CTU

České vysoké učení technické v Praze

Fakulta stavební

K 102 - Katedra fyziky

Předměty aktuálního semestru -- letní 2017/18

přejděte na archiv


semestr letní 2017/18


Bezkontaktní měřicí metody v experimentální mechanice

D02BEM - Bezkontaktní měřicí metody v experimentální mechanice Metody generace a detekce fyzikálních polí. Bezkontaktní optické a elektronické metody měření makro a mikrotopografie povrchů (optická interferenční mikroskopie, moderní metody optické interferometrie, optická deflektometrie, AFM - Atom Force Microscopy, metody elektronové mikroskopie, optické rozptylové metody (BRDF, TIS), kapacitní metody). Optické metody měření deformací a posunů (holografická interferometrie, speckle metrologie, ESPI (Electronic Spekle Pattern Interferometry), moiré metody). Bezkontaktní měření vibrací a rychlostí pohybu vyšetřovaných objektů pomocí optoelektronických metod (Dopplerovská laserová vibrometrie, Dopplerovská anemometrie).


Experimentální fyzika a teorie měření

Principy experimentů, sestavování aparatury, sledování měřené veličiny. Základy teorie nejistot. Obecné zásady metrologie, veličiny a jednotky, normování a atestace pro jednotlivé úlohy. Přímé měření hmotnosti, délek, času a dalších veličin. Měření nepřímými metodami. Měření neelektrických veličin elektrickými metodami, typy snímačů (převodníků). Zpracovávání naměřených dat a jejich uchovávání v elektronických pamětech. Experiment a měřící systém řízený počítačem, sestava čidlo, měřící přístroj, AD převodník, počítač.


Fyzikální a aplikovaná elektronika

Stavba hmoty, energetické hladiny, pásová teorie, elektrony v kovech, emise elektronů, polovodiče, tranzistory, vedení proudu v plynech a ve vakuu, signál, kódování informace, usměrňovač, zesilovač, telegraf a telefon, oscilátor, oscilační obvod, bezdrátový přenos, vysílač a přijímač, regulace, regulační obvody, zpětná vazba, automatizace, servosoustavy řídící, měřící a pracovní, měniče odporové, kapacitní a indukční, relé, výkonové soustavy, uplatnění polovodičů, integrované obvody, tyristory, měřící a zobrazovací členy, elektromechanický počítač, kódování, elektronický analogový počítač, obvod sčítací, násobící, derivační a integrační, číslicové počítače, číslicové soustavy, mikroprocesory, použití počítačů, modelování, kvantové soustavy a emise světla, inverze kvantových soustav, emise spontánní a stimulovaná, dvou a vícehladinové přechody, rezonanční dutiny pro optický obor, lasery plynové, polovodičové a pevné, aplikace laserů.


Fyzikální chemie

Elektrické, magnetické, spektroskopické vlastnosti látek (atomová spektra, molekulová spektra, NMR, EPR). Skupenské stavy látek. Reakční kinetika (rozdělení reakcí z kinetického hlediska, reakční rychlost, katalýza). Fázové rovnováhy (adsorpce, adsorpční izotermy, využití adsorpčních jevů). Chemické rovnováhy (Guldbergův-Waagův zákon, rovnovážná konstanta, stupeň konverse,..) Základy elektrochemie (elektrolýza, transportní jevy v roztocích elektrolytů, konduktometrie a její využití, polarizace elektrod). Koloidní soustavy (rozdělení disperzních soustav, struktura koloidů, vlastnosti koloidních soustav, elektrokinetické jevy). Mikrostruktura stavebních látek (betonu). Struktura hydratované cementové pasty. Metody používané pro analýzu cementu, zatvrdlé cementové pasty, betonu (termická analýza, IR spektroskopie, rentgenová difraktometrie, rtuťová porozimetre, adsorpce plynů a par, pyknometrická metoda).


