Studijní předměty

Předmět: Fyzika povrchů

Katedra/Zkratka: KEF/FPOV

Rok: 2019 2020

Garant: 'doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D.'

Anotace: Cílem je seznámit studenty se základními metodami studia fyzikálních vlastností povrchů materiálů. Studenti jsou též seznámeni s experimentálními technikami pro charakterizaci povrchů.

Přehled látky:
1. Ideální a reálný povrch pevné látky. Krystalická struktura, čistota, získávání atomárně čistých povrchů, adsorpce, desorpce, elektronová struktura povrchů, typy vazeb, elektronegativita. 2. Výstupní práce. Teorie, závislost na druhu látky a vnějších vlivech, měření a praktický význam výstupní práce. 3. Vliv tepla. Termoelektronová a termoiontová emise, povrchová ionizace. 4. Dopad elektromagnetického záření. Fotoelektronová emise, základy fotoemisní spektroskopie. 5. Dopad elektronů. Sekundární elektron-elektronová emise, elektronově indukovaná desorpce, pružný odraz a difrakce elektronů, nepružná interakce elektronů s povrchem, základy elektronové spektroskopie. 6. Vibrační excitace na povrchu pevné látky 7. Metody studia povrchů pevných látek Mikroskopie (AFM, STM, UHV STM), rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS), Mössbauerova spektroskopie konverzních elektronů, BET fyzisorpce, chemisorpce, difrakce nízkoenergetických elektronů (LEED), povrchová RTG difrakce (SXRD), hmotnostní spektroskopie sekundárních částic (SIMS) 8. Fyzika povrchu nanoobjektů, vybrané aplikace povrchových nanostruktur (fotokatalýza štěpení vody)

Přednáška (PDF 16 MiB)

Předmět: Elektřina a magnetismus

Katedra/Zkratka: KEF/EMGU

Rok: 2019 2020

Garant: 'doc. RNDr. Roman Kubínek, CSc.'

Anotace: Hlavním výukovým cílem tohoto modulu je pochopení elektrických a magnetických jevů a jejich vzájemné souvislosti. Důležité budou rovněž jejich aplikace v ostatních fyzikálních disciplínách v podobě jediného elektromagnetického pole nebo dílčích elektrických a magnetických jevů. Studenti by rovněž měli být schopni porozumět mezipředmětovým vazbám, zejména na chemii a biologii.

