Kurssikuvaukset 2017-2018: kandidaattitaso (A-C) Teknillisen fysiikan laitos Suomeksi... 1 På svenska... 19 In English... 36 Suomeksi PHYS-A0110 Yliopistofysiikan perusteet (TFM) (5 op) Vastuuopettaja: Jami Kinnunen; Taina Kurki-Suonio Kurssin asema: Perusopintojen pakollinen kurssi, teknillinen fysiikka ja matematiikka Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: I Työmäärä toteutustavoittain: 50h kontaktiopetusta (luennot, laskuharjoitukset ja projektityö laboratoriossa), 30h laskutehtävien omatoiminen suorittaminen, 30h itsenäistä opiskelua, 10h ryhmätyötä projekteihin. Osaamistavoitteet: Kurssin käytyään opiskelijan tulisi osata 1. rakentaa matemaattinen malli yksinkertaiselle fysikaaliselle systeemille käyttäen differentiaaliyhtälöitä sopivassa koordinaatistossa 2. soveltaa 1- ja 3-ulotteiseen liikkeeseen liittyviä käsitteitä 3. soveltaa voimiin ja voimakenttiin liittyviä käsitteitä 4. analysoida harmoonisen värähtelijän ominaisuuksia 5. selittää aaltoliikkeeseen liittyvät käsitteet Sisältö: Perusvuorovaikutukset, liike, voima, kentät, aaltoliike. Inertiaalikoordinaatistot ja koordinaatistomuunnokset. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, laskuharjoitukset, projektityö ja tentti kurssin osasuorituksena. Oppimateriaali: Mansfield and O Sullivan, Understanding Physics, 2nd edition, Wiley 2011, s. 1 158 ja 277 304 Korvaavuudet: Osia kursseista Tfy-0.1061 Fysiikka 1 (4 op) ja Tfy-0.1062 Fysiikka 2 (4 op). Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a0110 Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: Ilmoittautuminen WebOodissa. Opetuskieli: suomi Lisätietoja: Kurssi on tarkoitettu ensisijaisesti teknillisen fysiikan ja matematiikan opiskelijoille. Mikäli kurssilla on tilaa, muut (esitiedot täyttävät) opiskelijat valitaan ilmoittautumisjärjestyksessä. PHYS-A0120 Termodynamiikka (TFM) (5 op) Vastuuopettaja: Emppu Salonen; Peter Liljeroth Kurssin asema: Teknillisen fysiikan pääaineen ja matematiikan ja systeemitieteiden pääaineen pakollinen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: II Työmäärä toteutustavoittain: Luennot 48 h (ohjattu 24 h + itsenäinen työskentely 24 h) Laskuharjoitukset 48 h (ohjattu 12 h + itsenäinen työskentely 36 h) Projektityö 24 h (ohjattu 8 h + itsenäinen työskentely 16 h) Kotitentti 16 h 1. Osaamistavoitteet: Kurssin jälkeen opiskelijaosaa määritellä ja selittää termodynamiikan 1
peruskäsitteet, joita ovat mm. sisäenergia, lämpötila, lämpö, työ, entropia ja kemiallinen potentiaali. 1. Osaa soveltaa termodynamiikan pääsääntöjä ja laskea siirtyneen lämmön, tehdyn työn ja tilanfunktioiden muutoksia erilaisissa termodynaamisissa prosesseissa. 1. Osaa selittää termodynaamisen potentiaalin käsitteen sekä soveltaa käsitettä tarkastellun systeemin tasapainotilan määrittämisessä. 1. On harjoitellut ryhmätyötaitoja ja tieteellisen raportin tekemistä. Sisältö: Kurssilla hankitaan perustiedot fyysikon tarvitsemasta termodynamiikasta (pääsäännöt, termodynaaminen tasapaino, perusprosessit, kiertoprosessit). Oleelliset suureet ovat sisäenergia, lämpötila, lämpö, työ, entropia ja kemiallinen potentiaali. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Laskuharjoitukset, projektityö (pakollinen), kotitentti (pakollinen) Oppimateriaali: Opettajien laatima moniste ja MyCourses-sivujen kautta jaettava lisämateriaali Korvaavuudet: Tfy-0.1062 Fysiikka 2 Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a0120 Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: Ilmoittautuminen WebOodissa. Opetuskieli: suomi Lisätietoja: Kurssi on tarkoitettu ensisijaisesti teknillisen fysiikan ja matematiikan opiskelijoille. Mikäli kurssilla on tilaa, muut (esitiedot täyttävät) opiskelijat valitaan ilmoittautumisjärjestyksessä. PHYS-A0130 Electromagnetism (TFM) (5 cr) Responsible teacher: Sebastiaan van Dijken; Andriy Shevchenko Status of the Course: Compulsory course in General Studies, Engineering Physics and Mathematics Level of the Course: Bachelor s level Teaching period: IV (Spring) Workload: Lectures 12 h Exercise sessions 12 h + homework 30 h Instructed project work 9 h + reporting of project work 30 h Independent study 30 h Exam 2 h Content: The course provides an introduction to classical electromagnetism, explaining the fundamentals of both static and time-varying electric and magnetic fields. The essential topics include: electrostatic fields in free space and in dielectrics; magnetic fields due to electric currents; electromagnetic induction; magnetic materials; Maxwell s equations and the propagation of electromagnetic waves; wave behavior at media interfaces; wave polarization; dipole radiation. The course includes two project works on specific topics of electromagnetism. Study Material: Mansfield and O Sullivan, Understanding Physics, 2nd edition, Wiley 2011 Substitutes for Courses: Tfy-0.1063 Fysiikka 3 Course Homepage: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a0130 Evaluation: 0-5 Registration for Courses: Registration via WebOodi. Language of Instruction: English Further Information: The course is intended mainly for students of Engineering Physics and Mathematics. If there is room in the course, other students (who meet the prerequisites) are admitted in order of registration. PHYS-A0140 Structure of Matter (TFM) (5 cr) Responsible teacher: Robin Ras; Adam Foster Status of the Course: Compulsory course in General Studies, Engineering Physics and Mathematics Level of the Course: Bachelor s level Teaching period: V (Spring) Workload: 20 hours lectures, 20 hours practical work, 20 hours exercises, 40 hours project work, 20 hours reading. Content: The building blocks of matter and interatomic forces, solid and liquid. Introduction to quantum mechanics. Atomic physics. Introduction to crystal structure and electrons in solids. Projects introduce: intermolecular forces, carbon systems, surfaces, phase transitions. Study Material: Mansfield and O Sullivan, Understanding Physics, 2nd edition, Wiley 2011 Substitutes for Courses: Tfy-0.1064 Fysiikka 4 Course Homepage: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a0140 2
