Fizyka

Celem przedmiotu jest poszerzenie wiedzy studentów na temat podstawowych praw fizyki, mających szczególnie zastosowanie w procesach technologicznych. Uświadomienie im piękna i prostoty praw fizyki rządzących światem przyrody i zależności pomiędzy nimi. Zapoznanie studentów z budową i zasadami działania podstawowych przyrządów pomiarowych stosowanych w praktyce laboratoryjnej oraz samodzielne wykonanie pomiarów, opracowanie uzyskanych wyników i oszacowanie niepewności pomiarowych.

Wykłady:

Zagadnienia wstępne. Mechanika: kinetyka i dynamika ruchu postępowego i obrotowego. Podstawowe jednostki w układzie SI.

Elementy statyki ciał. Stany skupienia ciał. Definicja ciśnienia. Podstawowe prawa: Pascala, Archimedesa. Odkształcenia ciał. Prawo Hooke,a. Moduł: ściśliwości, Younga, sztywności. Badanie wybranych mechanicznych właściwości produktów żywnościowych. Zjawiska powierzchniowe w cieczach (napięcie powierzchniowe, ciśnienie pod zakrzywioną powierzchnią).

Elementy dynamiki ciał. Charakterystyka przepływu. Równanie Bernoulliego – prawo przepływu cieczy idealnej. Przepływ cieczy rzeczywistej. Siła lepkości, współczynnik lepkości. Lepkość: dynamiczna, kinematyczna, względna i strukturalna. Krzywe płynięcia. Płyny reologicznie stabilne (ciecz newtonowska, pseudoplastyczna, dylatacyjna, plastyczna). Płyny reologicznie niestabilne (tiksotropowe, antytiksotropowe). Płyny sprężystolepkie i plastycznolepkie. Rodzaje wiskozymetrów.

Drgania i fale. Definicja drgań i ich podział. Ruch harmoniczny. Przykłady obiektów drgających. Drgania własne. Energia w ruchu drgającym. Ruch drgający z tłumieniem. Drgania wymuszone. Definicja fal. Podział fal. Cechy fal. Równanie falowe. Fale mechaniczne. Fale elektromagnetyczne. Widmo fal elektromagnetycznych.

Zjawiska falowe: zasada Huygensa-Fresnela, interferencja, dyfrakcja, odbicie, załamanie i polaryzacja. Dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego. Przyrządy optyczne – sacharymetr, polarymetr, refraktometr, spektrofotometr. Pomiar bieli i barwy.

Optyka geometryczna: Prawa optyki. Zwierciadło, soczewka. Przyrządy optyczne: mikroskop optyczny, elektronowy.

Elementy termodynamiki fenomenologicznej:

Układ i otoczenie, stan układu, parametry stanu, temperatura w skali bezwzględnej, model gazu doskonałego – równanie Clapeyrona, gaz rzeczywisty – równanie Van der Waalsa, przemiany fazowe.

Zasady termodynamiki: 0, I (energia wewnętrzna, praca objętościowa, ciepło, obliczenia przyrostu pracy i energ2), 2 (entropia). Termodynamika procesów nieodwracalnych, przewodnictwo cieplne. Metody oznaczania wybranych właściwości cieplnych produktów żywnościowych.

Pole elektromagnetyczne: Elektrostatyka, podstawowe pojęcia i prawa, prawo Coulomba, natężenie i potencjał pola elektrostatycznego, elektrostatyka w ośrodkach. Prąd i jego prawa, pojemność kondensatorów, przenikalność elektryczna. Magnetyzm i podstawowe prawa, siła Lorentza, siła elektrodynamiczna, pole magnetyczne, przenikalność magnetyczna, oddziaływania przewodników, zjawiska magnetyczne w ośrodkach. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej i zjawisko samoindukcji. Właściwości elektryczne produktów żywnościowych i ich wykorzystanie. Jednostki omawianych wielkości.

Elementy mechaniki kwantowej: Fizyka atomu i cząsteczki, zasada nieoznaczoności Heisenberga.

Wybrane ćwiczenia laboratoryjne:

Wyznaczanie gęstości ciał stałych i cieczy. Wyznaczanie przyśpieszenia ziemskiego przy pomocy wahadła matematycznego i fizycznego lub wyznaczanie modułu sztywności pręta.

Analiza składania drgań prostopadłych przy użyciu oscyloskopu i komputera "Krzywe Lissajoux" lub wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu i ciałach stałych.

Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności liniowej ciał stałych lub współczynnika rozszerzalności objętościowej cieczy.

