Osobná stránka s profesijným zameraním

Katedra fyziky | Elektrotechnická fakulta | Žilinská univerzita

Úvod

Úvod stránky

Vitajte na mojej stránke !

Na mojej stránke sa dozviete niečo o mne, najmä o mojej pedagogickej, výskumnej a publikačnej činnosti. Nájdete tu aj odkazy na iné zaujímavé stránky.

Študenti 1.ročníka inžinierského štúdia na Elektrotechnickej fakulte Žilinskej univerzity tu môžu nájsť potrebné informácie ku skúške z predmetu Fyzika I (osnova predmetu, odporúčané príklady, základné pojmy a vzťahy, ako aj teoretické otázky, ktoré musia na skúške ovládať).

Ďalšie informácie môžete získať na stránke "Help", odkaz nájdete na spodnej časti stránky.

Prajem Vám príjemné chvíle strávené na mojej stránke, pevné zdravie a veľa pracovných a osobných úspechov

autor

Autor

O autorovi

Foto: Igor Jamnický

Vysokoškolské štúdium na Elektrotechnickej fakulte SVŠT v Bratislave (dnes FEI STU) som ukončil v roku 1968 v odbore fyzika tuhých látok (Ing.) Nastúpil som ako asistent na Katedru fyziky ST fakulty VŠD v Žiline (dnes EF ŽU). Kandidátsku dizertačnú prácu (CSc.) som obhájil v roku 1984 na Fyzikálnom ústave ČSAV v Prahe (dnes ČAV Praha) v odbore aplikovaná fyzika. V roku 1994 som sa habilitoval na docenta v odbore fyzika kondenzovaných látok a akustika na EF ŽU v Žiline.

V rokoch 1995 až 2001 som pôsobil vo funkcii prodekana Elektrotechnickej fakulty Žilinskej univerzity (EF ŽU) pre vedecko-výskumnú činnosť. V súčasnosti som vedúcim katedry fyziky EF ŽU.

Vo vedecko-výskumnej činnosti som sa venoval najmä elektrickým a akustickým vlastnostiam chalkogénnych skiel. Neskôr som pracoval na rozvoji akustických metód DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) v polovodičoch a v polovodičových štruktúrach. V súčasnosti sa venujem problémom elektrických a akustických vlastností iónovo vodivých skiel.

Tento semester prednášam základnú vysokoškolskú fyziku na EF.

Moje záľuby: Programovanie na počítači v rôznych jazykoch a lúštenie krížoviek.

Kontaktná adresa

doc. Ing. Igor Jamnický, CSc.
vedúci katedry
 
Katedra fyziky
Elektrotechnická fakulta
Žilinská univerzita
Veľký diel
010 26 Žilina
 
Tel: 041 513 2300 (+421 41 513 2300)
Fax: 041 513 1516 (+421 41 513 1516)
E-mail: jamnic@fel.utc.sk

 

Výučba

Osnova predmetu

Názov predmetu: Fyzika I
Študijné odbory: Inžinierské štúdium na EF
Rozsah predmetu: 3-2-1
Ročník: I.
Semester: letný
Prednášajúci: prof.RNDr. P. Bury,CSc. doc.Ing. I. Jamnický,CSc.

Poznámka. Ak máte nainštalovaný prehliadač súborov typu pdf (Acrobat Reader 4.0 alebo vyššiu verziu), môžete si prezerať a dať vytlačiť príklady určené na výpočtové cvičenie. Príklady sú číslované podľa zbierky príkladov od prof. Hájka a kol., vydanie v roku 1983 a 1989. Príklady a návody na laboratórne cvičenia pripravil kolega Ing. Žucha.

