Українська державна академія залізничного транспорту

ЗМІСТ ДИСЦИПЛИНИ

Для спеціальності:  6.070104         „Локомотиви”

ОПИС ПРЕДМЕТА НАВЧАЛЬНОГО КУРСУ

Кількість кредитів, відповідних ЕСТS: – 10,5

Залікових кредитів – 3

Модулів – 6

Змістових модулів – 11

Загальна кількість годин – 378

Тижневих годин: на 2-му та 3-му сем. – 4; на 4-му сем. – 3

Предмет курсу: вивчення фундаментальних закономірностей фізичних форм руху матерії, її будови, властивостей та взаємодії. Забезпечення вивчення  фахово-орієнтованих дисциплін.

Таблиця 1 – Термін вивчення дисципліни

Таблиця 2 – Види занять з дисципліни

Модуль 1. Фізичні основи класичної механіки. Основи молекулярної фізики

Змістовий модуль 1. Фізичні основи класичної механіки.

Тема 1.1.1. Предмет фізики. Кінематика поступального руху.

Вступ. Система одиниць SІ. Система відліку. Траєкторія, шлях, переміщення матеріальної точки. Швидкість.  Прискорення та його складові. Кутова швидкість та кутове прискорення.

Тема 1.1.2. Динаміка матеріальної точки.

Перший закон Ньютона. Маса та імпульс матеріальної точки. Другий закон Ньютона. Сила та імпульс сили. Третій закон Ньютона. Механічна система. Закон збереження імпульсу. Центр мас системи.

Тема 1.1.3. Робота і енергія.

Енергія, робота, потужність. Кінетична та потенціальна енергії, як складові механічної енергії. Робота і енергія. Потужність. Закон збереження енергії. Удар абсолютно пружних і не пружних тіл.

Тема 1.1.4. Динаміка обертального руху твердого тіла.

Момент інерції матеріальної точки та твердого тіла. Моменти інерції симетричних тіл правильної форми. Робота та кінетична енергія в обертальному русі. Рівняння динаміки  обертального руху твердого тіла. Момент імпульсу та закон його збереження.

Тема 1.1.5. Елементи механіки рідин.

Тиск в рідинах і газах. Рівняння нерозривності. Рівняння Бернуллі і наслідки з нього. В’язкість (внутрішнє тертя). Ламінарній і турбулентний режими руху рідини. Методи визначення в’язкості.

Тема 1.1.6. Елементи спеціальної (часткової) теорії відносності.

Перетворення Галілея. Механічний принцип відносності. Постулати спеціальної теорії відносності. Перетворення Лоренца. Наслідки з перетворень Лоренца. Основний закон релятивістської динаміки матеріальної точки. Закон взаємозв’язку маси та енергії.

Змістовий модуль 2. Основи молекулярної фізики

Тема 1.2.1. Молекулярно-кінетична теорія ідеальних газів.

Дослідні закони ідеального газу. Рівняння Клапейрона – Менделєєва.  Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеальних газів. Розподіл Максвела молекул ідеального газу за швидкостями та енергіями теплового руху. Барометрична формула.

Тема 1.2.2. Явища перенесення

Середнє число зіткнень і середня довжина вільного пробігу молекул. Явища перенесення в термодинамічно нерівноважних системах. Теплопровідність. Дифузія. Внутрішнє тертя.

Модуль 2. Термодинаміка. Електростатика і постійний струм.

Змістовий модуль 3. Термодинаміка

Тема 2.3.1. Основи термодинаміки. Перший закон термодинаміки.

Число ступенів вільності молекул. Закон рівномірного розподілу енергії за ступенями вільності молекул. Внутрішня енергія ідеального газу. Перший закон (перший принцип) термодинаміки. Робота газу при зміні його об’єму. Теплоємність. Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів.

Тема 2.3.2. Другий закон термодинаміки.

Адіабатичний процес. Круговий процес (цикл). Оборотні та необоротні процеси. Другий закон (другий принцип) термодинаміки. Цикл Карно і його коефіцієнт корисної дії для ідеального газу. Ентропія.

Тема 2.3.3. Реальні гази

Сили і потенціальна енергія міжмолекулярної взаємодії. Рівняння Ван-дер-Ваальса. Ізотерми Ван-дер-Ваальса та їх аналіз. Внутрішня енергія реального газу.

Змістовий модуль 4. Електростатика. Постійний струм

Тема 2.4.1. Електричний заряд. Електростатичне поле

Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона. Електростатичне поле та його напруженість. Принцип суперпозиції електростатичних полів. Поле диполя. Теорема Гауса для електростатичного поля в вакуумі та її використання. Робота та потенціал електростатичного поля. Напруженість, як градієнт потенціалу. Еквіпотенціальні поверхні.

Тема 2.4.2. Електричне поле в речовині

Типи діелектриків. Поляризація діелектриків. Поляризованість. Напруженість  поля в діелектрику. Електричне зміщення. Провідники в електричному полі. Електроємність віддаленого провідника. Конденсатори. Енергія електричного поля.

Тема 2.4.3. Постійний електричний струм.

Електричний струм. Сила та густина струму. Сторонні сили. Електрорушійна сила та напруга. Закон Ома. Опір провідників. Закони постійного струму. Закон Ома для неоднорідної ділянки кола. Правила Кірхгофа. Електричний струм в металах. 

Модуль 3. Магнітне поле

Змістовий модуль 5. Електромагнетизм.

