Course syllabus

Kurs-PM

FFY616 Elektrisk mätteknik och vågfysik lp2 HT20 (7,5 hp)

Kursen ges av institutionen för Mikroteknologi och nanovetenskap (MC2)

 

Kontaktuppgifter

Examinator och föreläsare:
Elsebeth Schröder, rum C525 (MC2, våning 5), 031-772 8424, schroder@chalmers.se

Labundervisare:
Witlef Wieczorek, 031-772 6772, witlef.wieczorek@chalmers.se,
Martí Gutierrez, martgut@chalmers.se

 

Kursens syfte

Det övergripande syftet är att ge kunskap om elektriska fenomen och vågfenomen och om deras tillämpning och förekomst i tekniska system och i naturen.

Mera specifikt är syftet att:

• ge praktisk träning i att arbeta med elektriska kretsar
• ge teoretisk insikt om elektriska kretsars funktion och uppbyggnad
• ge kunskap om mekaniska och elektromagnetiska vågors egenskaper, utbredning och interaktion med materia.

Elektriska mättekniken: Lagar, begrepp och beräkningar för likströms-, växelströms- och halvledarkretsar. Laborationer om likströms-, växelströms- och halvledarkretsar. Elektriska och magnetiska fält.

Vågfysiken: Fri, dämpad, tvungen och kopplad svängningsrörelse. Mekaniska vågors utbredning. Elektromagnetiska vågors egenskaper och utbredning. Vågfenomenen interferens och diffraktion med tillämpningar.

 

Schema

TimeEdit

Observera att de obligatoriska laborationerna börjar redan första läsveckan! Varje student ska deltaga i en laboration per vecka. Om du har ett starkt önskemål om en viss laborationstid (se schemat), för att laborationen annars krockar med annan undervisning eller annat viktigt, som absolut inte kan flyttas på: kontakta mig på e-mail snarast och innan första föreläsningen!

 

Kurslitteratur

• Boken: George C. King “Vibrations and Waves” (Cremona bör ha eller få den, används från LV4, kan även lånas elektronisk från Chalmers bibliotek 1-3 dagar i taget). Vi använder i princip hela boken, men de första kapitlerna (vibrationer: dämpade, tvingade) kan anses vara repetition av tidigare undervisning och förväntas läsas mest på egen hand.
• Kompendium om elektriska kretsar: Elsebeth Schröder "A short introduction to electric circuits" (elektroniskt, på Canvas).
• Föreläsningsnoter om ljusvågor, dvs elektromagnetisk strålning. Sista delen av noterna används även för Kf-studenter på tredje-års-kursen Fasta Tillståndets Fysik, FFY012 (elektroniskt, på Canvas)
• Kort kompendium "Kvantvågor"  (elektroniskt, på Canvas)
• Laborations-PM, 4 st (elektroniska, på Canvas).
• Övningsuppgifter ”Elektrisk mätteknik” (elektroniska, Canvas)

Allt ovanstående kan anses vara obligatorisk litteratur, men på den nivån ni är nu, väljer man såklart själv ut var man vill lägga fokus, och supplerar eller ersätter eventuellt på egen hand med annat material. Under varje undervisningsmodul här på Canvas finns diverse links till externt material, ibland facitlista eller lösningsförslag, evt tryckfelslista, osv.

Dessutom bygger kursen på kunskap från bland annat mekanikkursens laboration ”Svängningar” (ett äldre labPM finns här Canvas i modulen Vågrörelse, om ni tappat bort den), mekanik-kursbokens avsnitt 6.4 om svängningar, samt delar av vektorfältens kompendium “En första kurs i matematisk fysik”, huvudsakligen avsnitt 11.1-5 om Maxwells ekvationer.

Det rekommenderas att ha tillgång till de två böckerna Physics Handbook for Science and Engineering (Nordling and Österman, Studentlitteratur, ISBN 9144044534) och Mathematics Handbook for Science and Engineering [även kallad "Beta"] (Råde and Westergren, Studentlitteratur, ISBN 9144031092) i ny eller äldre (eller ur-gammal) utgåva under kursen och vid den avslutande tentamen. Dessa används även i de flesta andra fysik-kurser.

 

Kursens upplägg

Kursen består i huvudsak av två delar. Vi börjar med elektrisk mätteknik, som omfattar grunderna i elektriska kretsar och de obligatoriska laborationerna. Efter teoridelen kommer en obligatorisk dugga. Den andra delen behandlar vågfysik och grundar sig på kursboken "Vibrations and Waves", av George C. King, och löst material. I kursen ingår föreläsningar och i föreläsningarna integrerade övningar/exempel, samt fyra halvdagslaborationer i elektrisk mätteknik.

Gymnasiekunskap inom elkretsar och mekanikkursens kunskap om svängningar förutsätts välkända.

Under moduler finns lektionsplaner dels för Elektrisk Mätteknik och dels för Vågrörelselära. Den senare läggs upp lite senare i kursen för att vara så uppdaterat som möjligt. Alla föreläsningstider, dugga-tider, och laborationstider finns redan inlaggda i TimeEdit.

Då vi bara är tre personer i kursen (Elsebeth, Witlef och Martí) går det bra att kontakta oss om ni har feedback. Kontakta oss antingen personligt under laborationerna, eller via e-mail eller via Canvas. Om det rör sig om en viktig/bråskande fråga rekommenderar jag vanlig mail. För feedback kan ni också kontakta kursnämndsrepresentanterna med vilka jag kommer ha som mindst ett mitt- och ett slutmöte.