Přehled látky:
1. Elektrostatické pole ve vakuu - základní pojmy a zákony. Zákon Coulombův a jeho aplikace, princip superpozice. Popis elektrostatického pole, intenzita, el. potenciál. Gaussova elektrostatická věta a její aplikace. Potenciální energie náboje v el. poli, elektrický potenciál, výpočet el. potenciálu. Elektrické pole od nabitého vodiče, rozložení náboje na povrchu nabi-tého vodiče, elektrostatická indukce. Kapacita osamoceného vodiče. kondenzátory, spojování kondenzátorů. 2. Elektrostatické pole v dielektriku - polarizace dielektrika, vektor polarizace, die-lektrická susceptibilita a relativní permitivita. Vektor elektrické indukce, zobecněná Gaussova věta. Vektory E a D na rozhraní dvou dielektrik. Dielektrické materiály a jejich využití. Ener-gie elektrostatického pole. Elektrostatické měřicí přístroje. 3. Ustálený elektrický proud - druhy proudu, velikost proudu, hustota proudu. Rov-nice kontinuity a I. Kirchhoffův zákon. Ohmův zákon, odpor vodiče, spojování rezistorů. Práce a výkon elektrického proudu. Závislost odporu na teplotě, supravodivost, nelineární vodiče. Obvod se zdrojem EMN. Zdroj proudu. II. Kirchhoffův zákon, řešení elektrických sítí. Regula-ce proudu a napětí. Měření základních elektrických veličin. Kontaktní rozdíl potenciálů, termo-elektrické jevy. Vedení elektrického proudu v polovodičích, ve vakuu, v plynech a v elektro-lytech. 4. Stacionární magnetické pole - základní magnetické jevy, zákon Biottův - Savartův - Laplaceův, Lorentzova síla. Výpočet magn. polí. Pohyb nabitých částic v magn. a el. poli. Magnetický indukční tok, Ampérův zákon celkového proudu. Působení magnetického pole na vodiče s proudem. El. měřicí přístroje. Silové působení mezi dvěma vodiči s proudem, definice ampéru. 5. Magnetické pole v látkovém prostředí - látky diamagnetické, paramagnetické a fe-romagnetické. Vektor magnetizace a magnetické polarizace. Magnetický obvod. 6. Nestacionární elektromagnetické pole - Faradayův zákon elektromagnetické in-dukce, vzájemná indukce, vlastní indukce. Vířivé proudy. Energie magnetického pole. Pře-chodné jevy v obvodech RL a RC. Vznik střídavého proudu. 7. Základní charakteristiky střídavého proudu a napětí - dvojpóly R, L, C v obvo-du střídavého proudu, impedance a admitance. Práce a výkon střídavého proudu. Fázory. Séri-ový a paralelní obvod RLC, řešení pomocí fázorů. Symbolická komplexní metoda. 8. Elektrické stroje - transformátory, generátory a elektromotory. Třífázový elektrický proud, točivé magnetické pole, třífázové elektromotory. 9. Elektromagnetické kmity a vlny - tlumené kmity v RLC obvodu, netlumené kmity - oscilátory, vynucené kmity v el. obvodech, vázané obvody. Vysokofrekvenční proudy. Obvo-dy s rozloženými parametry, Lecherovo vedení, půlvlnný dipól, antény. Elektromagnetické vlny a jejich vlastnosti, šíření elmag. vln. Maxwellovy rovnice pro nestacionární elektromagnetické pole. Praktikum: Prvky ve stacionárních obvodech - chování rezistorů, kondenzátorů a cívek; metody řešení obvodů, odporové můstky Prvky ve střídavých obvodech - chování rezistorů, kondenzátorů a cívek; měření kapacit, řešení obvodů a princip superpozice Nelineární a řízené prvky - charakteristiky varistorů, termistorů, diod a žárovek; přechodové odpory Základní vlastnosti RLC obvodů - napětí na jednotlivých prvcích, proudy v obvodech, výkony ve střídavých obvodech; simulační programy Práce s osciloskopem - základní obsluha osciloskopu, charakteristiky signálů, True RMS hodnoty, Lissajusovy obrazce a měření fázových posuvů Magnetický obvod a magnetické křivky - měření hysterezní křivek, transformátory, výkonové ztráty v magnetických obvodech Teplotní závislosti elektrických parametrů Elektromagnetická indukce a magnetické pole cívek Elektrostatika - deskový kondenzátor a elektrolytická vana

Návod do praktik (PDF 2,3 MiB)

Otázky ke zkoušce(DOC 44 kiB)

Předmět: Fyzika 1

Katedra/Zkratka: KEF/FYCH1

Rok: 2019 2020

Garant: 'doc. RNDr. Roman Kubínek, CSc.'

Anotace: Základní kurs fyziky - elektřina a magnetismus, optika, atomová a ajderná fyzika.