Evaluation: 0-5 Registration for Courses: Registration via WebOodi. Language of Instruction: English Further Information: The course is intended mainly for students of Engineering Physics and Mathematics. If there is room in the course, other students (who meet the prerequisites) are admitted in order of registration. LC-1117 Integrated Oral and Written Skills (3 ECTS o +w) offered in connection with PHYS-A0140. If you wish to complete your foreign language studies in English, register also for LC-1117 in WebOodi. PHYS-A1110 Yliopistofysiikan perusteet (SCI) (5 op) Vastuuopettaja: Petri Salo; Jani Sainio Kurssin asema: Perusopintojen pakollinen kurssi, informaatioverkostot Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: II Työmäärä toteutustavoittain: Luennot 5 x 4 h = 20 h, laskuharjoitukset 5 x 4 h =20 h, laboratoriotyöt 3 x 3 h = 9 h, luentoihin ja laboratoriotöihin valmistautuminen 40 h, laskuharjoitustehtävien ratkaiseminen 20 h, kertaaminen ja tenttiin valmistautuminen 20 h, tentti 3 h. 1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaasuorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia, 1. soveltaa Newtonin lakeja kappaleen liiketilan määrittämiseen yksinkertaisissa tilanteissa myös kolmessa ulottuvuudessa, 1. käyttää työperiaatetta ja mekaanisen energian säilymistä tehtävien ratkaisemisessa, 1. ratkaista kappaleiden kimmoisia ja kimmottomia törmäyksiä, 1. analysoida dynamiikan tehtäviä, joissa esiintyy gravitaatio ja Coulombin voima, 1. nimetä sähköpiirin perussuureet ja -komponentit sekä soveltaa näitä tasavirtapiirin virtojen ja jännitteiden laskemisessa. Sisältö: Aina välttämätön aines: Tietäminen: Yksiköt ja suureet, suuruusluokka ja dimensiot; Hiukkasen paikka, nopeus, kiihtyvyys, liikemäärä ja pyörimismäärä; Voiman käsite, liikeyhtälö ja Newtonin lait; Työn käsite, liike- ja potentiaalienergia sekä teho; Gravitaatio ja Coulombin voima; Liikemäärän, pyörimismäärän, energian ja varauksen säilyminen; Jännitelähde, johdin ja vastus tasavirtapiirissä sekä jännite, sähkövirta ja resistanssi; Ohmin laki ja Kirchhoffin lait. Soveltaminen: Yksinkertaisten kokeellisten mittausten suorittaminen-- ja tulosten analysointi; Hiukkasen kinematiikka kolmessa ulottuvuudessa; Hiukkasen dynamiikka ja kitka, jousivoima, painovoima ja sähköstaattinen voima; Työ ja energia erilaisissa fysikaalisissa tilanteissa; Hiukkasten törmäykset; Tasavirtapiirin jännitteen ja virran laskeminen ja mittaaminen. Tarpeellinen ja täydentävä aines: Tietäminen: Perusvuorovaikutukset; Suhteellinen liike; Hiukkasjoukon massakeskipiste ja hitausmomentti; Voiman momentti; Kentän käsite; Jännitteen ja virran yhteys energiaan ja varaukseen; Potentiaali; Kondensaattori ja kapasitanssi. Soveltaminen: Yhteys kokeellisten mittausten ja teorian välillä; Tasapainoehdot; Harmoninen värähtelijä; Planeettaliike. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, laskuharjoitukset, laboratoriotyöt, tentti. Oppimateriaali: Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Edition, Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin Tfy-3.1181 Fysiikka IA tai Tfy-3.1241 Fysiikka IA. Kurssin voi korvata kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1181 Fysiikka IA tai Tfy-3.1241 Fysiikka IA ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IB, Fysiikka IIA, Fysiikka IIB tai Laboratoriotyöt). Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a1110 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion pakollinen fysiikan kurssi FY1 sekä Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 tai vastaavat tiedot. Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: WebOodissa. Opetuskieli: suomi PHYS-A1130 Sähkömagnetismi (SCI) (5 op) Vastuuopettaja: Petri Salo; Jani Sainio Kurssin asema: 3
Perusopintojen pakollinen kurssi, tietotekniikka ja tuotantotalous Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Energiatieteiden sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: III Työmäärä toteutustavoittain: Luennot 5 x 4 h = 20 h, laskuharjoitukset 5 x 4 h =20 h, laboratoriotyöt 3 x 3 h = 9 h, luentoihin ja laboratoriotöihin valmistautuminen 40 h, laskuharjoitustehtävien ratkaiseminen 20 h, kertaaminen ja tenttiin valmistautuminen 20 h, tentti 3 h. 1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaasuorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia, 1. laskea varausjakauman aiheuttaman sähkökentän ja potentiaalieron yksinkertaisissa geometrioissa, 1. laskea sähkövirran aiheuttaman magneettikentän ja varattuun hiukkaseen tai virtajohtimeen kohdistuvan voiman magneettikentässä, 1. määrittää induktiojännitteen sekä indusoituneen sähkökentän, 1. määrittää virrat, jännitteet ja tehot vaihtovirtapiireissä, 1. tunnistaa sähkömagneettisen säteilyn aaltoliikkeenä eteneviksi sähkö- ja magneettikentiksi. Sisältö: Aina välttämätön aines: Tietäminen: Sähkökentän ja magneettikentän vektoriluonne, vuointegraalin ja viivaintegraalin käsitteet; Gaussin laki; Potentiaaliero; Sähkö- ja magneettikentän energia; Kapasitanssi; Eristeet ja permittiivisyys; Magneettinen voima ja Amperen laki; Faradayn induktiolaki, Lenzin laki ja induktanssi; Värähtelypiirit, pakkovärähtelijä, vaihe-ero ja resonanssi; Maxwellin yhtälöt, sähkömagneettinen aaltoliike ja intensiteetti. Soveltaminen: Symmetrisen varausjakauman sähkökenttä Gaussin lain avulla, potentiaaliero sähkökentän avulla; Magneettikenttä Amperen lain avulla, virtajohtimeen tai varaukseen kohdistuva voima(vektori) magneettikentässä; Johdinsilmukkaan indusoitunut jännite; Virta ja jännite kondensaattorille ja kelalle tasa- ja vaihtovirtapiirissä, resonanssitaajuus; Sähkö- ja magneettikenttien lausekkeet sähkömagneettiselle aallolle. Tarpeellinen ja täydentävä aines: Tietäminen: Superpositioperiaate sähkö- ja magneettikentälle; Sähkökentän ja magneettikentän energiatiheys; Sähkökenttä ja varauksen jakautuminen johteessa, tasapotentiaalipinnat; Biot-Savartin laki ja liikkuva varaus magneettikentän aiheuttajana; Indusoitunut sähkökenttä; Aikavakio ja tehokerroin; Kenttämuutosvirta; Sähkömagneettisen aaltoyhtälön johtaminen; Poyntingin vektori; Säteilypaine. Soveltaminen: Jatkuvan varausjakauman sähkökenttä, sähkökenttä potentiaalin avulla; Magneettikenttä käyttäen Biot-Savartin lakia; Hetkellinen virta RC-ja RL-piirissä, teho vaihtovirtapiirissä. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, laskuharjoitukset, laboratoriotyöt, tentti. Oppimateriaali: Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Edition, Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin Tfy-3.1193 Fysiikka IIA tai Tfy-3.1253 Fysiikka IIA. Kurssin voi korvata kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1193 Fysiikka IIA tai Tfy-3.1253 Fysiikka IIA ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IB, Fysiikka IIB tai Laboratoriotyöt). Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a1130 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssi FY3, FY4, FY5, FY6 ja FY7 soveltuvin osin sekä Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 tai vastaavat tiedot. Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: Ilmoittautuminen WebOodissa. Opetuskieli: suomi Lisätietoja: Vastaavat kurssit PHYS-A3131/2 Sähkömagnetismi (ENG1/2) ja PHYS-5130 Elektromagnetism. PHYS-A1140 Aineen rakenne (SCI) (5 op) Vastuuopettaja: Petri Salo; Jani Sainio Kurssin asema: Perusopintojen pakollinen kurssi, tietotekniikka ja tuotantotalous Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Energiatieteiden sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: IV Työmäärä toteutustavoittain: Luennot 5 x 4 h = 20 h, laskuharjoitukset 5 x 4 h =20 h, laboratoriotyöt 3 x 3 h = 9 h, luentoihin ja laboratoriotöihin valmistautuminen 40 h, laskuharjoitustehtävien ratkaiseminen 20 h, kertaaminen ja tenttiin valmistautuminen 20 h, tentti 3 h. 1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaasuorittaa fysikaalisia mittauksia ja 4
analysoida saamiaan tuloksia, 1. selittää valon interferenssi- ja diffraktiokuvioiden intensiteettijakauman muodostumisen, 1. ratkaista yksinkertaisia kvanttimekaanisia systeemejä Schrödingerin yhtälön avulla, 1. tunnistaa atomien ja kiinteän aineen ominaisuuksia pohjautuen kvanttimekaniikkaan, 1. kertoa suppean suhteellisuusteorian perustan sekä vaikutuksen fysikaalisiin suureisiin, 1. kuvata ydinfysiikkaan ja radioaktiivisuuteen liittyvät keskeisimmät fysikaaliset ilmiöt. Sisältö: Aina välttämätön aines: Tietäminen: Interferenssi ja diffraktio sekä röntgendiffraktio; Schrödingerin yhtälö, kvanttimekaniikan todennäköisyysluonne, Heisenbergin epätarkkuusperiaate, aalto-hiukkas-dualismi ja fotoni; Kvanttiluvut, Paulin kieltosääntö, jaksollinen järjestelmä ja spin; Kiinteän aineen rakenne, sidostyypit ja energiavyörakenne; Suppea suhteellisuusteoria: suhteellisuusperiaate ja valon nopeus tyhjiössä; Radioaktiivisuus ja hajoamislaki, ydinreaktiot ja sidosenergia. Soveltaminen: Interferenssi ja diffraktio kaksoisraossa, hilassa ja ohuessa kalvossa; Hiukkanen potentiaalikaivossa, diskreetti energiaspektri ja nollapiste-energia; Hiukkasen sironta potentiaalivallista ja tunneloituminen; Atomin emissio- ja absorptiospektrit; Johteet, puolijohteet ja eristeet; Hiukkasen lepomassa ja relativistinen energia; Fuusio ja fissio. Tarpeellinen ja täydentävä aines: Tietäminen: Mustan kappaleen säteily, valosähköinen ilmiö, Comptonin sironta, vetyatomi; Aineen magneettiset ominaisuudet; Sähkönjohtuminen metalleissa ja puolijohteissa; Suppea suhteellisuusteoria: ajan, paikan ja samanaikaisuuden suhteellisuus, relativistinen energia ja liikemäärä sekä Lorentz-muunnos; Radioaktiivisen säteilyn eri lajit. Soveltaminen: Interferenssi- ja diffraktiokuvion intensiteettijakauma; Kvanttimekaaninen harmoninen värähtelijä; Molekyylin värähtelyspektri; Laserin toimintaperiaate; Puolijohdekomponentit; Ionisoiva säteily, sen biologiset vaikutukset ja siltä suojautuminen. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, laskuharjoitukset, laboratoriotyöt, tentti. Oppimateriaali: Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Edition, Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin Tfy-3.1194 Fysiikka IIB tai Tfy-3.1254 Fysiikka IIB. Kurssin voi korvata kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1194 Fysiikka IIB tai Tfy-3.1254 Fysiikka IIB ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IB, Fysiikka IIA tai Laboratoriotyöt). Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a1140 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssi FY3, FY4, FY5, FY6, FY7 ja FY8 soveltuvin osin sekä Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 tai vastaavat tiedot. Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: Ilmoittautuminen WebOodissa. Opetuskieli: suomi Lisätietoja: Vastaavat kurssit PHYS-A2140 Aineen rakenne (CHEM) ja PHYS-A5140 Materiens struktur. PHYS-A2120 Termodynamiikka (CHEM) (5 op) Vastuuopettaja: Jouko Lahtinen; Jani Sainio Kurssin asema: Perusopinnot, Kemian tekniikan kandidaattiohjelma Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: III Työmäärä toteutustavoittain: Luentoja 5 x 4 h = 20 h, laskuharjoituksia 5 x 4 h = 20 h, laboratoriotöitä 3 x 3 h = 9 h luentoihin ja laboratoriotöihin valmistautuminen 40 h, laskuharjoitustehtävien ratkaiseminen 20 h, kertaaminen ja tenttiin valmistautuminen 20 h, tentti 3 h. 1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaasuorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia, 1. ratkaista nesteiden virtauksia jatkuvuusyhtälön ja Bernoullin yhtälön avulla, 1. ratkaista elastisen kappaleen lämpövenymiä ja -jännityksiä sekä paineen aiheuttamia elastisia muodonmuutoksia, 1. soveltaa termodynamiikan pääsääntöjä termodynaamisiin prosesseihin, 1. selittää kineettisen kaasuteorian ja ideaalikaasun tilanyhtälön yhteyden, 1. analysoida termodynaamisia kiertokoneita ja laskea näiden hyötysuhteen sekä käyttöpaineen, -lämpötilan ja -tilavuuden. Sisältö: Aina välttämätön aines: 5
Tietäminen: Peruskäsitteet: paine, tilavuus, työ, lämpötila, lämpö, lämpökapasiteetti, sisäenergia, entalpia, entropia, jännitys, venymä ja kimmokerroin; Lämmön johtuminen, Fourierin laki; Ideaalikaasun tilanyhtälö, molaariset ominaislämpökapasiteetit; Kineettinen kaasuteoria, Maxwellin vauhtijakauma, ekvipartitioteoreema kaasuille; Termodynamiikan pääsäännöt; Termodynaamiset prosessit pv-tasossa; Kiertokoneet: lämpövoimakone, jäähdytyskone ja lämpöpumppu; Bernoullin yhtälö ja jatkuvuusyhtälö. Soveltaminen: Lämmön johtuminen eri aineissa; Kaasun tila tilanyhtälön avulla; Termodynaamisen prosessin tekemä työ ja ottama lämpö; Kiertokoneen ottama lämpö, tekemä työ ja hyötysuhde; Sauvan venymä ja jännitys voiman vaikuttaessa; Pyörteettömän, kokoonpuristumattoman ja kitkattoman virtauksen nopeus ja paine. Tarpeellinen ja täydentävä aines: Tietäminen: Muut kuin ideaalikaasun tilanyhtälöt; Dulongin ja Petitin laki; Prosessit muissa kuin pv-tasossa; Ei-reversiibelit prosessit; Diffuusio; Lämpövenymä ja -jännitys; Paine pallosymmetrisenä jännityksenä, noste. Soveltaminen: Todennäköisin ja keskimääräinen kaasumolekyylin vauhti Maxwellin vauhtijakaumasta; Kiertokoneen tehollinen keskipaine ja puristussuhde; Lämpö, työ ja hyötysuhde muissa kuin Otto-syklillä toimivissa lämpövoimakoneissa; Sauvan venymä ja jännitys lämpötilan muuttuessa. