Κωδικός Μαθήματος

 

Τύπος Μαθήματος

Μικτό - Υποχρεωτικό

Κατηγορία Μαθήματος

ΜΓΥ

Εβδομαδιαίες ώρες διδασκαλίας

Θεωρία

3

Ασκήσεις Πράξης

0

Εργαστήριο

2

Πιστωτικές Μονάδες

Θεωρία

4

Εργαστήριο

3

ΣΥΝΟΛΟ ΔΜ

7

 

Στόχος / Σκοπός μαθήματος

  • Εμπέδωσηβασικών αρχών και νόμωντης Φυσικής με ιδιαίτερη έμφαση στις έννοιες των πεδίων και των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
  • Ανάπτυξη της κριτικής ικανότητος του σπουδαστή με εμπέδωση των μηχανισμών εφαρμογής των βασικών αρχών της Φυσικής στην τεχνολογία.

Περιγραφή μαθήματος - Θεωρητικό μέρος του μαθήματος

Ηλεκτρικό πεδίο. Νόμος του Gauss. Ηλεκτρικό ρεύμα. Μαγνητικό πεδίο. Νόμος του Ampère. Ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Ηλεκτρομαγνητικές εξισώσεις του Maxwell. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Κύματα φωτός.

Ακολουθεί αναλυτικό περίγραμμα του μαθήματος κατανεμημένο σε δεκατρείς εκπαιδευτικές εβδομάδες :

Εβδομάδα

Π ε ρ ι γ ρ α φ ή

1η

Το αντικείμενο της Φυσικής: Διανυσματικά φυσικά μεγέθη. Το διάνυσμα της ταχύτητας. Το διάνυσμα της επιτάχυνσης.

2η

Δυνάμεις και πεδία: Νόμοι του Νεύτωνα. Η φύση των δυνάμεων. Η έννοια του πεδίου δυνάμεων. Πεδίο βαρύτητας. Δυνάμεις τριβής.

3η

Ηλεκτρικό πεδίο: Νόμος του Coulomb. Νόμος του Gauss. Ηλεκτρικό ρεύμα.

4η

Μαγνητικό πεδίο. Κίνηση φορτισμένου σωματιδίου σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. Φαινόμενο Hall. Μαγνητική δύναμη σε ρευματοφόρο αγωγό.

5η

Πηγές του μαγνητικού πεδίου: Νόμος των BiotSavart. Νόμος του Ampère. Δύναμη μεταξύ ρευμάτων.

6η

Διατήρηση της ενέργειας: Έργο δυνάμεως. Έργο και κινητική ενέργεια. Δυναμική ενέργεια. Ισχύς. Νόμος διατήρησης της ενέργειας.

7η

Ηλεκτρομαγνητική ενέργεια: Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια. Ηλεκτρικό δυναμικό. Ενέργεια ηλεκτρικού πεδίου. Ενέργεια σε ηλεκτρικό κύκλωμα.

8η

Παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας: Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή – Νόμος του Faraday. Ενέργεια αποθηκευμένη σε μαγνητικό πεδίο.

9η

Κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος: Ισχύς σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος.

10η

Ταλαντώσεις: Απλή αρμονική ταλάντωση. Ελεύθερες ταλαντώσεις απλών συστημάτων. Εξαναγκασμένες ταλαντώσεις. Συντονισμός.

11η

Κύματα: Οδεύοντα κύματα. Χαρακτηριστικά αρμονικών κυμάτων. Διάδοση ενέργειας στην κυματική κίνηση. Επαλληλία και συμβολή κυμάτων.

12η

Ηλεκτρομαγνητικά κύματα: Θεωρία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ηλεκτρομαγνητικές εξισώσεις του Maxwell. Αρμονικά ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ενέργεια ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

13η

Κύματα φωτός: Αρχή του Huygens. Ανάκλαση. Διάθλαση. Ολική εσωτερική ανάκλαση. Οπτικές ίνες.