Instrumentální analytické metody

Spektrální metody: Emisní spektrální analýza. Atomová absorpční a fluorescenční spektroskopie. Absorpční spektroskopie v UV a viditelné oblasti. Absorpční spektrální analýza v oblasti vibračně-rotačních spekter (IČ spektroskopie). Rentgenová spektroskopie (rentgenová fluorescenční spektroskopie, rentgenová absorpční analýza, rentgenová difraktometrie). Magnetická rezonanční spektroskopie (nukleární magnetická rezonance, elektronová paramagnetická rezonance). Refraktometrie a interferometrie. Separační metody: Extrakce. Chromatografie. Plošná chromatografie. Iontově-výměnná chromatografie. Afinitivní chromatografie. Gelová chromatografie. Plynová chromatografie (kolony, absorbenty, detektory). Vysokoúčinná kapalinová chromatografie (termodynamika separace, mobilní a stacionární fáze, detektory). Elektrochemické metody: Redoxní rovnováha, Elektrochemický článek. Hlavní typy elektrod (elektrody I a II druhu, redoxní, membránové). Potenciometrie (přímá potenciometrie-iontově selektivní elektrody, měření pH, nepřímá potenciometrie). Voltametrie a polarografie. Konduktometrie a dielektrimetrie.


Vliv klimatických vlivů na mostní a stavební konstrukce

Předmět je zaměřen na studium vlivu okolního klimatického prostředí na vlastnosti a chování stavebních a mostních konstrukcí. Sluneční energie, větrná energie, gradienty teplotních polí a vlhkostních polí okolního prostředí.


Mechanika a termodynamika kontinua pevné fáze

V předmětu budeme studovat modely používané v mechanice kontinua pevné fáze. Jde yejména o isotropní funkce, objektivní funkce, princip nezávislosti na pozorovateli, elastické materiály v konečné pružnosti, linearizovaná teorie, nestlačitelné materiály v konečné pružnosti i linearizované teorii, hyperelasticita, chování modelu vzhledem k determinantu gradientu deformace, definice prvního Piola-Kirchhofova tenzoru napětí v případě hyperelastického materiálu, materiálové modely v konečné pružnosti, elastické konstanty hyperelastického materiálu, homogenní-nehomogenní materiál Rheologické modely, Kelvinův-Voigtův materiál, Maxwellův materiál, viskózní materiály s vedením tepla, termoelastický materiál, adiabatický materiál. Clausiova-Duhemova nerovnost a její důsledky pro konstitutivní vztahy.


Optika a optoelektronika

D02OPTE - Optika a optoelektronika Základy geometrické, fyzikální a kvantové optiky. Relativistická optika. Základy fyzikální elektroniky. Lasery a gaussovské svazky. Moderní oblasti optiky a jejich aplikace v technice (adaptivní optika, gradientní optika, nelineární optika, akustooptika, elektrooptika, atd.). Zdroje a detektory záření. Fyzikální principy moderních optických prvků a přístrojů a jejich aplikace v technice.


Optické zobrazení a moderní optika

Geometrická teorie optického zobrazení, zobrazovací funkce. Difrakce a interference světla, difrakční teorie optického zobrazení. Základy fotonové optiky. Nelineární optika a teorie laserů. Interakce světla s látkou, disperze a absorbce světla. Relativistická optika.


Optické zobrazení a metody zpracování obrazu

D02OZO - Optické zobrazení a metody zpracování obrazu Geometrická a difrakční teorie optického zobrazení. Základy radiometrie, fotometrie a kolorimetrie. Přenosové vlastnosti optických soustav. Metody dekonvoluce v prostorové a frekvenční oblasti. Digitální metody zpracování obrazu.


Přenos energie a hmoty ve stavebních konstrukcích

Předmět je zaměřen na teorii přenosu energie a hmoty ve stavebních konstrukcích s ohledem na měření fyzikálních parametrů charakterizujících tento proces; měření teplotních polí, vlhkostních polí stavebních konstrukcí, slunečního záření a energie větru.