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, harjoitukset, laboratoriotyöt ja tentti. Oppimateriaali: Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Edition, Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin Tfy-3.1182 Fysiikka IB tai Tfy-3.1242 Fysiikka IB. Kurssin voi korvata kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1182 Fysiikka IB tai Tfy-3.1242 Fysiikka IB ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IIA, Fysiikka IIB tai Laboratoriotyöt). Vastaavat kurssit PHYS-A3121/2 Termodynamiikka (ENG1/2) ja PHYS-A5120 Termodynamik. Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a2120 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssit FY2, FY3, FY4 ja FY5 soveltuvin osin sekä Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 tai vastaavat tiedot. Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: Ilmoittautuminen WebOodissa. Opetuskieli: suomi PHYS-A2140 Aineen rakenne (CHEM) (5 op) Vastuuopettaja: Jouko Lahtinen; Jani Sainio Kurssin asema: Perusopinnot, Kemian tekniikan kandidaattiohjelma Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Energiatieteiden sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: I - II Työmäärä toteutustavoittain: Luentoja 11 x 2 h = 22 h, laskuharjoituksia 11 x 2 h =22 h, laboratoriotöitä 3 x 3 h = 9 h, luentoihin ja laboratoriotöihin valmistautuminen 40 h, laskuharjoitustehtävien ratkaiseminen 20 h, kertaaminen ja tenttiin valmistautuminen 20 h, tentti 3 h. 1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaasuorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia, 1. selittää valon interferenssi- ja diffraktiokuvioiden intensiteettijakauman muodostumisen, 1. ratkaista yksinkertaisia kvanttimekaanisia systeemejä Schrödingerin yhtälön avulla, 1. tunnistaa atomien ja kiinteän aineen ominaisuuksia pohjautuen kvanttimekaniikkaan, 1. kertoa suppean suhteellisuusteorian perustan sekä vaikutuksen fysikaalisiin suureisiin, 1. kuvata ydinfysiikkaan ja radioaktiivisuuteen liittyvät keskeisimmät fysikaaliset ilmiöt. Sisältö: Aina välttämätön aines: Tietäminen: Interferenssi ja diffraktio sekä röntgendiffraktio; Schrödingerin yhtälö, kvanttimekaniikan todennäköisyysluonne, Heisenbergin epätarkkuusperiaate, aalto-hiukkas-dualismi ja fotoni; Kvanttiluvut, Paulin kieltosääntö, jaksollinen järjestelmä ja spin; Kiinteän aineen rakenne, sidostyypit ja energiavyörakenne; Suppea suhteellisuusteoria: suhteellisuusperiaate ja valon nopeus tyhjiössä; Radioaktiivisuus ja hajoamislaki, ydinreaktiot ja sidosenergia. Soveltaminen: Interferenssi ja diffraktio kaksoisraossa, hilassa ja ohuessa kalvossa; Hiukkanen potentiaalikaivossa, diskreetti energiaspektri ja nollapiste-energia; Hiukkasen sironta potentiaalivallista ja tunneloituminen; Atomin emissio- ja absorptiospektrit; Johteet, puolijohteet ja eristeet; Hiukkasen lepomassa ja relativistinen energia; Fuusio ja fissio. Tarpeellinen ja täydentävä aines: 6
Tietäminen: Mustan kappaleen säteily, valosähköinen ilmiö, Comptonin sironta, vetyatomi; Aineen magneettiset ominaisuudet; Sähkönjohtuminen metalleissa ja puolijohteissa; Suppea suhteellisuusteoria: ajan, paikan ja samanaikaisuuden suhteellisuus, relativistinen energia ja liikemäärä sekä Lorentz-muunnos; Radioaktiivisen säteilyn eri lajit. Soveltaminen: Interferenssi- ja diffraktiokuvion intensiteettijakauma; Kvanttimekaaninen harmoninen värähtelijä; Molekyylin värähtelyspektri; Laserin toimintaperiaate; Puolijohdekomponentit; Ionisoiva säteily, sen biologiset vaikutukset ja siltä suojautuminen. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, harjoitukset, laboratoriotyöt ja tentti. Oppimateriaali: Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Edition, Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin Tfy-3.1194 Fysiikka IIB tai Tfy-3.1254 Fysiikka IIB. Kurssin voi korvata kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1194 Fysiikka IIB tai Tfy-3.1254 Fysiikka IIB ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IB, Fysiikka IIA tai Laboratoriotyöt). Vastaavat kurssit PHYS-A1140 Aineen rakenne (SCI) ja PHYS-A5140 Materiens struktur. Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a2140 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssit FY3, FY4, FY5, FY6, FY7 ja FY8 soveltuvin osin sekä Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 tai vastaavat tiedot. Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: Ilmoittautuminen WebOodissa. Opetuskieli: suomi PHYS-A3121 Termodynamiikka (ENG1) (5 op) Vastuuopettaja: Jani Sainio; Ville Havu Kurssin asema: Perusopinnot, Insinööritieteiden kandidaattiohjelma Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: I Työmäärä toteutustavoittain: Luennot 5 x 4 h = 20 h, laskuharjoitukset 5 x 4 h =20 h, laboratoriotyöt 3 x 3 h = 9 h, luentoihin ja laboratoriotöihin valmistautuminen 30 h, laskuharjoitustehtävien ratkaiseminen 30 h, kertaaminen ja tenttiin valmistautuminen 20 h, tentti 3 h. 1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaasuorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia, 1. ratkaista nesteiden virtauksia jatkuvuusyhtälön ja Bernoullin yhtälön avulla, 1. ratkaista elastisen kappaleen lämpövenymiä ja -jännityksiä sekä paineen aiheuttamia elastisia muodonmuutoksia, 1. soveltaa termodynamiikan pääsääntöjä termodynaamisiin prosesseihin, 1. selittää kineettisen kaasuteorian ja ideaalikaasun tilanyhtälön yhteyden, 1. analysoida termodynaamisia kiertokoneita ja laskea näiden hyötysuhteen sekä käyttöpaineen, -lämpötilan ja -tilavuuden. Sisältö: Aina välttämätön aines: Tietäminen: Peruskäsitteet: paine, tilavuus, lämpötila, sisäenergia, entalpia, entropia sekä lämpö, työ ja lämpökapasiteetti sekä jännitys, venymä ja kimmokerroin; Lämmön johtuminen, Fourierin laki; Ideaalikaasun tilanyhtälö, molaarinen ominaislämpökapasiteetti ja adiabaattivakio; Kineettinen kaasuteoria ja ekvipartitioteoreema; Maxwellin vauhtijakauma; Termodynamiikan pääsäännöt; Termodynaamiset prosessit pv-tasossa; Kiertokoneet: lämpövoimakone, jäähdytyskone ja lämpöpumppu; Bernoullin yhtälö ja jatkuvuusyhtälö. Soveltaminen: Lämmön johtuminen eri aineissa; Kaasun tila tilanyhtälön avulla; Termodynaamisen prosessin tekemä työ ja ottama lämpö; Kiertokoneen ottama lämpö, tekemä työ ja hyötysuhde (lämpövoimakoneista vain Otto-sykli); Sauvan venymä ja jännitys voiman vaikuttaessa; Pyörteettömän, kokoonpuristumattoman ja kitkattoman virtauksen nopeus ja paine.tarpeellinen ja täydentävä aines: Tietäminen: Muut kuin ideaalikaasun tilanyhtälöt; Dulongin ja Petitin laki; Prosessit muissa kuin pv-tasossa; Ei-reversiibelit prosessit; Diffuusio; Lämpövenymä ja -jännitys; Paine pallosymmetrisenä jännityksenä, noste. Soveltaminen: Todennäköisin ja keskimääräinen kaasumolekyylin vauhti Maxwellin vauhtijakaumasta; Kiertokoneen tehollinen keskipaine ja puristussuhde; Lämpö, työ ja hyötysuhde muissa kuin Otto-syklillä toimivissa lämpövoimakoneissa; Sauvan venymä ja jännitys lämpötilan muuttuessa. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, laskuharjoitukset, laboratoriotyöt, tentti. Oppimateriaali: Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Edition, Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin PHYS-A3120 Termodynamiikka (ENG), Tfy-3.1182 Fysiikka IB tai Tfy-3.1242 Fysiikka IB. Kurssin voi korvata kurssilla PHYS-A3120 Termodynamiikka (ENG) tai kahdella 7
vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1182 Fysiikka IB tai Tfy-3.1242 Fysiikka IB ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IIA, Fysiikka IIB tai Laboratoriotyöt). Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a3121 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssit FY2, FY3, FY4 ja FY5 soveltuvin osin. Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: Ilmoittautuminen WebOodissa. Opetuskieli: suomi Lisätietoja: Sisältyy ENG-koulun perusopintoihin, tarkoitettu pääaineelle KJR. Vastaavat kurssit PHYS-A3122 Termodynamiikka (ENG2), PHYS-A2120 Termodynamiikka (CHEM) ja PHYS-A5120 Termodynamik. PHYS-A3122 Termodynamiikka (ENG2) (5 op) Vastuuopettaja: Jami Kinnunen; Jani Sainio Kurssin asema: Perusopinnot, Insinööritieteiden kandidaattiohjelma Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: II Työmäärä toteutustavoittain: Luennot 5 x 4 h = 20 h, laskuharjoitukset 5 x 4 h =20 h, laboratoriotyöt 3 x 3 h = 9 h, luentoihin ja laboratoriotöihin valmistautuminen 30 h, laskuharjoitustehtävien ratkaiseminen 30 h, kertaaminen ja tenttiin valmistautuminen 20 h, tentti 3 h. 1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaa suorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia, 1. ratkaista nesteiden virtauksia jatkuvuusyhtälön ja Bernoullin yhtälön avulla, 1. ratkaista elastisen kappaleen lämpövenymiä ja -jännityksiä sekä paineen aiheuttamia elastisia muodonmuutoksia, 1. soveltaa termodynamiikan pääsääntöjä termodynaamisiin prosesseihin, 1. selittää kineettisen kaasuteorian ja ideaalikaasun tilanyhtälön yhteyden, 1. analysoida termodynaamisia kiertokoneita ja laskea näiden hyötysuhteen sekä käyttöpaineen, -lämpötilan ja -tilavuuden. Sisältö: Aina välttämätön aines: Tietäminen: Peruskäsitteet: paine, tilavuus, lämpötila, sisäenergia, entalpia, entropia sekä lämpö, työ ja lämpökapasiteetti sekä jännitys, venymä ja kimmokerroin; Lämmön johtuminen, Fourierin laki; Ideaalikaasun tilanyhtälö, molaarinen ominaislämpökapasiteetti ja adiabaattivakio; Kineettinen kaasuteoria ja ekvipartitioteoreema; Maxwellin vauhtijakauma; Termodynamiikan pääsäännöt; Termodynaamiset prosessit pv-tasossa; Kiertokoneet: lämpövoimakone, jäähdytyskone ja lämpöpumppu; Bernoullin yhtälö ja jatkuvuusyhtälö. Soveltaminen: Lämmön johtuminen eri aineissa; Kaasun tila tilanyhtälön avulla; Termodynaamisen prosessin tekemä työ ja ottama lämpö; Kiertokoneen ottama lämpö, tekemä työ ja hyötysuhde (lämpövoimakoneista vain Otto-sykli); Sauvan venymä ja jännitys voiman vaikuttaessa; Pyörteettömän, kokoonpuristumattoman ja kitkattoman virtauksen nopeus ja paine. Tarpeellinen ja täydentävä aines: Tietäminen: Muut kuin ideaalikaasun tilanyhtälöt; Dulongin ja Petitin laki; Prosessit muissa kuin pv-tasossa; Ei-reversiibelit prosessit; Diffuusio; Lämpövenymä ja -jännitys; Paine pallosymmetrisenä jännityksenä, noste. Soveltaminen: Todennäköisin ja keskimääräinen kaasumolekyylin vauhti Maxwellin vauhtijakaumasta; Kiertokoneen tehollinen keskipaine ja puristussuhde; Lämpö, työ ja hyötysuhde muissa kuin Otto-syklillä toimivissa lämpövoimakoneissa; Sauvan venymä ja jännitys lämpötilan muuttuessa. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, laskuharjoitukset, laboratoriotyöt, tentti. Oppimateriaali: Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Edition, Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin PHYS-A3120 Termodynamiikka (ENG), Tfy-3.1182 Fysiikka IB tai Tfy-3.1242 Fysiikka IB. Kurssin voi korvata kurssilla PHYS-A3120 Termodynamiikka (ENG) tai kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1182 Fysiikka IB tai Tfy-3.1242 Fysiikka IB ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IIA, Fysiikka IIB tai Laboratoriotyöt). Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a3122 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssit FY2, FY3, FY4 ja FY5 soveltuvin osin. Arvosteluasteikko: 0-5 Opetuskieli: suomi Lisätietoja: Sisältyy ENG-koulun perusopintoihin, tarkoitettu pääaineille ENY ja RYM. Vastaavat kurssit PHYS-A3121 Termodynamiikka (ENG1), PHYS-A2120 Termodynamiikka (CHEM) ja PHYS-A5120 Termodynamik. PHYS-A3131 Sähkömagnetismi (ENG1) (5 op) 8
Vastuuopettaja: Jani Sainio; Ville Havu Kurssin asema: Perusopinnot, Insinööritieteiden kandidaattiohjelma Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Energiatieteiden sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: III Työmäärä toteutustavoittain: Luennot 5 x 4 h = 20 h, laskuharjoitukset 5 x 4 h =20 h, laboratoriotyöt 3 x 3 h = 9 h, luentoihin ja laboratoriotöihin valmistautuminen 30 h, laskuharjoitustehtävien ratkaiseminen 30 h, kertaaminen ja tenttiin valmistautuminen 20 h, tentti 3 h. 1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaa suorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia, 1. laskea varausjakauman aiheuttaman sähkökentän ja potentiaalieron yksinkertaisissa geometrioissa, 1. laskea sähkövirran aiheuttaman magneettikentän ja varattuun hiukkaseen tai virtajohtimeen kohdistuvan voiman magneettikentässä, 1. määrittää induktiojännitteen sekä indusoituneen sähkökentän, 1. määrittää virrat, jännitteet ja tehot vaihtovirtapiireissä, 1. tunnistaa sähkömagneettisen säteilyn aaltoliikkeenä eteneviksi sähkö- ja magneettikentiksi. Sisältö: Aina välttämätön aines: Tietäminen: -Sähkökentän ja magneettikentän vektoriluonne, vuointegraalin ja viivaintegraalin käsitteet; Gaussin laki; Potentiaaliero; Sähkökentän energia; Kapasitanssi; Eristeet ja permittiivisyys; Magneettinen