Úvod.
Predmet a rozdelenie fyziky. Vzťah fyziky a technických vied. Metódy fyziky. Fyzikálne pojmy, veličiny a jednotky. Skalárne a vektorové veličiny, skalárne a vektorové pole.
Príklady: Základy vektorového počtu
Kinematika pohybu hmotného bodu.
Poloha, rýchlosť a zrýchlenie hmotného bodu. Uhlová rýchlosť a uhlové zrýchlenie. Zložky vektorov rýchlosti a zrýchlenia. Vzájomný súvis kinematických veličín. Základné druhy priamočiareho a krivočiareho pohybu bodu.
Príklady: 1, 6, 8, 9, 10, 15, 17, 19, 27, 33, 47, 54, 56
Dynamika hmotného bodu.
Pojem sily, pohybové zákony. Pohybová rovnica. Príklady riešenia pohybovej rovnice pri pôsobení rôznych síl. Časový, dráhový a otáčavý účinok sily. Impulz sily a hybnosť. Mechanická práca a kinetická energia. Výkon a účinnosť. Moment sily a moment hybnosti. Základné typy silového pôsobenia.
Príklady: 67, 68, 73, 76, 77, 84, 99, 102, 110, 115
Popis pohybu z hľadiska dvoch rôznych vzťažných sústav.
Galileiho transformácie. Lorentzove transformácie. Dôsledky Lorentzovej transformácie na kinetické a dynamické veličiny.
Príklady: Beiser - vybrané priklady
Gravitačné pole.
Newtonov gravitačný zákon. Pojem silového poľa. Intenzita gravitačného poľa. Skalárny popis silového poľa. Práca a potenciálna energia. Zákon zachovania mechanickej energie. Potenciál gravitačného poľa. Súvis intenzity a potenciálu. Pohyb v homogénnom a centrálnom gravitačnom poli.
Príklady: 85, 87, 88, 91, 120, 121, 122, 123
Dynamika sústav hmotných bodov a telesa.
Hmotný stred sústavy hmotných bodov. Postupný pohyb sústavy, 1. veta impulzová. Otáčavý pohyb sústavy, 2. veta impulzová. Zákony zachovania hybnosti a momentu hybnosti. Reaktívny pohyb. Dokonale tuhé teleso. Ťažisko telesa, vety o ťažisku. Postupný a otáčavý pohyb telesa. Kinetická energia tuhého telesa. Moment zotrvačnosti. Pohybové rovnice telesa. Niektoré prípady pohybu tuhého telesa: zotrvačník, fyzikálne kyvadlo, presecný pohyb.
Príklady: 126, 128, 132, 142, 144, 152, 154, 159, 161, 163, 169, 173
Stavba a mechanické vlastnosti tuhých látok.
Základné predstavy o štruktúre látok a charaktere väzbových síl. Pružná deformácia. Hookov zákon. Trvalá deformácia a mechanická pevnosť. Energia deformovaného telesa.
Príklady: 182, 183, 184, 186, 191, 192, 195, 197
Mechanické kmity a vlny.
Kmitavý pohyb, harmonický pohyb, oscilátor. Netlmený a tlmený harmonický oscilátor. Vynútené kmity, rezonancia. Skladanie kmitov. Sústava harmonických oscilátorov. Vlnenie, vlnová rovnica. Šírenie vlnenia v priestore. Skladanie vlnenia. Interferencia vlnenia. Stojaté vlnenie. Dopplerov jav. Zvuk a ultrazvuk. Využitie ultrazvuku v technike.
Príklady: 235, 237, 239, 240, 244, 254, 256, 258, 260, 265, 269
Mechanika kvapalín
Stavba a charakteristické vlastnosti kvapalín. Základné zákony hydrostatiky. Prúdenie ideálnej kvapaliny - základné rovnice. Prúdenie reálnej kvapaliny - viskozita. Povrchové napätie. Javy na rozhraní troch skupenstiev.
Príklady: 202, 205, 212, 219, 220, 226, 229
Termika.
Tepelný pohyb v látkach, teplota. Meranie teploty. Teplotná rozťažnosť látok. Teplo ako forma výmeny energie. Tepelná kapacita, merná tepelná kapacita. Prenosové javy, vedenie tepla.
Molekulárno-kinetická teória ideálneho plynu.
Kinetická interpretácia tlaku a teploty. Rozdelenie energie medzi molekulami plynu. Štatistické princípy popisu ideálneho plynu. Maxwellovo rozdelenie rýchlosti molekúl. Základné zákony ideálneho plynu, stavová rovnica. Reálne plyny, Van der Waalsova rovnica. Skvapalňovanie plynov, kritická teplota.
Príklady: 277, 278, 285, 312, 291, 297, 308, 337, 339, 378, 349
Základy termodynamiky.
Termodynamický popis, stavové veličiny, 1. zákon termodynamiky. Tepelné kapacity a merné teplá. Termodynamika stavových zmien ideálneho plynu. Adiabatický dej. Pojem vratného, nevratného a kruhového deja. Carnotov cyklus. 2 zákon termodynamiky. Entrópia a pravdepodobnosť stavu sústavy. 3. zákon termodynamiky. Tepelné stroje a Carnotov cyklus. Chladiace zariadenia.
Príklady: 372, 374, 378, 389, 394, 396, 403, 417, 420, 426, 434, 438

