ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Σκοπός του μαθήματος είναι η εμβάθυνση των γνώσεων των φοιτητών όσον αφορά τις θεμελιώδεις αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού και της οπτικής, όπου περιλαμβάνονται η ηλεκτροστατική, η ηλεκτροδυναμική, τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία και κύματα, τα ηλεκτρικά κυκλώματα και η γεωμετρική οπτική. Ο φοιτητής μέσω της επίλυσης σχετικών προβλημάτων θα αποκτήσει τα απαραίτητα εφόδια για την καλύτερη κατανόηση του θεωρητικού και πειραματικού μέρους των μαθημάτων ειδικότητας του προγράμματος σπουδών του Μηχανικού Τοπογραφίας και Γεωπληροφορικής.
Συγκεκριμένα με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής θα είναι σε θέση:
- να επιδεικνύει την βαθιά κατανόηση των θεωρητικών βάσεων του ηλεκτρομαγνητισμού,
- να ερμηνεύει και να αξιολογεί κριτικά τους νόμους που πρέπει να εφαρμόσει για την αντιμετώπιση σύνθετων προβλημάτων ηλεκτρομαγνητισμού και γεωμετρικής οπτικής,
- να πραγματοποιεί μετρήσεις στο εργαστήριο που αφορούν την ύλη του μαθήματος και να επεξεργάζεται τα αποτελέσματα συνδέοντας τα με τη θεωρία,
- να εφαρμόζει τους σχετικούς νόμους στη λύση σύνθετων προβλημάτων αξιοποιώντας τα κατάλληλα μαθηματικά εργαλεία,
- να μελετά θέματα εφαρμογών του ηλεκτρομαγνητισμού και της οπτικής σε διάφορες επιστημονικές περιοχές και να συνεργάζεται με συμφοιτητές του/της για την εκπόνηση πειραματικής μελέτης,
- να ερμηνεύει τα αποτελέσματα των υπολογισμών του σε σύνδεση και με το αντικείμενο της επιστήμης του Μηχανικού Τοπογραφίας και Γεωπληροφορικής.
Γενικές Ικανότητες
- Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής
- Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
- Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις
- Αυτόνομη εργασία
- Ομαδική εργασία
- Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ
Θεωρητικό μέρος
- Ηλεκτροστατική, νόμος του Coulomb, ηλεκτρικό πεδίο, ηλεκτρικά δίπολα, νόμος του Gauss, δυναμικό, υπολογισμός ηλεκτρικών δυναμικών, ηλεκτροστατικά πεδία στην ύλη. Ενέργεια ηλεκτρικού πεδίου, χωρητικότητα και πυκνωτές, πόλωση και διηλεκτρικά υλικά. Ηλεκτρικό ρεύμα, αντίσταση και ηλεκτρικά κυκλώματα, κανόνες Kirchhoff, ηλεκτρικά όργανα.
- Μαγνητοστατική, μαγνητικό πεδίο και δυνάμεις, μαγνητική ροή, κίνηση σωματίων σε μαγνητικό πεδίο, μαγνητικά δίπολα και μαγνητική διπολική ροπή. Νόμος των Biot-Savart, υπολογισμός μαγνητικών πεδίων. Νόμος του Ampere, παραμαγνητικά, διαμαγνητικά και σιδηρομαγνητικά υλικά.
- Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, νόμος του Faraday, επαγόμενα ηλεκτρικά πεδία. Αμοιβαία επαγωγή, αυτεπαγωγή, ενέργεια του μαγνητικού πεδίου, κυκλώματα R-L, L-C και L-R-C. Εναλλασσόμενο ρεύμα, περιστρεφόμενα διανύσματα φάσης, ισχύς, συντονισμός.
- Εξισώσεις του Maxwell σε διαφορική και ολοκληρωτική μορφή. Χρονικά μεταβαλλόμενο Η/Μ πεδίο, ηλεκτρομαγνητικά κύματα, κυματική εξίσωση, ενέργεια και ορμή ηλεκτρομαγνητικού κύματος, διάνυσμα Poynting, πίεση ακτινοβολίας.