voima ja Amperen laki; Faradayn induktiolaki, Lenzin laki ja induktanssi; Värähtelypiirit, pakkovärähtelijä, vaihe-ero ja resonanssi; Maxwellin yhtälöt, sähkömagneettinen aaltoliike ja intensiteetti. Soveltaminen: Symmetrisen varausjakauman sähkökenttä Gaussin lain avulla, potentiaaliero sähkökentän avulla; Magneettikenttä Ampèren lain avulla, virtajohtimeen tai varaukseen kohdistuva voima(vektori) magneettikentässä; Johdinsilmukkaan indusoitunut jännite; Virta ja jännite kondensaattorille ja kelalle tasa- ja vaihtovirtapiirissä, resonanssitaajuus; Sähkö- ja magneettikentän lausekkeet sähkömagneettiselle aallolle. Tarpeellinen ja täydentävä aines: Tietäminen: Superpositioperiaate sähkökentälle, potentiaalille ja magneettikentälle; Sähkökentän ja magneettikentän energiatiheys; Sähkökenttä ja varauksen jakautuminen johteessa, tasapotentiaalipinnat; Biot-Savartin laki ja liikkuva varaus magneettikentän aiheuttajana; Indusoitunut sähkökenttä; Aikavakio ja tehokerroin; Kenttämuutosvirta; Sähkömagneettisen aaltoyhtälön johtaminen; Poyntingin vektori; Säteilypaine. Soveltaminen: Jatkuvan varausjakauman sähkökenttä, sähkökenttä potentiaalin avulla; Magneettikenttä käyttäen Biot-Savartin lakia; Hetkellinen virta RC-ja RL-piirissä, teho vaihtovirtapiirissä. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, laskuharjoitukset, laboratoriotyöt, tentti. Oppimateriaali: Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Edition, Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin PHYS-A3130 Sähkömagnetismi (ENG), Tfy-3.1193 Fysiikka IIA tai Tfy-3.1253 Fysiikka IIA. Kurssin voi korvata kurssilla PHYS-A3130 Sähkömagnetismi (ENG) tai kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1193 Fysiikka IIA tai Tfy-3.1253 Fysiikka IIA ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IB, Fysiikka IIB tai Laboratoriotyöt). Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a3131 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssit FY3, FY4, FY5, FY6 ja FY7 soveltuvin osin sekä Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 tai vastaavat tiedot. Arvosteluasteikko: 0-5 Opetuskieli: suomi Lisätietoja: Sisältyy ENG-koulun perusopintoihin, tarkoitettu pääaineelle KJR. Vastaavat kurssit PHYS-A3132 Sähkömagnetismi (ENG2), PHYS-A1130 Sähkömagnetismi (SCI) ja PHYS-A5130 Elektromagnetism. PHYS-A3132 Sähkömagnetismi (ENG2) (5 op) Vastuuopettaja: Jami Kinnunen; Jani Sainio Kurssin asema: Perusopinnot, Insinööritieteiden kandidaattiohjelma Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Energiatieteiden sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: IV Työmäärä toteutustavoittain: Luennot 5 x 4 h = 20 h, laskuharjoitukset 5 x 4 h =20 h, laboratoriotyöt 3 x 3 h = 9 h, luentoihin ja laboratoriotöihin valmistautuminen 30 h, laskuharjoitustehtävien ratkaiseminen 30 h, kertaaminen ja tenttiin valmistautuminen 20 h, tentti 3 h. 9
1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaa suorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia, 1. laskea varausjakauman aiheuttaman sähkökentän ja potentiaalieron yksinkertaisissa geometrioissa, 1. laskea sähkövirran aiheuttaman magneettikentän ja varattuun hiukkaseen tai virtajohtimeen kohdistuvan voiman magneettikentässä, 1. määrittää induktiojännitteen sekä indusoituneen sähkökentän, 1. määrittää virrat, jännitteet ja tehot vaihtovirtapiireissä, 1. tunnistaa sähkömagneettisen säteilyn aaltoliikkeenä eteneviksi sähkö- ja magneettikentiksi. Sisältö: Aina välttämätön aines: Tietäminen: -Sähkökentän ja magneettikentän vektoriluonne, vuointegraalin ja viivaintegraalin käsitteet; Gaussin laki; Potentiaaliero; Sähkökentän energia; Kapasitanssi; Eristeet ja permittiivisyys; Magneettinen voima ja Amperen laki; Faradayn induktiolaki, Lenzin laki ja induktanssi; Värähtelypiirit, pakkovärähtelijä, vaihe-ero ja resonanssi; Maxwellin yhtälöt, sähkömagneettinen aaltoliike ja intensiteetti. Soveltaminen: Symmetrisen varausjakauman sähkökenttä Gaussin lain avulla, potentiaaliero sähkökentän avulla; Magneettikenttä Ampèren lain avulla, virtajohtimeen tai varaukseen kohdistuva voima(vektori) magneettikentässä; Johdinsilmukkaan indusoitunut jännite; Virta ja jännite kondensaattorille ja kelalle tasa- ja vaihtovirtapiirissä, resonanssitaajuus; Sähkö- ja magneettikentän lausekkeet sähkömagneettiselle aallolle. Tarpeellinen ja täydentävä aines: Tietäminen: Superpositioperiaate sähkökentälle, potentiaalille ja magneettikentälle; Sähkökentän ja magneettikentän energiatiheys; Sähkökenttä ja varauksen jakautuminen johteessa, tasapotentiaalipinnat; Biot-Savartin laki ja liikkuva varaus magneettikentän aiheuttajana; Indusoitunut sähkökenttä; Aikavakio ja tehokerroin; Kenttämuutosvirta; Sähkömagneettisen aaltoyhtälön johtaminen; Poyntingin vektori; Säteilypaine. Soveltaminen: Jatkuvan varausjakauman sähkökenttä, sähkökenttä potentiaalin avulla; Magneettikenttä käyttäen Biot-Savartin lakia; Hetkellinen virta RC-ja RL-piirissä, teho vaihtovirtapiirissä. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, laskuharjoitukset, laboratoriotyöt, tentti. Oppimateriaali: Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Edition, Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin PHYS-A3130 Sähkömagnetismi (ENG), Tfy-3.1193 Fysiikka IIA tai Tfy-3.1253 Fysiikka IIA. Kurssin voi korvata kurssilla PHYS-A3130 Sähkömagnetismi (ENG) tai kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1193 Fysiikka IIA tai Tfy-3.1253 Fysiikka IIA ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IB, Fysiikka IIB tai Laboratoriotyöt). Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a3132 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssit FY3, FY4, FY5, FY6 ja FY7 soveltuvin osin sekä Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 tai vastaavat tiedot. Arvosteluasteikko: 0-5 Opetuskieli: suomi Lisätietoja: Sisältyy ENG-koulun perusopintoihin, tarkoitettu pääaineille ENY ja RYM. Vastaavat kurssit PHYS-A3131 Sähkömagnetismi (ENG1), PHYS-A1130 Sähkömagnetismi (SCI) ja PHYS-A5130 Elektromagnetism. PHYS-A5120 Termodynamik (5 op) Vastuuopettaja: Jonatan Slotte; Jani Sainio Kurssin asema: Perusopinnot Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: II Työmäärä toteutustavoittain: Luentoja 5 x 4 h = 20 h, laskuharjoituksia 5 x 4 h = 20 h, laboratoriotöitä 3 x 3 h = 9 h. 1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaasuorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia, 1. ratkaista nesteiden virtauksia jatkuvuusyhtälön ja Bernoullin yhtälön avulla, 1. ratkaista elastisen kappaleen lämpövenymiä ja -jännityksiä sekä paineen aiheuttamia elastisia muodonmuutoksia, 1. soveltaa termodynamiikan pääsääntöjä termodynaamisiin prosesseihin, 1. selittää kineettisen kaasuteorian ja ideaalikaasun tilanyhtälön yhteyden, 1. analysoida termodynaamisia kiertokoneita ja laskea näiden hyötysuhteen sekä käyttöpaineen, -lämpötilan ja -tilavuuden. Sisältö: Aina välttämätön aines: Tietäminen: Peruskäsitteet: paine, tilavuus, työ, lämpötila, lämpö, lämpökapasiteetti, sisäenergia, entalpia, entropia, jännitys, venymä ja kimmokerroin; Lämmön johtuminen, Fourierin laki; Ideaalikaasun tilanyhtälö, 10
