizyka techniczna, w połączeniu z przygotowaniem do pracy inżynierskiej, otwiera absolwentom niezwykle szerokie i atrakcyjne możliwości zatrudnienia i działalności zawodowej. Absolwenci tego kierunku powinni znaleźć zatrudnienie w specjalistycznych laboratoriach przemysłowych, medycznych, w wyspecjalizowanych firmach projektowych, handlowych, produkcyjnych i naprawczych, instytucjach zajmujących się ochroną środowiska, a także w firmach komputerowych. III. GRUPY PRZEDMIOTÓW I MINIMALNE OBCIĄŻENIE GODZINOWE A. PRZEDMIOTY KSZTAŁCENIA OGÓLNEGO 210 B. PRZEDMIOTY PODSTAWOWE 765 C. PRZEDMIOTY KIERUNKOWE 435 Razem: 1410 IV. PRAKTYKI 1
Forma i zakres praktyki określa, zgodnie z wymogami ustawowymi, jednostka organizacyjna uczelni prowadząca kierunek studiów. Zaleca się 8 12 tygodni praktyki w trakcie studiów. V. PRZEDMIOTY W GRUPACH I MINIMALNE OBCIĄŻENIA GODZINOWE A. PRZEDMIOTY KSZTAŁCENIA OGÓLNEGO 210 1. Przedmioty humanistyczne i ekonomiczne 30 2. Język obcy 120 3. Wychowanie fizyczne 60 B. PRZEDMIOTY PODSTAWOWE 765 1. Fizyka doświadczalna 330 2. Matematyka 180 3. Podstawy informatyki 45 4. Chemia 45 5. Mechanika techniczna 45 6. Termodynamika techniczna 30 7. Elektrotechnika stosowana 45 8. Elektronika stosowana 45 C. PRZEDMIOTY KIERUNKOWE 435 1. Fizyka atomowa i kwantowa 60 2. Fizyka fazy skondensowanej 60 3. Metody informatyczne w fizyce i technice 60 4. Projektowanie konstrukcji wspomagane komputerowo 60 5. Metrologia fizyczna w technice, medycynie i ochronie środowiska 90 6. Inżynieria materiałowa 60 7. Budowa i eksploatacja aparatury diagnostycznej, badawczej i komputerów 45 VI. TREŚCI PROGRAMOWE PRZEDMIOTÓW A. PRZEDMIOTY KSZTAŁCENIA OGÓLNEGO 1. Przedmioty humanistyczne i ekonomiczne Przedmioty humanistyczne i ekonomiczne do wyboru przez studentów. 2. Język obcy Język angielski przynajmniej w wymiarze 60 h. B. PRZEDMIOTY PODSTAWOWE 1. Fizyka ogólna Kinematyka i dynamika punktu materialnego i bryły sztywnej. Zasady zachowania energii, pędu i momentu pędu. Kinetyczno-molekularna teoria budowy ciał. Ruch drgający. Fale mechaniczne. Ciepło i zasady termodynamiki. Mechanika płynów. Pole grawitacyjne i elektrostatyczne. Klasyczna teoria przewodnictwa metali. Ładunki i przewodniki w polu elektrycznym i magnetycznym. Indukcja elektromagnetyczna. Drgania elektromagnetyczne. Równania Maxwella. Elementy szczególnej teorii 2
względności. Fale elektromagnetyczne. Optyka geometryczna. Optyka falowa. Zjawisko fotoelektryczne. Efekt Comptona. 2. Matematyka Elementy logiki. Algebra zbiorów. Liczby zespolone. Rachunek wektorowy. Algebra liniowa. Macierze, wyznaczniki, układy równań liniowych. Formy liniowe, biliniowe, kwadratowe i hermitowskie. Przestrzenie unitarne. Wielomiany i funkcje wymierne. Rachunek różniczkowy i całkowy funkcji jednej zmiennej rzeczywistej. Analiza funkcji wielu zmiennych. Pojęcie całki oznaczonej. Całki wielokrotne. Całki krzywoliniowe. Szeregi potęgowe i trygonometryczne. Szeregi i całki Fouriera. Ciągi i szeregi liczbowe zespolone. Funkcje zespolone zmiennej rzeczywistej i zespolonej. Równania różniczkowe zwyczajne. Równania różniczkowe cząstkowe 1. i 2. rzędu. Rachunek wariacyjny. Elementy rachunku prawdopodobieństwa i statystyki. 