Polymery

Základní pojmy polymerní chemie (monomer, polymer, polymerizace). Polymerizační reakce (radikálové, řetězové, iontové). Struktura a názvosloví polymerů (geometrické typy polymerních řetězců-lineární, rozvětvený, sesíťovaný; strukturní, triviální a komerční názvy). Fyzikální a chemické vlastnosti polymerů (termodynamika polymerů - skupenské stavy, fázové přechody; mechanické vlastnosti polymerů-pevnost, deformace elastická, viskoelastická, plastická; roztoky a rozpouštědla polymerů-ideální a termodynamicky dobrá rozpouštědla, srážedla). Degradace polymerů-fotochemická, oxidační, biodegradace, koroze.


Polymery a základy nanotechnologie


Teorie elektromagnetického pole

Maxwellovy rovnice. Materiálové vztahy. Hraniční podmínky. Lineární a nelineární prostředí. Elektromagnetické vlny. Polarizace, interference a difrakce elektromagnetických vln Vyzařování a detekce elektromagnetických vln.


Rovnovážná a nerovnovážná termodynamika

Fenomenologická termodynamika rovnovážných procesů (principy, postuláty). Lineární nerovnovážná termodynamika (zobecněné síly a toky, symetrie). Přenosové jevy (difúze, konvekce, vedení tepla). Úvod do teorie fázových přechodů (fáze, agregátní stav, Gibbsovo pravidlo fází, kondensace, solidifikace).


Teoretická fyzika I

Stavba a struktura hmoty. Modelování procesů na různých časových a prostorových úrovních popisu. Základy statistické fyziky (stochastické procesy, pravděpodobnostní pojetí, statistická rozdělení, střední hodnoty, fluktuace). Statistická termodynamika tekutin a pevných látek (soubory, základní postuláty, termodynamické funkce ideálního a reálného plynu, teorie kapalin a roztoků, krystaly).


Teoretická fyzika II

Difúzní pohyb částic v plynné, kapalné a pevné fázi (Fickův zákon, rovnice difúze a její řešení, modely difúze na atomární úrovni popisu). Přenos tepla (Fourierův zákon, rovnice vedení tepla a její řešení). Teorie fázových přechodů (parametr uspořádání, spinodální rozklad, nukleace, koalescence, solidifikace, dendritický a lamelární růst, morfologická stabilita fázového rozhraní). Nanotechnologie (nanovrstvy, kvantové tečky, molekulární motory).


Theoretical Physics 2

Basic conceps of thermodynamics and kinetic theory of gases: solid and fluids, temperature and heat transfere, the first and second laws of thermodynamics, entropy


Základy nanotechnologie

Nanosvět vs. makrosvět. Nanovlákna na polymerní bázi. Princip zvlákňování. Nanospider. Aplikační potenciál polymerních nanovláken (pasivní - molekulární síta, aktivní). Přetvoření nanovláken pomocí plazmových technologií: hydrofobizace, hydrofilizace, silanizace. Nukleace na nanovláknech. Využití standardních i přetvořených nanovláken v moderním stavitelství a ochraně životního prostředí. Bakteriocidita. Ochranné vrstvy. Experimentální techniky na určování strukturních vlastností nanovláknitých systémů. Exkurse do Centra pro nanotechnologie (Nanospider) a do FZÚ AVČR (plazmatická technologie).


Bakalářská práce

Bakalářská práce


Bakalářská práce


Bachelor Project

in accordance with the thesis proposal


Diplomová práce

dle zadání


Fyzika

Hmota a struktura látek. Pohyb látky, kinematika, dynamika. Silové pole. deformace a tečení.Kmitání, elastické vlny, akustika. Tepelné vlastnosti látek.

[1] Demo P.: Fyzika, Vydavatelství ČVUT, Praha 2008
[2] Mikš A., Novák J.: Fyzika 1. ČVUT, Praha 2013.
[3] J.Drchalová: Fyzika – Příklady, Vydavatelství ČVUT, Praha 2006.