molaariset ominaislämpökapasiteetit; Kineettinen kaasuteoria, Maxwellin vauhtijakauma, ekvipartitioteoreema kaasuille; Termodynamiikan pääsäännöt; Termodynaamiset prosessit pv-tasossa; Kiertokoneet: lämpövoimakone, jäähdytyskone ja lämpöpumppu; Bernoullin yhtälö ja jatkuvuusyhtälö. Soveltaminen: Lämmön johtuminen eri aineissa; Kaasun tila tilanyhtälön avulla; Termodynaamisen prosessin tekemä työ ja ottama lämpö; Kiertokoneen ottama lämpö, tekemä työ ja hyötysuhde; Sauvan venymä ja jännitys voiman vaikuttaessa; Pyörteettömän, kokoonpuristumattoman ja kitkattoman virtauksen nopeus ja paine. Tarpeellinen ja täydentävä aines: Tietäminen: Muut kuin ideaalikaasun tilanyhtälöt; Dulongin ja Petitin laki; Prosessit muissa kuin pv-tasossa; Ei-reversiibelit prosessit; Diffuusio; Lämpövenymä ja -jännitys; Paine pallosymmetrisenä jännityksenä, noste. Soveltaminen: Todennäköisin ja keskimääräinen kaasumolekyylin vauhti Maxwellin vauhtijakaumasta; Kiertokoneen tehollinen keskipaine ja puristussuhde; Lämpö, työ ja hyötysuhde muissa kuin Otto-syklillä toimivissa lämpövoimakoneissa; Sauvan venymä ja jännitys lämpötilan muuttuessa. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, harjoitukset, laboratoriotyöt ja tentti. Oppimateriaali: Kirja ilmoitetaan myöhemmin. Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin Tfy-3.1362 Fysiikka IB. Kurssin voi korvata kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1362 Fysiikka IB ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IIA, Fysiikka IIB tai Laboratoriotyöt). Vastaavat kurssit PHYS-A2120 Termodynamiikka (CHEM) ja PHYS-A3121/2 Termodynamiikka (ENG1/2). Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a5120 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssit FY2, FY3, FY4 ja FY5 soveltuvin osin sekä Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 tai vastaavat tiedot. Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: Ilmoittautuminen WebOodissa. Opetuskieli: ruotsi PHYS-A5130 Elektromagnetism (5 op) Vastuuopettaja: Jonatan Slotte; Jani Sainio Kurssin asema: Perusopinnot Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Energiatieteiden sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: III Työmäärä toteutustavoittain: Luennot 5 x 4 h = 20 h, laskuharjoitukset 5 x 4 h =20 h, laboratoriotyöt 3 x 3 h = 9 h. 1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaasuorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia, 1. laskea varausjakauman aiheuttaman sähkökentän ja potentiaalieron yksinkertaisissa geometrioissa, 1. laskea sähkövirran aiheuttaman magneettikentän ja varattuun hiukkaseen tai virtajohtimeen kohdistuvan voiman magneettikentässä, 1. määrittää induktiojännitteen sekä indusoituneen sähkökentän, 1. määrittää virrat, jännitteet ja tehot vaihtovirtapiireissä, 1. tunnistaa sähkömagneettisen säteilyn aaltoliikkeenä eteneviksi sähkö- ja magneettikentiksi. Sisältö: Aina välttämätön aines: Tietäminen: -Sähkökentän ja magneettikentän vektoriluonne, vuointegraalin ja viivaintegraalin käsitteet; Gaussin laki; Potentiaaliero; Sähkökentän energia; Kapasitanssi; Eristeet ja permittiivisyys; Magneettinen voima ja Amperen laki; Faradayn induktiolaki, Lenzin laki ja induktanssi; Värähtelypiirit, pakkovärähtelijä, vaihe-ero ja resonanssi; Maxwellin yhtälöt, sähkömagneettinen aaltoliike ja intensiteetti. Soveltaminen: Symmetrisen varausjakauman sähkökenttä Gaussin lain avulla, potentiaaliero sähkökentän avulla; Magneettikenttä Amperen lain avulla, virtajohtimeen tai varaukseen kohdistuva voima(vektori) magneettikentässä; Johdinsilmukkaan indusoitunut jännite; Virta ja jännite kondensaattorille ja kelalle tasa- ja vaihtovirtapiirissä, resonanssitaajuus; Sähkö- ja magneettikenttien lausekkeet sähkömagneettiselle aallolle. Tarpeellinen ja täydentävä aines: Tietäminen: Superpositioperiaate sähkökentälle, potentiaalille ja magneettikentälle; Sähkökentän ja magneettikentän energiatiheys; Sähkökenttä ja varauksen jakautuminen johteessa, tasapotentiaalipinnat; Biot-Savartin laki ja liikkuva varaus magneettikentän aiheuttajana; Indusoitunut sähkökenttä; Aikavakio ja tehokerroin; Kenttämuutosvirta; Sähkömagneettisen aaltoyhtälön johtaminen; Poyntingin vektori; Säteilypaine; 11
Polarisaatio. Soveltaminen: Jatkuvan varausjakauman sähkökenttä, sähkökenttä potentiaalin avulla; Magneettikenttä käyttäen Biot-Savartin lakia; Hetkellinen virta RC-ja RL-piirissä, teho vaihtovirtapiirissä. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, laskuharjoitukset, laboratoriotyöt, tentti. Oppimateriaali: Kirja ilmoitetaan myöhemmin. Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin Tfy-3.1373 Fysiikka IIA. Kurssin voi korvata kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1373 Fysiikka IIA ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IB, Fysiikka IIB tai Laboratoriotyöt). Vastaavat kurssit PHYS-A1130 Sähkömagnetismi (SCI) ja PHYS-A3131/2 Sähkömagnetismi (ENG1/2). Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a5130 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssi FY3, FY4, FY5, FY6 ja FY7 soveltuvin osin sekä Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 tai vastaavat tiedot. Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: Ilmoittautuminen WebOodissa. Opetuskieli: ruotsi PHYS-A5140 Materiens struktur (5 op) Vastuuopettaja: Jonatan Slotte; Jani Sainio Kurssin asema: Perusopinnot Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Energiatieteiden sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: I; Kurssi luennoidaan seuraavan kerran lukuvuonna 2017-2018 Työmäärä toteutustavoittain: Luennot 5 x 4 h = 20 h, laskuharjoitukset 5 x 4 h =20 h, laboratoriotyöt 3 x 3 h = 9 h. 1. Osaamistavoitteet: Kurssin suoritettuaan opiskelija osaasuorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia, 1. selittää valon interferenssi- ja diffraktiokuvioiden intensiteettijakauman muodostumisen, 1. ratkaista yksinkertaisia kvanttimekaanisia systeemejä Schrödingerin yhtälön avulla, 1. tunnistaa atomien ja kiinteän aineen ominaisuuksia pohjautuen kvanttimekaniikkaan, 1. kertoa suppean suhteellisuusteorian perustan sekä vaikutuksen fysikaalisiin suureisiin, 1. kuvata ydinfysiikkaan ja radioaktiivisuuteen liittyvät keskeisimmät fysikaaliset ilmiöt. Sisältö: Aina välttämätön aines: Tietäminen: Interferenssi ja diffraktio sekä röntgendiffraktio; Schrödingerin yhtälö, kvanttimekaniikan todennäköisyysluonne, Heisenbergin epätarkkuusperiaate, aalto-hiukkas-dualismi ja fotoni; Kvanttiluvut, Paulin kieltosääntö, jaksollinen järjestelmä ja spin; Kiinteän aineen rakenne, sidostyypit ja energiavyörakenne; Suppea suhteellisuusteoria: suhteellisuusperiaate ja valon nopeus tyhjiössä; Radioaktiivisuus ja hajoamislaki, ydinreaktiot ja sidosenergia. Soveltaminen: Interferenssi ja diffraktio kaksoisraossa, hilassa ja ohuessa kalvossa; Hiukkanen potentiaalikaivossa, diskreetti energiaspektri ja nollapiste-energia; Hiukkasen sironta potentiaalivallista ja tunneloituminen; Atomin emissio- ja adsorptiospektrit; Johteet, puolijohteet ja eristeet; Hiukkasen lepomassa ja relativistinen energia; Fuusio ja fissio. Tarpeellinen ja täydentävä aines: Tietäminen: Mustan kappaleen säteily, valosähköinen ilmiö, Comptonin sironta, vetyatomi; Aineen magneettiset ominaisuudet; Sähkönjohtuminen metalleissa ja puolijohteissa; Suppea suhteellisuusteoria: ajan, paikan ja samanaikaisuuden suhteellisuus, relativistinen energia ja liikemäärä sekä Lorentz-muunnos; Radioaktiivisen säteilyn eri lajit. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot, harjoitukset, laboratoriotyöt ja tentti. Oppimateriaali: Kirja ilmoitetaan myöhemmin. Korvaavuudet: Kurssi korvaa kurssin Tfy-3.1374 Fysiikka IIB. Kurssin voi korvata kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1374 Fysiikka IIB ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IB, Fysiikka IIA tai Laboratoriotyöt). Vastaavat kurssit PHYS-A1140 Aineen rakenne (SCI) ja PHYS-A2140 Aineen rakenne (CHEM). Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-a5140 Esitiedot: Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssit FY3, FY4, FY5, FY6, FY7 ja FY8 soveltuvin osin sekä Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 tai vastaavat tiedot. 12
Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: Ilmoittautuminen WebOodissa. Opetuskieli: ruotsi PHYS-C0210 Kvanttimekaniikka (5 op) Vastuuopettaja: Jani Martikainen Kurssin asema: Teknillisen fysiikan pääaineen pakollinen kurssi. Teknillisen fysiikan sivuaineen valinnainen kurssi. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: II Työmäärä toteutustavoittain: Luentoja 30 h (4 h/viikko) Laskuharjoituksia 12 h (2 h/viikko) Itsenäistä työskentelyä 78 h Tentti 3 h Osaamistavoitteet: Opintojakson suoritettuaan opiskelija osaa esittää kvanttimekaniikan postulaatit ja osaa ratkaista Schrödingerin yhtälön ominaistilat yksiulotteisissa esimerkkitapauksissa. Opiskelija osaa myös laskea fysikaalisten suureiden odotusarvot ja aikakehityksen yksinkertaisille esimerkeille. Opiskelija osaa ratkaista yksiulotteisen harmonisen oskillaattorin ominaistilat ja äärellisistä potentiaalikuopista muodostetun yksiulotteisen jaksollisen hilan energian ominaisarvot. Kurssilla esitettyjen esimerkkiongelmien ratkaisemisen lisäksi opiskelija osaa soveltaa näistä ongelmista opittuja yleisiä periaatteita ongelmiin joihin ei välttämättä löydy analyyttistä ratkaisua. Opintojakson suoritettuaan opiskelija osaa ennustaa mittaustodennäköisyyksiä annetusta aaltofunktiosta. Sisältö: Aina välttämätön aines: Kvanttimekaniikan postulaatit. Operaattorit, ominaisarvot ja -funktiot. Odotusarvot ja varianssi. Schrödingerin yhtälö. Hermiittiset operaattorit. Superpositioperiaate. Epätarkkuusperiaate. Kommutaatiorelaatiot. Säilyvät suureet. Diracin merkintätapa. Hilbertin avaruus. Vapaa hiukkanen ja jatkuva energiaspektri. Hiukkanen potentiaalikuopassa ja diskreetti energiaspektri. Yksiulotteinen harmoninen oskillaattori ja luomis- ja hävitysoperaattorit. Jaksollinen hila sekä energia-aukot ja -vyöt. Usein tarpeellinen aines: Tilafunktioiden ja odotusarvojen aikakehitys. Ehrenfestin periaate. Tiheysmatriisi. Potentiaalivalli ja tunneloituminen. Läpäisy- ja heijastuskertoimet. Blochin aaltofunktio. Kaksitila-systeemi. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Luennot ja laskuharjoitukset.tentti. Laskuharjoituksista voi saada hyvitystä tenttiin, kuitenkin enintään 20 % kokonaispistemäärästä. Oppimateriaali: Oppimateriaali kerrotaan kurssin kotisivulla (R.L. Liboff, Introductory Quantum Mechanics). Korvaavuudet: Tfy-0.2124 Kvanttimekaniikka Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-c0210 Esitiedot: Liikeyhtälön käsite, kyky ratkaista yksinkertaisia differentiaaliyhtälöitä ja integraaleja. Arvosteluasteikko: 0-5 Ilmoittautuminen: Ilmoittautuminen WebOodissa. Opetuskieli: suomi Lisätietoja: Samaa kurssikirjaa on käytetty myös kvanttimekaniikan jatkokurssilla. PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka (5 op) Vastuuopettaja: Lasse Laurson ja Emppu Salonen Kurssin asema: Pakollinen kurssi Teknillisen fysiikan pääaineessa. Valinnainen kurssi Teknillisen fysiikan sivuaineessa. Kurssin taso: Kandidaattitaso Opetusperiodi: IV Työmäärä toteutustavoittain: Luennot 6 x 4 h, laskuharjoitukset 6 x 2 h. Sisältö: Entropia klassisessa termodynamiikassa. Lämpötilan ja entropian tilastolliset määritelmät. Termodynaamiset potentiaalit. Kineettinen kaasuteoria ja kuljetusilmiöt ideaalikaasussa. Ensembleteorian perusteet: kanoninen ja suurkanoninen ensemble. Klassisen ideaalikaasun statistinen mekaniikka, fotonikaasu ja relativistiset kaasut. Ideaaliset kvanttikaasut ja Bosen-Einsteinin kondensaatti. Vuorovaikuttavat klassiset kaasut. Johdatus faasitransitioiden ja kriittisten ilmiöiden teoriaan. Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet: Tentti (50%), laskuharjoitukset (40%) ja pohdintatehtävät (10%). Oppimateriaali: S. J. Blundell and K. M. Blundell, Concepts in Thermal Physics (Oxford University Press 2006). Korvaavuudet: Tfy-0.3131 Termodynamiikka (Thermodynamics) Kurssin kotisivu: https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=phys-c0220 Esitiedot: Termodynamiikka (1. vuoden kurssi). 13