Тема 3.5.1. Магнітне поле та його характеристики.

Закон Біо-Савара-Лапласа і використання його для розрахунку магнітного поля провідників зі струмом. Закон Ампера. Сила Лоренца. Циркуляція вектора  для магнітного поля в вакуумі. Потік вектора. Теорема Гауса. Робота по переміщенню провідника та контуру зі струмом в магнітному полі.

Тема 3.5.2. Електромагнітна індукція.

Явище електромагнітної індукції. Закон Фарадея – Ленца. Індуктивність контуру. Самоіндукція. Струми при розмиканні і замиканні електричного кола з індуктивністю. Взаємоіндукція. Енергія магнітного поля.

Тема 3.5.3. Магнітні властивості речовини.

Магнітні моменти електронів та атомів. Діа - і парамагнетизм. Намагніченість. Магнітне поле в речовині. Феромагнетики та їх властивості. Природа феромагнетизму.

Модуль 4. Коливання. Хвилі. Хвильова оптика.

Змістовий модуль 6. Механічні і електромагнітні коливання

Тема 4.6.1. Гармонічні коливання.

Кінематика та динаміка гармонічних  коливань. Гармонічний осцилятор. Пружинний, фізичний та математичний маятники. Вільні гармонічні коливання в електричному коливальному контурі. Складання коливань.

Тема 4.6.2. Згасаючі та вимушені коливання.

Диференціальне рівняння вільних згасаючих коливань та його розв’язок. Диференціальне рівняння вимушених коливань та його розв’язок. Амплітуда та фаза вимушених коливань. Резонанс. Змінний струм. Потужність, що виділяється в колі змінного струму.

Змістовий модуль 7. Пружні та електромагнітні хвилі. Хвильова оптика.

Тема 4.7.1. Пружні хвилі

Хвильові процеси. Поздовжні та поперечні хвилі. Рівняння біжучої хвилі. Фазова швидкість. Хвильове рівняння. Групова швидкість. Інтерференція хвиль. Стоячі хвилі.

Тема 4.7.2. Електромагнітні  хвилі

Експериментальне одержання електромагнітних хвиль. Рівняння електромагнітних хвиль. Енергія електромагнітних хвиль. Використання електромагнітних хвиль.

Тема 4.7.3. Елементи хвильової оптики

Інтерференція світла. Використання інтерференції. Дифракція світла. Дифракційна решітка. Голографія. Дисперсія світла. Використання призми для розкладання світла в спектр. Поляризація світла.

Модуль 5. Квантова оптика. Елементи квантової фізики атомів.

Змістовий модуль 8. Квантова оптика.

Тема 5.8.1. Квантова природа випромінювання

Теплове випромінювання та його характеристики. Закон Кірхгофа. Закони Стефана-Больцмана та  зміщення Віна. Формули Релея-Джинса і Планка. Оптична пірометрія. Теплові джерела світла.

Тема 5.8.2.Фотефект. Тиск світла. Ефект Комптона

Види фотоелектричного ефекту. Закони зовнішнього фотоефекту. Рівняння Ейнштейна для  зовнішнього фотоефекту. Маса та імпульс фотона. Тиск світла. Ефект Комптона.

Змістовий модуль 9. Елементи квантової фізики атомів  і молекул

Тема 5.9.1. Атом водню

Моделі атома Томсона і Резерфорда. Лінійчатий спектр атома водню. Постулати Бора. Спектр атома водню за Бором.

Тема 5.9.2. Елементи квантової механіки

Корпускулярно-хвильовий дуалізм властивостей речовини. Хвилі де-Бройля та їх властивості. Співвідношення невизначеностей. Хвильова функція. Рівняння Шредінгера. Квантові числа.

Тема 5.9.2. Елементи сучасної фізики атомів і молекул

Атом водню в квантовій механіці. Спін електрона. Спінове квантове число. Принцип Паулі. Розподіл електронів в атомі за станами. Періодична система елементів Менделєєва. Молекулярні спектри. Поглинання, спонтанне та вимушене випромінювання. Лазери.

Модуль 6. Елементи фізики атомного ядра. Елементи фізики твердого тіла

Змістовий модуль 10. Елементи фізики атомного ядра.

Тема 6.10.1. Будова ядер. Радіоактивність.

Заряд, розмір і склад атомного ядра. Масове та зарядове числа. Енергія зв’язку і маса ядер. Ядерні сили. Радіоактивне випромінювання та його види. Закон радіоактивного розпаду.

Тема 6.10.12. Ядерні реакції.

Ядерні реакції та їх основні типи. Ядерні реакції під дією нейтронів. Реакція поділу ядер. Ланцюгова реакція поділу. Поняття про ядерну енергетику.  Реакція синтезу атомних ядер. Проблема керованих термоядерних реакцій.

Змістовий модуль 11. Елементи фізики твердого тіла

Тема 6.11.1. Зонна теорія твердих тіл.

Поняття про зонну теорію твердих тіл. Метали діелектрики та напівпровідники за зонною теорією. Власна провідність напівпровідників. Домішкова провідність напівпровідників. Фотопровідність напівпровідників.

Тема 6.11.2. Контактні явища.

Контакт двох металів за зонною теорією. Випрямлення струму на контакті метал – напівпровідник. Контакт електронного і діркового напівпровідників (p-n – перехід). Напівпровідникові діоди  та тріоди (транзистори). Інтегральні мікросхеми. Сучасна мікроелектроніка.