Fyzika G

KINEMATIKA HMOTNÉHO BODU. Prostor a čas. Poloha, trajektorie, rychlost a zrychlení hmotného bodu. Pohyb hmotného bodu v pohybující se referenční soustavě. SILOVÁ POLE. Vlastnosti hmotných částic (hmotnost, náboj). Silová pole a jejich zdroje (hmotnost, náboj, proud). Zákony fundamentálních sil. Intenzita a potenciál pole. DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU. Základní pojmy a zákony klasické mechaniky. Pohybové rovnice. Pohyb hmotného bodu v silovém poli (gravitačním a elektrostatickém). Práce a energie. Konzervativní a nekonzervativní silová pole. Impuls síly. Zákon zachování energie, hybnosti a momentu hybnosti. SOUSTAVA HMOTNÝCH BODŮ A TUHÉ TĚLESO. Popis soustavy hmotných bodů. Hmotný střed soustavy (těžiště) hmotných bodů. Pohybové rovnice. Kinetická a potenciální energie. Tuhé těleso. Kinematika a dynamika tuhého tělesa. Otáčení tuhého tělesa kolem pevné osy (mechanické gyroskopy). KMITY A VLNY. Harmonický kmit. Vynucený harmonický kmit. Skládání kmitů. Vlny a jejich základní vlastnosti. Vlnová rovnice. Elementární vlny. Šíření vln, Huyghensův-Fresnelův princip a jeho matematické vyjádření. Princip superpozice vln (interference dvou vln, InSAR). HYDROMECHANIKA. Obecné vlastnosti kapalin. Rovnováha kapalin. Pascalův zákon. Proudění ideální kapaliny, rovnice kontinuity a Bernoulliova rovnice (princip hydrostatické nivelace). SPECIÁLNÍ TEOERIE RELATIVITY. Základní postuláty, Lorenzova transformace. Dopplerův jev v optice (měření rychlosti a vibrací). Sagnacův jev (optické gyroskopy). TERMODYNAMIKA. Základní vztahy termodynamiky. Teplotní roztažnost a rozpínavost látek, šíření tepla. ELEKTROMAGNETICKÉ POLE. Základní zákony elektromagnetického pole. Elektromagnetické vlny, jejich vyzařování, šíření a detekce. Modulace elektromagnetických vln (dálkoměry). Antény. Optické záření a jeho vlastnosti. Transformace vlnového pole optickou soustavou. Vliv prostředí na přesnost geodetických měření. Fyzikální principy prvků pro skenování laserovým svazkem.

[1] D.Halliday, R.Resnik, J.Walker: Fyzika, Vutium a Prometheus, Praha 2000.
[2] A.Mikš, J.Novák: Fyzika 1, Vydavatelství ČVUT, Praha 2013
[3] A.Mikš : Fyzika 3, Vydavatelství ČVUT, Praha 2008.

Physics

Principal goal of the lectures is to present those fundamentals of physics necessary for further special courses. 1. Atoms. Molecules. Ions. Phases. Structures of substances. 2. Kinematics. Coordinate system. Radiusvector.Velocity. Acceleration. 3. Dynamics. Force. Newton´s laws of motion. 4. Force field. Newton´s law of universal gravitation. Work. Energy. Conservation law. 5. Deformation. Stress and strain. 6. Tensile, compressive and shear stress. Hooke´s law. 7. Flow. Viscosity. Laminar and turbulent flow. Bernoulli´s equation. 8. Oscillations. Basic definitions and characteristics. 9. Elastic waves in fluids and solids. 10. Interference. Acoustic waves. 11. Equilibrium thermodynamics. Heat and temperature. Thermodynamic work. 12. Thermal expansion of substances. 13. Heat transfer: convection, conduction, radiation.