Laboratórne cvičenia:

  1. Lineárna regresia
  2. Chyby merania
  3. Meranie momentu zotrvačnosti fyzikálneho kyvadla
  4. Meranie Poissonovej konštanty
  5. Kalorimetrické meranie
  6. Meranie súčiniteľa dynamickej viskozity
  7. Meranie modulu pružnosti v ťahu

Základná literatúra:

  1. Krempaský: Fyzika, ALFA 1983
  2. V. Hajko, Daniel-Szabo: Základy fyziky, Veda 1983
  3. F. Krupka, L. Kalivoda: Fyzika, SNTL/ALFA 1989
  4. V. Hajko a kol.: Fyzika v príkladoch, ALFA 1988 (1983)
  5. Elektronické skriptá

Základné pojmy

Názov predmetu: Fyzika I
Študijné odbory: Inžinierské štúdium na EF
Rozsah predmetu: 3-2-1
Ročník: I.
Semester: letný
Skúšajúci: prof.RNDr. P. Bury,CSc., doc.Ing. I. Jamnický,CSc.

V tejto časti písomnej skúšky uveďte len požadované definície, vzťahy, alebo zákony. Nie je potrebné odvodzovanie alebo zdôvodňovanie uvedených tvrdení. Vysvetlite význam každého symbolu, vektory označujte príslušným symbolom. Skalárny alebo vektorový súčin dôsledne vyznačte. V prípade nedodržania týchto pravidiel nie je možné uznať odpoveď za správnu!

