Nastavni program

Ustrojstvo nastave

Naziv predmeta: Osnove fizike 4
Kod: F104
Vrsta: Teorijski i praktični

  • Predavanja: 60
  • Seminari: 15
  • Vježbe: 30

Razina: Osnovni predmet
ECTS: 9 ECTS

Nastavnik: izv.prof.dr.sc. Branko Vuković
Asistent: dr. sc. Maja Varga Pajtler

Cilj ili svrha kolegija:

Usvojiti temeljna znanja i koncepte iz područja: struktura tvari, kinetička teorija plinova, toplina, termodinamika, struktura atoma, nuklarne reakcije, standardni kozmološki model čestica. Pripremiti se za kolegije koji slijede i koji zahtijevaju poznavanje prirodnih zakona iz navedenih područja.

Preduvjeti za upis: Položeni ispiti iz kolegija Osnove fizike 1, Osnove fizike 2, Matematika 1 i Matematika 2.

Ishodi učenja:

  1. Definirati osnovne pojmove i opisati pojave iz strukture tvari.
  2. Definirati osnovne pojmove i opisati pojave iz kinetičke teorije plinova.
  3. Pravilno opisati i interpretirati zakone i pojave vezane uz prijenos topline, termodinamiku i toplinske strojeve.
  4. Izložiti povijesni razvoj ideje o strukturi atoma, opisati strukturu atomske jezgre.
  5. Samostalno riješiti Schroedingerovu jednadžbu u jednostavnijim slučajevima.
  6. Definirati osnovne pojmove iz područja kozmologije i elementarnih čestica.
  7. Definirati osnovne pojmove i objasniti strukturu periodnog sustava elemenata.
  8. Ispravno vrjednovati rezultate dobivene rješavanjem zadataka.
  9. Primijeniti stečeno znanje iz područja topline, termodinamike i moderne fizike u praksi, te samostalno nastaviti proširivati svoja znanja iz navedenog područja.
Nastavna aktivnost ECTS Ishod učenja Aktivnost studenta Metode procjenjivanja Bodovi
min max
Pohađanje predavanja 0,9 1-9 Prisutnost na nastavi Evidencija 0 10
Provjera znanja (kolokvij) 4,5 1-9 Iskazi definicija i fizikalnih zakona. Izvodi matematičkih izraza za pojedine fizikalne veličine. Opisivanje demonstracijskih pokusa izvedenih na nastavi. Rješavanje numeričkih zadataka Pismeni kolokvij (3 kolokvija u semestru) 0 50
Seminari 0,9 7 Istraživanje na zadanu temu, te pisanje teksta seminara. Izdrada prezentacije, te usmeno izlaganje seminara. Ocjena pisanog seminara (do 5 bodova) te ocjena usmenog izlaganja (do 5 bodova) 0 10
Domaće zadaće 1,35 8 Rješavanje numeričkih zadataka Kratki pismeni ispit na početku svakih auditornih vježbi 0 15
Završni ispit 1,35 1-9 Rješavanje zadataka višestrukog izbora Pismeni ispit 0 15
UKUPNO 9 0 100

Kompetencije koje se stječu:
Pretpostavke statističkog i termodinamičkog opisa mnogočestičnih sustava. Povezivanje zakona porasta entropije u izoliranim sustavima i fenomenoloških formulacija drugog zakona termodinamike. Rastumačiti princip rada toplinskih strojeva pomoću p-V dijagrama. Primjena temeljnih termodinamičkih zakona na fazne prijelaze. Rješavanje jednostavnih problema vezanih uz prijenosne pojave. Izložiti povijesni razvoj ideje o strukturi atoma. Rastumačiti nužnost zamjene determinističkog opisa prirode s probabilističkim. Rješavanje Schroedingerove jednadžbe u jednostavnim slučajevima. Opis strukture jezgre. Opisati princip rada nuklearnih reaktora.