[1] Gettys W.E., Keller F.J., Skove M.J.: PHYSICS, McGraw-Hill 1989

Požár a výbuch 1

Základní definice požáru, výbuchu a hoření. Popis, rozbor a modelování uvedených procesů. Teplotní pole a jejich vliv na stavební konstrukce. Tlaková pole a rázové vlny, jejich vznik a šíření. Dynamické účinky rázových vln. Namáhání stavebních konstrukcí a materiálů tlakovými vlnami a vysokými teplotami. Hašení požárů.

[1] Sachdev, P. L.: Shock waves and explosions , Boca Raton : Chapman & Hall/CRC, c2004
[2] Bradáčová, Isabela: Stavby a jejich požární bezpečnost , Praha : ŠEL, 1999
[3] Kapičková O., Vodák F.: Fyzika 20 - Termodynamika, ČVUT Praha 1998

Bezkontaktní měření ve stavebnictví

Kurz pokrývá nejdůležitější typy moderních metod a postupů využívaných v praktické metrologii ve stavebnictví, geodézii a průmyslu, založených na optických, optoelektronických či optomechanických prvcích a systémech. V rámci předmětu se studenti seznámí jak s principy fungování jednotlivých metod, tak aplikacemi těchto metod, konstrukcí měřicích systémů a zpracováním měřených dat. Základní principy funkce optických a optoelektronických prvků, zdroje a detektory optického záření. Optické a optoelektronické metody měření pozice, úhlů a vzdáleností. Bezkontaktní optické metody měření deformací a posunů. Bezkontaktní optické a optoelektronické metody měření makro a mikrotopografie povrchů. Bezkontaktní měření vibrací a rychlostí pohybu vyšetřovaných objektů pomocí optoelektronických metod.

[1] W.N.Sharpe: Springer Handbook of Experimental Solid Mechanics, Springer 2008.
[2] T. Yoshizawa, Handbook of Optical Metrology: Principles and Applications, CRC Press; 2009.
[3] R.S.Sirohyi: Optical Methods of Measurement: Wholefield Techniques. CRC Press, 1999.

Disperzní soustavy

Rozdělení disperzních soustav (suspenze, emulze, pěny, analytické, koloidní a hrubé disperze) Koloidní disperze a jejich vlastnosti. Kinetické vlastnosti (Brownův pohyb, difúze, sedimentace), elektrokinetické jevy (elektroforéza, elektroosmóza).Optické vlastnosti. Lyosoly (fázové, makromolekulární a asociativní koloidy). Povrchově aktivní látky (anorganické, organické, organosilikátové, ionické, neionické), micely, kritická micelární koncentrace). Gely a jejich klasifikace (reversibilní, ireversibilní, anorganické, organické, hydrogely, organogely).Vlastnosti gelů (mechanické vlastnosti, stárnutí gelů). Stabilita koloidních částic. Emulse a jejich klasifikace (zředěné, koncentrované a vysoce koncentrované, přímé, obrácené). Vlastnosti, stabilita a struktura (koagulace, koalescence, sedimentace). Pěny a jejich klasifikace (zředěné disperze plynu v kapalině, vlhké a suché pěny, stabilita pěn, příprava pěn, odpěňování). Reologické vlastnosti disperzních soustav.Einsteinova rovnice pro zředěné disperzní systémy. Vliv koncentrace, tvaru částic a jejich vzájemného působení na viskozitu. Reologie koncentrovaných disperzních systémů (časově závislé a nezávislé nenewtonské kapaliny, viskoelastické kapaliny, thixotropie, reopexie). Měření viskozity, viskozimetry, reometry.