3. Podstawy informatyki Elementy organizacji i architektury oraz urządzenia zewnętrzne komputerów. Kompresja. Oprogramowanie systemowe. Tworzenie programów komputerowych: etapy tworzenia programu komputerowego, implementacja algorytmu: języki programowania, narzędzia programistyczne. Podstawowe informacje o bazach danych. Dokumenty elektroniczne. Model sieci i urządzenia sieciowe, media transmisyjne, sieci lokalne, Ethernet, sieci rozległe. Internet i usługi sieciowe. Programowanie w środowisku sieciowym. Zagadnienie bezpieczeństwa w systemach komputerowych. Wykrywanie i obsługa błędów. Różnice między statyczną, dynamiczną i automatyczną alokacją pamięci. Listy jednokierunkowe, dwukierunkowe, drzewa. Grafika w standardowych trybach VGA. Biblioteka BGI. Moduły. Analiza złożoności pamięciowej i czasowej. 4. Chemia Termodynamika chemiczna ze szczególnym uwzględnieniem termochemii. Równowagi chemiczne. Przegląd reakcji chemicznych z uwzględnieniem efektów fizycznych. Reakcje chemiczne w układach heterogenicznych. Wybrane działy elektrochemii. Przewodnictwo elektrolitów, polaryzacja, ph. Procesy zachodzące na granicy faz. Zjawiska powierzchniowe. Wybrane działy analizy chemicznej. 5. Mechanika techniczna Kinematyka punktu materialnego w układach współrzędnych kartezjańskich i krzywoliniowych. Ruch złożony punktu materialnego. Kinematyka i dynamika bryły sztywnej. Tensor momentu bezwładności. Para sił i moment siły. Statyka układów. Więzy, stopnie swobody i współrzędne uogólnione układu dynamicznego. Przesunięcia wirtualne, praca wirtualna i siły uogólnione. Ogólne równanie dynamiki i zasada d Alemberta. Równania Lagrange a. Równania kanoniczne Hamiltona. Właściwości sprężyste ciał. 6. Termodynamika techniczna Zasady termodynamiki. Metody pomiaru temperatury. Termoelektryczne efekty Seebecka i Peltiera. Rozkład Maxwella-Boltzmanna. Prawdopodobieństwo termodynamiczne i hipoteza ergodyczna. Statystyczna interpretacja entropii. Procesy odwracalne i nieodwracalne. Termodynamiczne maszyny cieplne. Maszyny cieplne stosowane w technice. Potencjały termodynamiczne. Zjawiska transportu. 3
7. Elektrotechnika stosowana i projektowanie instalacji elektrycznych Prąd elektryczny. Prawo Ohma. Prawa Kirchhoffa. Rozwiązywanie obwodów prądu stałego metody: oczkowa i potencjałów węzłowych. Praca i moc prądu elektrycznego. Wartość chwilowa, średnia i skuteczna prądu i napięcia. Rozwiązywanie obwodów prądu sinusoidalnie zmiennego z wykorzystaniem liczb zespolonych. Moc czynna, bierna i pozorna. Analiza obwodów RLC. Rezonans napięć i prądów. Obwody trójfazowe symetryczne i niesymetryczne. Czwórniki. Podstawy analizy filtrów elektrycznych. Obwody nieliniowe. Transformatory. Silniki i prądnice prądu stałego. Silnik indukcyjny. Silnik asynchroniczny trójfazowy. Pomiar i rejestracja wielkości elektrycznych. Pomiar natężenia pola elektromagnetycznego z uwzględnieniem kompatybilności elektromagnetycznej. Pomiar charakterystyk statycznych elementów nieliniowych oraz charakterystyk częstotliwościowych układów selektywnych. Pomiar mocy i energii. Analiza widmowa sygnałów. 