Přehled látky:
Vybrané kapitoly z elektřiny a magnetismu 1. Úvod do fyziky Základní fyzikální jednotky SI, fyzikální veličiny, skaláry a vektory 2.Stacionární elektrické pole, elektrický náboj, Coulombův zákon, elektrický potenciál, napětí, kapacita vodičů, kondenzátory. Elektrostatická indukce, polarizace dielektrika. 3. Jednoduchý obvod, elektrický proud, elektromotorické napětí, Ohmův zákon, Kirchhoffovy zákony a jejich užití při řešení jednoduchých elektrických sítí. 4. Ustálený elektrický proud v kovových vodičích, polovodičích, elektrolytech, plynech a ve vakuu, zákony elektrolýzy. 5.Stacionární magnetické pole: Biotův-Savartův-Laplaceův zákon, pole vodiče s proudem. Síly působící v magnetickém poli na nabitou částici a vodič s proudem, Lorentzova síla. Magnetické pole v látkovém prostředí, magnety. 6. Nestacionární elektromagnetické pole: Faradayův zákon elektromagnetické indukce, vlastní a vzájemná indukce. Střídavé proudy, výroba elektrické energie. Elektromagnetické kmity a vlny. Vybrané kapitoly z optiky a fyziky mikrosvěta 7. Fyzikální podstata, vznik a šíření optického záření. Vlastnosti a klasifikace optických prostředí, disperze, absorpce a rozptyl světla. Klasifikace anizotropních materiálů a jejich využití. Polarizace světla. Základy teorie barev. 8. Zákony geometrické optiky, paprskové zobrazování, lom a odraz světla. Základní typy optických systémů, zobrazení zrcadlem, tenkou čočkou, optické přístroje. 9. Interference a koherence světla, difrakce, vlnová teorie zobrazování. Lasery, princip optické holografie. 10. Korpuskulárně-vlnový dualismus, fotony, částice, de Broglieho vlny. Vlnová funkce, relace neurčitosti, tunelový jev. Atomový obal, modely atomu. Bohrův model atomu vodíku. Elektromagnetické záření a jeho vlastnosti. 11. Jádro atomu, složení, vlastnosti, modely. Radioaktivní rozpad, ionizující záření, dozimetrie. Jaderné procesy (štěpení, termojaderná fúze) a energetika. 12. Základní elementární částice a interakce, hadrony, leptony, kvarky, ověřování standardního modelu

Elektřina a magnetismus (PDF 1,4 MiB)

Atomová a jaderná fyzika (PDF 814 kiB)

Předmět: Základy nanotechnologií

Katedra/Zkratka: KEF/ZANAU

Rok: 2019 2020

Garant: 'doc. Mgr. Jiří Tuček, Ph.D.'

Anotace: Úvod do kvantové fyziky, uhlíkové nanostruktury , nanoelektronika, rizika nanotechnologií.

Přehled látky:
Úvod do kvantové fyziky (teorie a důsledky), uhlíkové nanostruktury (uhlíkové nanotrubice, fullereny), nanočástice kovů a oxidů kovů, nanomedicína (doprava léčiv, kontrastní látky), nanoelektronika (UVLSI, spintronika), nanovlákna a nanotextilie, nanovrstvy (epitaxe, CDV, plasmové metody), nanokompozity a konstrukční materiály, nanosenzory a nanometrologie, analytické nástroje (STM, AFM), aplikace nanotechnologií, rizika nanotechnologií.

Přednášky

Přednášky probíhají současně s předmětem KEF/ZANA1.

Předmět: Základy nanotechnologií 2

Katedra/Zkratka: KEF/ZANA2

Rok: 2019 2020

Garant: 'doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D.'

Anotace: Tento předmět navazuje na předmět Fyzikální základy nanotechnologií 1. Zaměřen na aplikace nanotechnologií.

Přehled látky:
- Fyzikální jevy v nanosvětě; Mechanické vlastnosti nanostruktur; Elektrické vlastnosti nanostruktur; - Optické vlastnosti nanostrukturních materiálů, nanopigmenty; Nanomateriály pro uchování energie, palivové články; Nanokrystalické oxidy kovů jako plynové senzory; Nanomateriály ve fotoelektrochemických aplikacích - Nanoelektronika; Polovodičové nanočástice; Využití uhlíkových nanostruktur; Nanočásticová architektura - Biomagnetické a magnetické separační a purifikační procesy s využitím nanočástic; Využití nanomateriálů v medicíně. Kontrastní látky pro MRI. Detoxikační procesy. - Využití magnetických nanočástic v léčbě nádorových onemocnění (hypertermie). Antimikrobiální účinky nanočástic. Magnetické nosiče; Zdravotní, ekologické a sociální dopady nanotechnologií.

Předmět: Základy nanotechnologií 1

Katedra/Zkratka: KEF/ZANA1

Rok: 2019 2020

Garant: 'doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D.'

Anotace: Cílem předmětu je seznámit studenty se základními typy nanomateriálů a nanostruktur, jejich fyzikálními způsoby přípravy a metodami analýzy jejich vlastností. Dále jsou studenti seznámeni s různými aplikacemi nanomateriálů a nanostruktur.