Sadržaj

  1. Struktura tvari
    • količina tvari, mol
    • Brownovo gibanje
    • difuzija
    • molekulske sile
    • agregatna stanja tvari
    • kinetička teorija plinova
    • plinske jednadžbe
    • raspodjela brzina molekula plina
    • temperatura
    • termometrija
    • promjena agregatnih stanja tvari
    • zasićene pare
    • vlažnost zraka
    • prijelazni dijagrami kristal-tekućina-plin trojna točka
  2. Kalorimetrija
    • mjerenje topline
    • toplinski kapacitet
    • kalorimetri
    • vrelište, talište, latentna toplina
    • Daltonov zakon
    • realni plinovi, van der Walsova jednadžba
  3. Termodinamika
    • unutarnja energija, rad plina
    • prvi zakon termodinamike Gay-Lussac
    • Jouleov pokus
    • Mayerova relacija
    • entalpija
    • adijabatske jednadžbe
    • drugi zakon termodinamike, perpetuum mobile
    • reverzibilni i ireverzibilni procesi
    • statistička teorija topline
    • entropija
    • ditermni kružni procesi
    • Carnotov kružni proces
    • koeficijent toplinskog iskorištenja
    • prigušeno protjecanje plina
    • Clausius-Clapeyronova jednadžba
    • toplinski strojevi
    • termodinamička ljestvica temperature
    • motori s unutarnjim sagorjevanjem
    • hladnjak
    • toplinska pumpa
    • prijenos topline
  4. Atomska i nuklearna fizika
    • spektar zračenja crnog tijela
    • Kirchhoffov zakon zračenja
    • Planckov zakon zračenja
    • Stefanov zakon zračenja
    • struktura atoma
    • Schroedingerova valna jednadžba, valne funkcije elektrona za vodikov atom
    • relacija neodređenosti
    • kvantni brojevi
    • paulijev princip isključenja
    • periodni sustav elemenata
    • atomska jezgra
    • radioaktivnost i zakon raspada
    • fisija, fuzija
    • akceleratori čestica
    • rentgensko zračenje
    • interakcija zračenja u tvari
    • dozimetrija zračenja
    • zaštita od zračenja
    • kvarkovi
    • standardni kozmološki model svemira

Vrednovanje znanja

Svaki mjesec dana piše se kolokvij (3 teorijska pitanja + 3 numerička).

  • Kolokvij 1 – Struktira tvari i kalorimetrija
  • Kolokvij 2 – Termodinamika
  • Kolokvij 3 – Atomska i nuklearna fizika

Domaće zadaće pokrivaju cijelo gradivo kolegija. Kratke provjere znanja na svakim vježbama. Završni ispit na kraju semestra.

Konačna ocjena se formira na sljedeći način:

  • Sudjelovanje na predavanjima i vježbama 10 %.
  • Izrađen seminar 10 %.
  • Uspješno položeni kolokviji – najviše 50 %.
  • Domaće zadaće 15 %
  • Završni ispit 15 %.

Ocjene:

  • Izvrstan (90 – 100) %
  • Vrlo dobar (80 – 89,9) %
  • Dobar (70 – 79,9) %
  • Dovoljan (60 -69,9) %

Drugi način polaganja ispita: Pismeni + usmeni ispit

Pismeni ispit se sastoji od pet numeričkih zadataka, ukupno 100 bodova. Student je uspješno položio pismeni dio ispita ako na pismenom ispitu ostvari 50 bodova. Na usmenom ispitu se može polagati cijelo gradivo kolegija.

Literatura

Preporučena literatura

  1. Cindro, N., Fizika 1, Školska knjiga, Zagreb, 1988.
  2. Kulišić, P., Mehanika i toplina, Školska knjiga, Zagreb, 1990
  3. Kulišić, P., Lopac, V., Elektromagnetske pojave i struktura tvari, Školska knjiga, Zagreb, 1991.

Dopunska literatura

  1. Paić, M., Toplina, Termodinamika, Energija, Liber, Zagreb, 1993.
  2. Young, H., Freedman, R., University Physics, Addison-Wesley Publ., New York, 1996..
  3. E. Babić, R. Krsnik i M. Očko. Zbirka riješenih zadataka iz fizike. Školska knjiga, Zagreb 2004.