- Φύση και διάδοση του φωτός, νόμοι ανάκλασης και διάθλασης.
- Εισαγωγή στην γεωμετρική οπτική: πρίσματα, κάτοπτρα, φακοί, απλά οπτικά όργανα (μάτι, φωτογραφική μηχανή, τηλεσκόπιο).
- Εισαγωγή στην κυματική οπτική, συμβολή, περίθλαση. Σκέδαση και πόλωση φωτός. Διακριτική ικανότητα οργάνων. Πηγές και ανιχνευτές φωτός. Εισαγωγή στη συμβολομετρία.
Εργαστηριακό μέρος
Σφάλματα μετρήσεων-γραφικές παραστάσεις, φόρτιση πυκνωτή, μέτρηση ειδικής αντίστασης αγωγού, επίδραση μαγνητικού πεδίου σε δέσμη ηλεκτρονίων, διάθλαση φωτεινής δέσμης laser σε διαφανές υλικό, διάθλαση μέσω οπτικού πρίσματος, βαθμονόμηση φασματοσκοπίου, προσδιορισμός εστιακής απόστασης φακού, μετρήσεις με παλμογράφο.
Μέθοδος αξιολόγησης:
- Τελική Γραπτή Εξέταση (70% του τελικού βαθμού) διαβαθμισμένης δυσκολίας, που μπορεί να περιλαμβάνει ερωτήσεις σύντομης απάντησης, επίλυση απλών και σύνθετων προβλημάτων και ερωτήσεις κρίσεως.
- Αξιολόγηση των εργαστηριακών εργασιών (30% του τελικού βαθμού) που περιλαμβάνει τις γραπτές εργασίες με την επεξεργασία των εργαστηριακών μετρήσεων και προφορική εξέταση κατά τη διάρκεια των μετρήσεων.
Τα κριτήρια αξιολόγησης έχουν παρουσιασθεί πριν την τελική εξέταση στους φοιτητές και η επιμέρους βαθμολογία των θεμάτων αναγράφεται σε αυτά. Οι φοιτητές μπορούν να δουν το γραπτό τους και τις επιμέρους βαθμολογίες τους στα θέματα, καθώς επίσης να λάβουν διευκρινήσεις σχετικά με αυτές αφού επισημανθούν τα όποια λάθη τους.
ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Ελληνόγλωσση
- Young Hugh D, Freedman R, 2009, Πανεπιστημιακή φυσική (Τόμος B), Εκδόσεις Παπαζήση.
- Halliday David, Resnick Robert, Walker Jearl, 2012, Φυσική (2ος τόμος), Εκδόσεις Γ. Δαρδανός και ΣΙΑ.
- Raymond A. Serway, John W. Jewett, 2013, Ηλεκτρισμός και μαγνητισμός, ηλεκτρομαγνητισμός, οπτική, σύγχρονη φυσική, εκδόσεις κλειδάριθμος επε.
- Σαβαίδης Στ., Σκούντζος Αν., 2010, Ηλεκτρομαγνητισμός και μετάδοση Η/Μ κυμάτων, εκδόσεις Σύγχρονη Εκδοτική.
Ξενόγλωσση
- Young Hugh D, Freedman R, 2016, University Physics with Modern Physics (volume B), Pearson Education Ltd.
- Halliday David, Resnick Robert, Walker Jearl, 2014, Fundamentals of Physics (volume B), John Wiley and Sons Inc.
- Raymond A. Serway, John W. Jewett, 2012, Physics for Scientists and Engineers, CENGAGE Learning
Συναφή επιστημονικά περιοδικά
- Nature, Macmillan Publishers Limited
- Physical Review Letters, American Physical Society
- Journal of Physics A,B,C,D, Institute of Physics
- European Journal of Physics, Institute of Physics