  1. Definujte skalárny a vektorový súčin dvoch vektorov. Definujte veľkosť vektora a vyjadrite pomocou zložiek.
  2. Aké súradnicové sústavy vo fyzike používame a akými súradnicami v nich určujeme polohu hmotného bodu? Ktoré sú základné, vedľajšie a odvodené jednotky používané vo fyzike?
  3. Definujte vektory rýchlosti a zrýchlenia.
  4. Definujte vektory uhlovej rýchlosti a uhlového zrýchlenia.
  5. Vyjadrite rýchlosť a zrýchlenie pre všeobecný prípad pohybu bodu po kružnici.
  6. Napíšte vzťah, vyjadrujúci rozklad zrýchlenia na tangenciálnu a normálovú zložku!
  7. Sformulujte Newtonove pohybové zákony.
  8. Definujte impulz sily a hybnosť, vyjadrite ich vzájomný súvis.
  9. Definujte prácu sily, definujte kinetickú energiu.
  10. Ako sú definované výkon a účinnosť?
  11. Definujte moment sily a moment hybnosti.
  12. Napíšte Galileiho transformáciu a odpovedajúci zákon skladania rýchlostí.
  13. Napíšte Lorentzove transformácie.
  14. Čo rozumiete pod kontrakciou dĺžky a dilatáciou času?
  15. Napíšte vzťah pre sčítanie rýchlosti v špeciálnej teórii relativity.
  16. Charakterizujte časopriestor. Aké hodnoty môže nadobúdať priestorovo-časová odľahlosť?
  17. Aké sú dôsledky Lorentzových transformácií na dynamické veličiny (hybnosť, energia)?
  18. Napíšte Newtonov gravitačný zákon. Definujte vektor intenzity gravitačného poľa!
  19. Definujte potenciálnu energiu v gravitačnom poli. Definujte potenciál v gravitačnom poli! Ako je definované konzervatívne pole.
  20. Vyjadrite vzťah intenzity a potenciálu gravitačného poľa! Vyjadrite princíp superpozície pre gravitačné pole!
  21. Vyjadrite tok vektora intenzity gravitačného poľa uzavretou plochou!
  22. Ako je definovaný hmotný stred sústavy hmotných bodov?
  23. Napíšte pohybové rovnice pre sústavu hmotných bodov (prvá a druhá veta impulzová).
  24. Uveďte definíciu ťažiska. Čo hovoria vety o ťažisku.
  25. Definujte moment zotrvačnosti . Napíšte Steinerovu vetu.
  26. Napíšte podmienky rovnováhy tuhého telesa!
  27. Vyjadrite kinetickú energiu pre všeobecný prípad pohybu tuhého telesa!.
  28. Napíšte definície relatívneho predĺženia, relatívneho priečneho skrátenia, relatívneho posunutia!
  29. Aké kryštalografické sústavy poznáte? Charakterizujte jednotlivé druhy väzieb v tuhých látkach.
  30. Definujte ťahové a šmykové napätia! Napíšte Hookov zákon pre ťahové a pre šmykové namáhanie!
  31. Napíšte pohybovú rovnicu pre otáčanie tuhého telesa okolo pevnej osi účinkom vonkajších momentov!
  32. Napíšte pohybovú rovnicu pre netlmený harmonický oscilátor! Napíšte všeobecné riešenie!
  33. Napíšte pohybovú rovnicu pre tlmený harmonický oscilátor! Napíšte rovnicu popisujúcu kmity tlmeného harmonického oscilátora. Definujte logaritmický dekrement útlmu!
  34. Napíšte pohybovú rovnicu pre tlmený harmonický oscilátor s vynútenými kmitmi. Kedy je oscilátor v rezonancii?
  35. Napíšte vlnovú rovnicu (jednorozmerný prípad) akustických vĺn a napíšte jej všeobecné riešenie!
  36. Ktoré veličiny charakterizujú rovinnú harmonickú vlnu, ako sú definované?
  37. Napíšte základné zákony hydrostatiky.
  38. Napíšte základné rovnice popisujúce prúdenie kvapaliny.
  39. Akým vzťahom je daná sila odporu pri pohybe telesa v kvapaline? Charakterizujte vnútorné trenie.
  40. Ako je definovaný koeficient povrchového napätia, aké podmienky splňuje na rozhraní troch skupenstiev?
  41. Napíšte stavovú rovnicu reálneho plynu. Čo je to kritická teplota?
  42. Aké prenosové javy poznáte? Ako je definovaný vektor hustoty tepelného toku? Čo hovorí Fickov difúzny zákon?
  43. Akými vzťahmi je popísaná teplotná rozťažnosť látok?
  44. Definujte pojem tepla! Definujte tepelné kapacity pri stálom objeme a stálom tlaku.
  45. Ako sú definované tepelné kapacity, merná tepelná kapacita a skupenské teplo?
  46. Napíšte stavovú rovnicu ideálneho plynu. Ktoré sú ďalšie základné zákony ideálneho plynu?
  47. Definujte počet stupňov voľnosti molekuly! Čo hovorí ekvipartičný teorém?
  48. Napíšte stavovú rovnicu reálneho plynu. Čo je to kritická teplota?
  49. Napíšte základné termodynamické zákony (vety)!
  50. Napíšte Mayerovu rovnicu.
  51. Vyjadrite súvis prírastku entropie s dodaným teplom (termodynamickú definíciu entropie) a jednotku v SI!
  52. Napíšte termodynamickú definíciu teploty!
  53. Definícia entropie pre nerovnovážne stavy. Vyjadrite zákon o narastaní entropie!
  54. Charakterizujte adiabatický dej. Napíšte Poissonovu rovnicu pre adiabatický dej.
  55. Určte prácu a zmenu vnútornej energie pri izotermickom, izobarickom, izochorickom a adiabatickom deji.
  56. Čo je Carnotov cyklus, aká práca sa pri ňom vykonáva a čomu sa rovná jeho účinnosť?
  57. Aká je maximálna (ideálna) účinnosť tepelného stroja?