Canvas används i denna kurs huvudsakligen som parkering av allt elektronisk material i kursen och ett sätt att för mig nå ut till alla studenter via Canvas' mail-system. I början bör ni gå in för att deltaga i intro-testet, läsa om laborationerna och Covid-anpassningarna, samt bekanta er med materialet. Jag föreslår att ni sedan slår på notifications.

Kursens dugga tas vid ordinära tidpunkt, i det fall att man inte blir godkänd på ordinära duggan finns det schemalagt en omdugga veckan därpå. I år ges duggan digitalt med Zoom-övervakning, och då därmed alla hjälpmedel blir tillåtna (innan Covid: inga hjälpmedel) blir nivån såklart lite annorlunda än de gamla duggorna ni ser här i Canvas.

Missade laborationer tas året därpå, men se också hur vi gör om någon måste stanna hemma på grund av symptom/karantän (under modulen Laborationer).

 

Förändringar sedan förra kurstillfället

Den största förändringen sedan HT19-kursen är såklart att vi måste Corona-säkra kursen! Alla lektioner ("föreläsningar") kommer att ges via Zoom, vid den tid som anges i TimeEdit. Det är i dagsläget oklart hur tentan kommer att ges, men utgångsläget är att ge en tenta som i möjligsta mån är likt den vanliga salstentan. Duggan, som är obligatorisk, kommar att bli elektroniskt, och ha ett annat format än tidigare år. Hur vi kommer att göra med laborationerna ser ni under modulen Laborationer. 

 

Lärandemål

• göra beräkningar på enkla likströms- och växelströmskretsar
• koppla upp och utföra mätningar på likströms-, växelströms- och halvledarkretsar
• analysera och göra beräkningar på dämpade, tvungna och kopplade svängningsrörelser
• göra beräkningar på mekaniska och elektromagnetiska vågors egenskaper, utbredning, reflektion och interferens
• beskriva elektromagnetiska fält och göra enkla beräkningar relaterade till Maxwells ekvationer
• beskriva vågbegreppets användning i kvantfysiken

 

Examination

Kursmomentet om elektrisk mätteknik examineras genom en obligatorisk dugga efter ca 3 veckor av kursen och genom aktivt deltagande i alla 4 laborationer. Resterande delen av kursen, om vågfysik, examineras genom avslutande skriftlig tentamen med beräkningar och teorifrågor.

Elektrisk mätteknik: Obligatorisk dugga. Maximalt 20 p, för godkänt krävs 12 p. Inga bonuspoäng. Obligatoriska laborationer (4 st). Laborationer och dugga krävs för att få godkänt på laborationsdelen av kursen. Ett omdugga-tillfälle finns schemalagt i december.

Vågfysik: Godkänd traditionell salstentamen, maximalt 50 poäng. Minst 25 tentapoäng krävs för att bli godkänt.
Betyg: 3 (25-32,5p), 4 (33-41,5p), 5 (42- p).

• Dugga:
  Torsdag 26/11 2020 kl. 13.00-15:00 digitalt.
  Omdugga torsdag 3/12 2020 kl 17:15-19:15 digitalt.
  Alla hjälpmedel men ingen kommunikation (som årets tidigare Zoom-tentor). Duggan omfattar teoridelen av elektrisk mätteknik-delen.
• Tentamen: (Vid eventuell ändring av tentamensdatum så finns alltid korrekt uppgift i Ladok).
  Ordinäre tenta torsdag 14/1 2021 kl 8:30-12:30.
  Omtenta i april 2021.
  Omtenta i augusti 2021.
  Tentamen omfattar vågfysik-delen samt kunskap från laborationerna. En av tentamensuppgifterna omfattar alltså innehållet i laborationerna. Tillåtna hjälpmedel för salstenta: Chalmers-godkänd räknare, Beta (Mathemathics Handbook), Physics Handbook, och en egenproducerad A4-sida (fram- och baksida) med egna, handskrivna anteckningar. I Beta och Physics Handbook är markeringar och indexeringar tillåtna, men inte anteckningar. I fall tentan blir Zoom-tenta tillåts alla hjälpmedel, enligt Chalmers Corona-regler.
• Laborationer:
  Fyra obligatoriska laborationer om fyra timmar vardera. Dessa utförs i grupper om två.
  Lokal: F7105A (ET-lab) på plan 7 i forskarhuset Fysik. Varje student har 1 laboration per vecka under kursens första 4 veckor. LabPM läsas i förväg, ingen rapport skrivs, men aktivt deltagande krävs.
  Missat laboration går inte att ta igen senare under hösten (det är rent praktisk inte möjligt), men tas istället året därpå. Se dock under modulen Laborationer.
• Räkneövningar:
  Är inbakade i föreläsningstiderna genom att det räknas exempel och ges tillfälle att räkna på egen hand i klassen då och då.
• Kursmoment:
  0111 Tentamen 4,5 p: omfattar vågfysik (tentamen).
  0211 Laboration 3,0 p: omfattar elektrisk mätteknik (dugga) och laborationer.
• Kursens plats i universum:
  Kursen är en av de få Kf kurserna som inte samläsas med andra utbildningar,  och den har i uppgift att ge fysikbakgrund inom mekaniska, elektromagnetiska och kvantvågor, elkretser, och kopplade svängningar, vilka alla är områden som behövs inom senare kurser i utbildningen. Gemensam faktor under kursens gång är ”svängningar” i alla dess formar, således även växelström och ljusvågor.

 

Länk till kursplanen i Studieportalen Studieplan