Wyznaczanie kalorymetryczne ciepła właściwego, ciepła topnienia lub wyznaczanie zmiany entropii układu.

Wyznaczanie wilgotności względnej i bezwzględnej powietrza.

Wyznaczanie współczynnika lepkości dynamicznej i współczynnika napięcia powierzchniowego cieczy.

Wyznaczanie współczynnika sprawności urządzenia grzejnego na przykładzie grzałki elektrycznej i garnka elektrycznego lub badanie zjawiska elektrolizy i wyznaczanie współczynnika elektrochemicznego i stałej Faraday`a.

Wyznaczanie oporu przewodników metodą mostka Wheatstone`a lub wyznaczanie siły elektromotorycznej i oporu wewnętrznego źródła napięcia stałego.

Wyznaczanie zawady, współczynnika samoindukcji cewki i pojemności kondensatora w obwodach RLC lub wyznaczanie charakterystyki diody półprzewodnikowej.Wyznaczanie oporu przewodników metodą mostka Wheatstone`a lub wyznaczanie siły elektromotorycznej i oporu wewnętrznego źródła napięcia stałego.

Wyznaczanie zawady, współczynnika samoindukcji cewki i pojemności kondensatora w obwodach RLC lub wyznaczanie charakterystyki diody półprzewodnikowej.

Wyznaczanie charakterystyki i parametrów lamp elektronowych lub pomiar natężenia pola magnetycznego Ziemi.

Wyznaczanie ogniskowych soczewek przy pomocy ławy optycznej lub badanie zjawiska fotoelektrycznego.

Wyznaczanie współczynnika załamania światła przy pomocy mikroskopu lub wyznaczanie zależności współczynnika załamania cieczy od stężenia przy pomocy refraktometru.

Absorpcjometryczne wyznaczanie stężenia roztworu lub wyznaczanie stężenia roztworów cukru przy pomocy polarymetru.

Pomiar długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej lub badanie widm emisyjnych i absorbcyjnych przy pomocy spektrometru.

Badanie zjawisk termoelektrycznych.

Literatura podstawowa:

1. https://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-1-3

2. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Podstawy fizyki 1-5 tomów, PWN, Warszawa 2003.

3. B. M. Wanik: Wykłady z fizyki dla studentów Wydziału Technologii Żywności AR- Tom I, Skrypt AR im. H. Kołłątaja w Krakowie, Kraków 1998.

Literatura uzupełniająca:

1. S. Przestalski: Elementy fizyki, biofizyki i agrofizyki, Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego,Wrocław 2001 .

2. M. Skorko: Fizyka: podręcznik dla studentów wyższych technicznych studiów zawodowych dla pracujących, PWN, Warszawa 1982.

Wiedza - zna i rozumie:

- podstawowe prawa fizyki rządzące światem przyrody i zależności pomiędzy nimi,

- prawa fizyki, które warunkują działanie podstawowych urządzeń pomiarowych stosowanych w laboratoriach, jak również zakładach przemysłu spożywczego oraz budowę tych urządzeń.

Umiejętności - potrafi:

- bazując na znajomości podstawowych praw fizycznych i definicji wielkości fizycznych, wykonać doświadczenie i dokonać analizy otrzymanych wyników oznaczeń oraz oszacować niepewność pomiaru,

- posługiwać się podstawowym sprzętem laboratoryjnym,

- przedstawić wyniki doświadczenia w formie wykresu i/lub tabel oraz dokonać ich analizy.

Kompetencje społeczne - jest gotów do:

- ciągłego zdobywania wiedzy i poszerzania świadomości odnośnie otaczającego go świata przyrody i miejsca człowieka w tym świecie,

- podjęcia pracy w zespole.

Wykłady:

Egzamin w formie pisemnej; na ocenę pozytywną należy udzielić co najmniej 60% prawidłowych odpowiedzi na zadane pytania. Udział w ocenie końcowej z przedmiotu - 50%.

Zaliczenie ćwiczeń na podstawie:

- indywidualnych sprawozdań z prac laboratoryjnych (średnia z uzyskanych ocen) - udział w ocenie końcowej modułu 20%

- kolokwia cząstkowe z zakresu ćwiczeń (średnia z uzyskanych ocen) - udział w ocenie końcowej modułu 20%

-oceny za umiejętność wykonania ćwiczenia i obsługi sprzętu laboratoryjnego - udział w ocenie końcowej 10%.

Udział oceny z ćwiczeń w ocenie końcowej modułu 50%.