 

Αναμενόμενα Μαθησιακά Αποτελέσματα

Με την ολοκλήρωση του μαθήματος οι σπουδαστές θα πρέπει να καταστούν περισσότερο ικανοί:

  • Να προσδιορίζουν την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, που δημιουργείται από διάφορες κατανομές φορτίου.
  • Να περιγράφουν την κίνηση φορτισμένων σωματιδίων σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο.
  • Να περιγράφουν την κίνηση φορτισμένων σωματιδίων σε ομογενές μαγνητικό πεδίο.
  • Να προσδιορίζουν την ένταση του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από διάφορες κατανομές ρεύματος.
  • Να προσδιορίζουν την αποθηκευμένη ενέργεια σ’ ένα ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο.
  • Να αναλύουν ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, τόσο στο συνεχές, όσο και στο εναλλασσόμενο ρεύμα.
  • Να προσδιορίζουν το επαγόμενο ηλεκτρικό πεδίο από μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο.
  • Να περιγράφουν τις ελεύθερες και εξαναγκασμένες ταλαντώσεις απλών συστημάτων.
  • Να αποδείξουν ότι οι εξισώσεις του Maxwell προβλέπουν την ύπαρξη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
  • Να προσδιορίζουν την ενέργεια που μεταφέρουν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Εργαστηριακό Μέρος Μαθήματος

Το Εργαστήριο Φυσικής έχει τους ακόλουθους στόχους:

(α) Να καταστήσει τους σπουδαστές ικανούς για την ανάδειξη των θεμελιωδών νόμων της Φυσικής στους τομείς του Ηλεκτρομαγνητισμού και της Οπτικής, με άμεσο πρακτικό αποτέλεσμα την εφαρμογή τους στην τεχνολογία που θα σπουδάσουν.

(β) Να εξοικειώσει τους σπουδαστές με τις πειραματικές διατάξεις και συσκευές.

(γ) Να εκπαιδεύσει τους σπουδαστές στους τρόπους με τους οποίους να πραγματοποιούν τα πειράματα.

Εβδομαδιαίο πρόγραμμα

Εβδομάδα

Π ε ρ ι γ ρ α φ ή

1η

Ανάλυση πειραματικών μετρήσεων. Σφάλματα μετρήσεων.

2η

Γραφική ανάλυση πειραματικών μετρήσεων. Μέθοδος των ελαχίστων τετραγώνων. Βασικά όργανα ηλεκτρικών μετρήσεων.

3η

Μέτρηση ειδικής αντίστασης.

4η

Μέτρηση αντίστασης με αμπερόμετρο και βολτόμετρο.

5η

Μέτρηση αντιστάσεων με τη γέφυρα Wheatstone.

6η

Μέτρηση θερμικού συντελεστή αντιστάσεως.

7η

Μέτρηση χαρακτηριστικών ηλεκτρικής πηγής.

8η

Νόμος του Joule.

9η

Μελέτη κυκλώματος RC με παλμογράφο.

10η

Πείραμα του Millikan.

11η

Μέτρηση του ειδικού φορτίου του ηλεκτρονίου (e/m)

12η

Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

13η

Ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις.

 

Αναμενόμενα Μαθησιακά Αποτελέσματα

Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του εργαστηριακού μέρους του μαθήματος οι σπουδαστές θα πρέπει να καταστούν περισσότερο ικανοί στο:

  • Να προσδιορίζουν το πειραματικό σφάλμα κατά τη μέτρηση ενός φυσικού μεγέθους.
  • Να αναλύουν γραφικά τις σχέσεις μεταξύ φυσικών μεγεθών.
  • Να πραγματοποιούν μετρήσεις ηλεκτρικών μεγεθών σε απλά ηλεκτρικά κυκλώματα.
  • Να αναδεικνύουν θεμελιώδεις σχέσεις μεταξύ ηλεκτρικών μεγεθών.

Προσόντα και ειδικότητα του εκπαιδευτικού που απαιτούνται για την εφαρμογή και την επίτευξη των μαθησιακών στόχων του μαθήματος : Κατάλληλη εκπαιδευτική, ερευνητική, επιστημονική, επαγγελματική εμπειρία στο γνωστικό αντικείμενο της Γενικής Φυσικής - Ηλεκτρομαγνητισμός.

Διδακτικά βοηθήματα

  1. Α. Α. Ζαχαρούλης, Φυσική – Θεωρία και Πρακτική, Εκδοτικός Όμιλος Ίων, Αθήνα, 2013.
  2. H. C. Ohanian, Φυσική, Τόμος Β΄: Ηλεκτρομαγνητισμός – Οπτική, Μετάφραση – επιμέλεια Α. Φίλιππα, Εκδόσεις Συμμετρία, Αθήνα, 1991.