Teoretické otázky

Názov predmetu: Fyzika I
Študijné odbory: Inžinierské štúdium na EF
Rozsah predmetu: 3-2-1
Ročník: I.
Semester: letný
Skúšajúci: prof.RNDr. P. Bury,CSc., doc.Ing. I. Jamnický,CSc.

V tejto časti skúšky je potrebné odvodiť požadované tvrdenia resp. vzťahy vychádzajúce z iných platných vzťahov alebo zákonov. Vysvetlite použité symboly. Vektory označujte šípkou nad písmenom, dôsledne vyznačte skalárny a vektorový súčin.

  1. Odvoďte vzťah, vyjadrujúci rozklad zrýchlenia na zložku tangenciálnu a dostredivú!
  2. Odvoďte vzťahy pre vodorovný a šikmý vrh.
  3. Ukážte, že impulz sily je rovný celkovej zmene hybnosti!
  4. Dokážte, že zmena kinetickej energie je rovná práci pôsobiacich síl!
  5. Dokážte platnosť prvej a druhej vety impulzovej!
  6. Dokážte vety o ťažisku!
  7. Dokážte platnosť Steinerovej vety pre moment zotrvačnosti!
  8. Odvoďte rovnicu pre reaktívny pohyb (Ciolkovského rovnicu)!
  9. Odvoďte výraz pre celkovú kinetickú energiu rotujúceho telesa!
  10. Odvoďte vzťah medzi intenzitou a potenciálom gravitačného poľa!
  11. Odvoďte vzťah pre prácu v gravitačnom poli!
  12. Nájdite riešenie pohybovej rovnice pre tlmený kmitavý pohyb!
  13. Odvoďte vzťah pre energiu deformovaného telesa!
  14. Napíšte všeobecné riešenie jednorozmernej vlnovej rovnice a ukážte, že vyhovuje danej rovnici!
  15. Odvoďte Lorentzove transformácie!
  16. Odvoďte vzťah pre tlak plynu na stenu nádoby!
  17. Odvoďte výraz pre vnútornú energiu ideálneho plynu!
  18. Odvoďte Mayerov vzťah!
  19. Odvoďte rovnicu adiabaty (Poissonovu rovnicu)!
  20. Odvoďte výraz pre prácu plynu pri izotermickej, adiabatickej a izobarickej expenzii!
  21. Odvoďte vzťah pre účinnosť Carnotovho cyklu!
  22. Odvoďte Bernoulliho rovnicu.

Výskum

O výskume

V rámci viacerých grantových projektov zameraných na využitie akustoelektrických a akustooptických interakcií pri skúmaní fyzikálnych vlastností tuhých látok bola postupne experimentálne, teoreticky a softwarovo vybudovaná nová akustická technika transientnej spektroskopie hlbokých centier v polovodičoch (A-DLTS). Táto technika využíva akustoelektrický signál generovaný na rozhraní polovodičovej štruktúry alebo na miestne nehomogenity priestorového náboja pri prechode akustickej vlny, ktorý je veľmi citlivý na akékoľvek zmeny v rozložení priestorového náboja pri prechode akustickej vlny. Keďže signál akustoelektrickej odozvy je úmerný koncentrácii nosičov v oblasti rozhrania, meraním časového vývoja akustoelektrického signálu možno určiť aktivačné energie, účinné prierezy a koncentrácie hlbokých centier.

V ostatnom období boli rozpracované ďalšie verzie techniky A-DLTS pôvodne využívajúce pozdĺžnu akustickú vlnu, a to pre povrchovú akustickú vlnu využívajúcu vf zložku priečneho akustoelektrického signálu produkovanú elektrickým poľom povrchovej akustickej vlny a pre akustickú vlnu generovanú vf poľom na nehomogenite priestorového náboja vytvorenej svetlom vo vysokoodporovom polovodiči. Súčasne všetky techniky boli využité pri vyšetrovaní hlbokých centier v GaAs/AlGaAs heteroštruktúrach.

V súčasnosti sa okrem A-DLTS venuje pozornosť aj iónovo vodivým sklám. Zameriavame sa na meranie elektrickej vodivosti v závislosti od frekvencie a od teploty. Súbežne sa vyšetrujú aj akustické vlastnosti uvedených materiálov. Na základe korelácie nameraných výsledkov elektrických a akustických vlastností skiel hľadáme model popisujúci transport iónov v uvedených materiáloch.