[1] Moore W.J.: Fyzikální chemie, SNTL, Praha 1981
[2] Brdička R., Dvořák J.: Základy fyzikální chemie, ACADEMIA, Praha 1977
[3] Brož J.: Základy fyzikálních měření I. SPN, Praha 1983

Elektrické měřicí přístroje

Principy měření elektrických veličin. Konstrukce elektrických měřicích přístrojů analogových i digitálních - ampérmetrů, voltmetrů, ohmmetrů, měřičů kapacity a indukčnosti a dalších veličin. Měření pomocí osciloskopu. Měření neelektrických veličin elektrickými metodami, převodníky neelektrických veličin (teplota, vlhkost vzduchu i stavebních materiálů, tepelná vodivost, optické vlastnosti materiálů a světelných zdrojů apod.). Studenti absolvují praktická měření nejrůznějších elektrických veličin v laboratořích katedry fyziky.

[1] Semerák P.: Aplikovaná fyzika, ČVUT Praha 2009

Fyzikální seminář

Tento předmět je určen pro studenty bakalářského studijního programu Stavební inženýrství (SI), jako doplněk ke kurzu fyziky 102FY01. Obsahem semináře je prohloubení znalostí ze základního kurzu fyziky (102FY01) a aplikace těchto znalostí na řešení konkrétních fyzikálních problémů v oblasti mechaniky a termodynamiky. Cvičení má charakter početního semináře.

[1] Drchalová J. Fyzika.Příklady, Vydavatelství ČVUT, Praha 2006
[2] Novák J., Fyzikální seminář, Vydavatelství ČVUT, Praha 2004
[3] Horák Z., Krupka F. Fyzika, SNTL, Praha 1976

Fyzikální seminář 1

Tento předmět je určen pro studenty bakalářského studijního programu Geodézie a kartografie (G), jako doplněk ke kurzu fyziky 102FY1G. Obsahem semináře je prohloubení znalostí ze základního kurzu fyziky (102FY1G) a aplikace těchto znalostí na řešení konkrétních fyzikálních problémů v oblasti mechaniky, termodynamiky, elektřiny a magnetismu. Cvičení má charakter početního semináře.

[1] Drchalová J. Fyzika.Příklady, Vydavatelství ČVUT, Praha 2006
[2] Novák J., Fyzikální seminář, Vydavatelství ČVUT, Praha 2004
[3] Horák Z., Krupka F. Fyzika, SNTL, Praha 1976

Metody pro detekci znečistění II

Vlastnosti elektromagnetického záření. Rozdělení spektroskopických metod. Základní prvky spektroskopických přístrojů. Atomová absorpční a fluorescenční spektrometrie-princip metod. Analytické aplikace. Molekulová absorpční spektrometrie v IČ oblasti záření. Ramanova spektrometrie – principy metody (neelastický rozptyl záření, Ramanova spektra). Hmotnostní spektroskopie. Metody založené na interakci záření a hmoty bez výměny energie (refraktometrie, interferometrie, polarimetrie). Základy elektrochemických metod. Elektrody I a II druhu. Membránové elektrody. Metody založené na měření napětí-měření (skleněná elektroda, kalibrace pH metrů). Konduktometrie. Použití elektrochemických metod. Základy chromatografických metod. Chromatogram Plynová a kapalinová chromatografie. Použití chromatografických metod. Exkurze do vybraných pracovišť AV ČR a vysokých škol v Praze.

[1] Zýka J.a kol: Analytická příručka I,II, SNTL, Praha 1979.
[2] Němcová I., Čermáková L. Rychlovský P.: Spektroskopické analytické metody I, Karolinum, Praha 1997.

Počítačové modelování v Matlabu 1

Základy programování ve výpočetním systému Matlab, numerické metody řešení technických úloh na počítači a jejich aplikace na vybraných příkladech.

[1] Novák J. Základy informatiky - Počítačové modelování v Matlabu. ČVUT Praha 2005.
[2] Harman T.L., Dabney J.B., Norman J.R.: Advanced Engineering Mathematics with Matlab.

 

Zpět na:
Stránku ČVUT
Stránku fakulty
Seznam kateder

Problémy, připomínky a doporučení směrujte prosím na
webmaster@fsv.cvut.cz