Přehled látky:
- Definice a základní vlastnosti nanočástic; Fulereny, fulerity, fuleridy; Ferofluidy a koloidní krystaly; Nanodráty; Nanotrubičky; Grafeny - Metody syntézy nanomateriálů: sol-gel metody, sonochemické syntézy, mechanochemické syntézy, prekurzorové metody, kondenzace z plynné fáze, metody přípravy koloidních nanočástic. Řízení velikostní distribuce a morfologie částic, stabilizace - Aplikace nanočástic - katalýza, optické a magnetické vlastnosti, bioaplikace - Fyzikální techniky tvorby nanostruktur: litografie světelná, elektronová, rentgenová, iontové a atomové svazky, nanočásticová litografie, techniky založené na mikroskopii skenující sondou, laserová ablace, mikrokontaktní tisk, LIGA. - Samouspořádání: tvorba vrstev a jejich aplikace. - Zobrazovací techniky pro charakterizaci nanostruktur: elektronová mikroskopie (SEM, HR TEM, nanotomografie), mikroskopie skenující sondou (AFM, MFM, SNOM), tomografie atomární sondou. - Techniky pro charakterizaci velikosti nanostruktur: aplikace zobrazovacích technik, využití rozptylu světla, rentgenové difrakce, Mössbauerovy spektroskopie, specifické plochy povrchu. - Měření vlastností nanostruktur: charakterizace struktury pomocí rentgenové difrakce a Mössbauerovy spektroskopie, využití IČ, UV a elektronové spektroskopie, měření elektrických a magnetických vlastností.

Předmět: Nanotechnologické praktikum

Katedra/Zkratka: KEF/NPR

Rok: 2019 2020

Garant: 'Mgr. Milan Vůjtek, Ph.D.'

Anotace: Absolvováním kurzu získají studenti základní praktické zkušenosti s vybranou experimentální technikou, používanou při charakterizaci nanostruktur, a s přípravou základních nanostruktur.

Přehled látky:
1. Skenovací elektronový mikroskop a jeho základní využití pro zobrazování nanostruktur 2. Energiově disprezní analýza elektronovým svazkem a její využití pro charakterizaci nanomateriálů 3. Mikroskopie atomárních sil jako technika pro zobrazování nanostruktur 4. Elektronová litografie 5. Magnetooptický Kerrův jev pro studium nanovrstev 6. Chemické metody přípravy nanočástic stříbra a jejich charakterizace 7. Termická dekompozice jako metoda syntézy nanočástic 8. Příprava a charakterizace nanovrstev (spin coating, naprašování) 9. Fotospektroskopie kvantových teček 10. Reaktivní iontové leptání

Předmět: Pokusy s jednoduchými pomůckami

Katedra/Zkratka: KEF/PJD

Rok: 2019 2020

Garant: 'RNDr. Renata Holubová, CSc.'

Anotace: Příprava a realizace experimentů s použitím jednoduchých a snadno dostupných pomůcek - plastové láhve, plechovky, polystyrén, mince, injekční stříkačky atd.

Přehled látky:
Jednoduché fyzikální experimenty s pomocí netradičních pomůcek . Pokusy s papírem. Lidské tělo jako demonstrační pomůcka. Fyzikální hračky. Kulinářská fyzika - pokusy s vejci. Pokusy a kriminalistika. Pokusy z filmů.

Předmět: Seminář z aplikace nanotechnologií

Katedra/Zkratka: KEF/BSAN

Rok: 2019 2020

Garant: 'prof. RNDr. Miroslav Mašláň, CSc.'

Anotace: Aktuální témata nanotechnologií.

Přehled látky:
Aktuální témata nanotechnologií. Příklady témat: - Purifikace vod pomocí reduktivních technologií s využitím nanočásticového železa - Grafenové struktury - Fotokatalytické aplikace TiO2 - Magnetické ferrofluidní kapaliny

Předmět: Dipl. seminář z fyziky III + práce

Katedra/Zkratka: KEF/DIP3

Rok: 2019 2020

Garant: 'RNDr. Renata Holubová, CSc.'

Anotace: Dokončení experimentů a sepsání diplomové práce. Prezentace výsledků v rámci semináře.

Přehled látky:
Dokončení experimentů a sepsání diplomové práce. Prezentace výsledků v rámci semináře.