Publikácie

Uvedené sú najvýznamnejšie publikácie za ostatných 5 rokov. Ak máte nainštalovaný prehliadač súborov typu pdf (Acrobat Reader 4.0 alebo vyššiu verziu), môžete si prezerať, dať vytlačiť alebo kliknutím na pravé tlačítko myši uložiť uvedené publikácie.

  1. P. Bury, I. Jamnický: Akustická spektroskopia hlbokých centier v polovodičoch, EDIS Žilina, 1999, 143 str.
    Cieľom tejto monografie je oboznámiť odbornú verejnosť, vedeckých pracovníkov a doktorandov, ktorým je blízka problematika hlbokých centier alebo problematika akustických metód využívaných vo fyzike tuhých látok, s možnosťami, ktoré techniky využívajúce akustické vlny poskytujú pri štúdiu vlastností polovodičov a polovodičových štruktúr. Hlavný dôraz je kladený na vysvetlenie princípov popísaných metód a techník a možnosti ich praktického využitia.
  2. P. Bury, I. Jamnický, V.W. Rampton: Acoustic spectroscopy of deep centers in GaAs/AlGaAs heterostructures, PHYSICA B: Condensed Matter 263-264 (1999), p. 94
    Two versions of the acoustic deep-level spectroscopy (A-DLTS) technique based on the acoustoelectric effect resulting from the interaction between an acoustic wave and heterostructures interfaces have been used to study deep centres in GaAs/AlGaAs heterostructures. The latter uses an acoustoelectric response signal (ARS) produced by the heterostructure interface when a longitudinal acoustic wave propagates through the heterostructure. Planar GaAs/AlGaAs heterostructure capacitors with electrodes in a field effect transistor configuration were investigated by these versions of the A-DLTS technique. Several deep centres were found and their activation energies and corresponding cross-sections determinated.
  3. I. Jamnický, P. Bury: Acoustoelectric interaction in bulk and multilayered semiconductors – base of acoustic techniques for deep centers investigation, Proc. of 6th Int. Workshop, Kočovce 2000
    Acoustoelectric interaction in both semiconductor and semiconductor structure interface regions has been proved to be an effective tool for the experimental investigation of deep centers and two basic modifications of acoustic transient spectroscopy (A-DLTS) based on the acoustoelectric effect were developed. The longitudinal acoustic wave technique uses an acoustoelectric response signal observed at the interface when a hf longitudinal acoustic wave propagates through the structure. The surface acoustic wave (SAW) technique uses a nonlinear acoustoelectric interaction between the SAW electric field and free carriers in an interface region which generates a transverse acoustoelectric signal accros the stucture.
  4. P. Bury, I. Jamnický, M. Jamnický, P. Hockicko: Acoustic Investigation of lon Conductive Centers, Proc. 17 th International Congress on Acoustics, Roma 2001
    A considerable attention is given to materials with the fast ion transport called solid electrolytes because of the possibility of their application in modern electromechanical devices. The acoustical methods have been proved an effective tool to study the fundamental structural and mechanical properties of the ionic materials and can also significantly contribute to find the fundamental experimental knowledge's about the mechanical properties of the new kinds of ion conductive glasses and determine their relationship with the electrical ones. In the present contribution we have illustrated the coherence between the acoustical and electrical properties of ion conductive glasses.
  5. P. Bury, I. Jamnický, P. Hockicko: Acoustoelectric investigation of deep centers in bulk and multilayered semiconductors, Komunikácie / Communications - Vedecké listy Žilinskej Univerzity / Scientific letters of the University of Žilina 2/2003, EDIS Žilina, s. 5 - 13.
    Two basic versions of the acoustic deep-level transient spectroscopy (A-DLTS) technique based on the acoustoelectric effect resulting from the interaction between an acoustic wave and interfaces have been used to study deep centres in semiconductor structures.

Download

Ak máte nainštalovaný prehliadač súborov typu pdf (Acrobat Reader 4.0 alebo vyššiu verziu), môžete si prezerať, dať vytlačiť alebo kliknutím na pravé tlačítko myši uložiť uvedené súbory.

^