8. Elektronika stosowana Podstawowe przyrządy półprzewodnikowe. Elementy optoelektroniczne i inne przetworniki stosowane w praktycznych układach elektronicznych. Układy pracy wzmacniaczy elektronicznych. Prostowniki niesterowane i sterowane. Filtry pasywne i aktywne. Zasilacze stabilizowane. Generatory i ich zastosowania. Elektroniczne układy pomiarowe analogowe i cyfrowe. Mikroprocesory klasyfikacja i podstawowe parametry. Typowe zastosowania układów mikroprocesorowych. C. PRZEDMIOTY KIERUNKOWE 1. Fizyka atomowa i kwantowa Klasyczne modele atomu i widma. Fenomenologiczne podstawy i matematyczny zarys mechaniki kwantowej w ujęciu falowym równanie Schroedingera. Widmo optyczne i mechanika kwantowa atomu wodoru. Oddziaływanie atomu ze statycznym i oscylującym polem elektromagnetycznym. Doświadczalna obserwacja powłokowej struktury atomu. Atomy wieloelektronowe. Współczesne narzędzia i metody doświadczalnej fizyki atomowej: spektroskopia laserowa, pułapkowanie i chłodzenie atomów, optyka atomowa. Cząstka w studni potencjału. Oscylator kwantowy. Efekt tunelowy. Podstawy kwantowej teorii ciała stałego. Elementy fizyki jądrowej. 2. Fizyka fazy skondensowanej Fizyka molekularna orbitale molekularne, wiązania molekularne, energia cząsteczki, spektroskopia rotacyjna, oscylacyjna i elektronowa, oddziaływania międzymolekularne. Fizyka półprzewodników i metali struktura pasmowa stanów energetycznych elektronów. Strefy Brillouina w wybranych strukturach krystalicznych. Elektrony i dziury. Półprzewodnik samoistny i domieszkowany. Metale i półprzewodniki w polu elektrycznym. Zjawisko Halla. Heterozłącza półprzewodnikowe. Elementy fizyki półprzewodnikowych struktur niskowymiarowych. Fizyka dielektryków dielektryk w stałym polu elektrycznym. Pola lokalne. Relaksacja dielektryczna. Zjawiska nieliniowe w dielektrykach. Ferroelektryki, piezoelektryki i piroelektryki. Fizyka magnetyków klasyfikacja materiałów magnetycznych i ich magnesowanie, transport elektronowy w metalach (zjawiska magnetooporowe, spintronika), magnetyczne cienkie warstwy, magnetyczne nośniki informacji. Elementy fizyki materiałów amorficznych, polimerów i ciekłych kryształów. 4
3. Metody informatyczne w fizyce i technice Zastosowanie komputerów w układach sterowania i akwizycji danych. Systemy skupione i rozproszone. Oprogramowanie systemów pomiarowych: standard IEEE- 488:2, język SCPI. Komputerowe systemy algebraiczne. Prezentacja i analiza programów rozwiązujących wybrane problemy z fizyki. Prezentacja i analiza programów symulujących proste układy fizyczne. Modelowanie zjawisk i eksperymentów fizycznych. Wizualizacja. Komputerowa analiza sygnałów: analiza widmowa, przykładowe transformaty ortogonalne, analiza falkowa. Sieci neuronowe. Przetwarzanie informacji. Opracowanie programów rozwiązujących analitycznie i numerycznie wybrane zagadnienia z fizyki. 4. Projektowanie konstrukcji wspomagane komputerowo Metody rzutowania. Sposoby zapisu geometrycznej postaci konstrukcji w rzutach prostokątnych. Uproszczony zapis konstrukcji połączeń oraz części maszynowych o kształcie oczywistym. Główne formy zapisu graficznego zalecane przez normy: rzutowanie, przekroje rysunkowe, wymiarowanie, zapis tolerancji i pasowań, zapis chropowatości powierzchni. Szkice odręczne. Techniki komputerowe (CAD) jako narzędzie wspomagające opracowanie graficzne dokumentacji technicznej i ofertowej. 5. Metrologia fizyczna w technice, medycynie i ochronie środowiska Pomiary, narzędzia pomiarowe, wielkości fizyczne. Klasyfikacja niepewności pomiarowych. Błędy przypadkowe funkcje rozkładu, odchylenie standardowe wielkości prostych i złożonych. Dokładność przyrządów i rozkład równomierny. Dokładność wyznaczania wielkości będącej funkcją wielkości mierzonych. Zasady wykonywania wykresów. Regresja liniowa. Działanie podstawowych przyrządów laboratoryjnych. Zapoznanie ze sposobem wykonywania pomiarów zgodnie z obowiązującymi normami. Detekcja promieniowania jonizującego. Pomiar i obliczanie dawek promieniowania jonizującego, obliczanie osłon. Podstawy międzynarodowego i polskiego prawa atomowego. Promieniowanie rentgenowskie wytwarzanie, właściwości, zastosowanie w medycynie i technice. Generacja, detekcja i właściwości ultradźwięków. Ultradźwiękowe metody badań nieniszczących. Ultrasonografia. Elementy akustyki, pomiary audiometryczne. Optyka okularowa. Metody pomiarowe wykorzystujące światło spolaryzowane. Zastosowanie laserów obróbka materiałów, holografia, lidary, sensory wizyjne, mikroanaliza laserowa, zastosowanie w telekomunikacji i medycynie. Wykorzystanie rezonansów magnetycznych w medycynie i badaniach podstawowych. Przechowywanie, przelewanie i pomiar poziomu ciekłego helu. Warunki bezpieczeństwa pracy z cieczami kriogenicznymi. Termometria niskotemperaturowa. Miernictwo próżniowe i konserwacja wysokiej próżni. Wytwarzanie wysokich ciśnień i ich zastosowanie w technologiach przemysłowych. Metodyka obrazowania i modyfikacji powierzchni za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego i mikroskopu sił atomowych. Metody badania zanieczyszczeń powietrza i wód powierzchniowych. Oczyszczanie ścieków biodegradacja i optymalizacja. Testy toksyczności. 6. Inżynieria materiałowa Właściwości mechaniczno wytrzymałościowe materiałów. Uogólnione prawo Hooke a. Materiały w złożonym stanie naprężeń. Zmęczenie materiałów. Struktura metali, stopów i układy równowagi fazowej. Obróbka cieplna i cieplno-chemiczna stopów żelaza. Metale nieżelazne i ich stopy. Tworzywa ceramiczne, szkła, kompozyty, 5
stale i stopy o specjalnych właściwościach fizycznych. Materiały o specjalnych właściwościach magnetycznych. Kryształy, materiały amorficzne, polimery, kryształy plastyczne i ciekłe kryształy. Zasady doboru materiałów. Przykłady technologii i procesów. Zastosowanie techniki plazmowej, ultradźwiękowej, erozyjnej, laserowej i innych. Nanotechnologie. 7. Budowa i eksploatacja aparatury diagnostycznej i badawczej oraz komputerów Zasady projektowania stanowisk pomiarowych, części i zespołów urządzeń mechanicznych. Ogólne właściwości przyrządów optycznych i zasady ich konstruowania. Budowa laserów. Podstawy budowy aparatury rentgenowskiej. Układy mikrofalowe: spektrometry, masery, atomowe i molekularne wzorce częstotliwości, radary. Budowa i działanie urządzeń kriogenicznych. Urządzenia ochrony powietrza. Diagnozowanie procesów technologicznych za pomocą unikatowej aparatury. Podstawy budowy i zasady działania komputerów osobistych i komputerowych urządzeń peryferyjnych. Zasady konfiguracji nowoczesnego sprzętu komputerowego. Diagnostyka komputerowa. Metody usuwania podstawowych usterek. Możliwości wykorzystania sprzętu komputerowego w nowoczesnych laboratoriach naukowobadawczych. VII. ZALECENIA 1. W grupie B i C zajęcia praktyczne (ćwiczenia audytoryjne, ćwiczenia laboratoryjne, projekty) powinny stanowić łącznie nie mniej niż 40% zajęć. 2. Przy ustalaniu szczegółowego planu i programu studiów należy mieć na uwadze kryteria akredytacji kierunku w FEANI (przedmioty kształcenia ogólnego ok. 10%, przedmioty podstawowe ok. 35%, przedmioty kierunkowe ok. 55%). 6