Course syllabus

Kurs-PM

FFY144 FFY144 Fysik 2 lp1 HT21 (7,5 hp)

The course is given by the Department of Physics.

Please note that the course will be given partly in English and partly in Swedish.

Lectures (Johannes) are on campus as specified in Timeedit.  

Exercise classes (generally Thursdays 13-17 in FL61) are in hybrid format: the first hour is on Zoom (with Nicklas), while the remaining 3 hours are available both in the class room (with Mats) and on Zoom (Nicklas). Zoom link in the course menu. 

Kontaktuppgifter

Examinator, föreläsare och kursansvarig: Johannes Hofmann, hofmannj@chalmers.se; Mats Granath, mgranath@chalmers.se 

Räkneövnings- och räknestugeledare: Nicklas Österbacka, nicklas.osterbacka@chalmers.se

Labhandledare:

 

Kursens syfte

Ge en översikt av fysikaliska egenskaper hos såväl gaser som kondenserad materia och där tonvikt ligger på kristallina metaller och halvledare. Baskunskaper om fasta kroppars optiska och elektriska egenskaper, deras beroende av temperatur, sammansättning och dopning är av avgörande betydelse för att fullt ut kunna tillgodogöra sig stoffet i senare kurser.

 

Schema

TimeEdit

 

Kurslitteratur

The main course material is presented in the lecture notes. For complementary reading, the following books are recommended:

• Hofmann, Philip, Solid State Physics, Wiley-VCH (1st or 2nd edition)
• Simon, Steven H., The Oxford Solid State Basics, Oxford University Press [This book contains much more material than will be discussed in the course]
• Serway, Raymond A. and Jewett, John W., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, Cengage Learning Inc. (7th, 8th, or 9th Edition) [This book from Fysik 1 is useful to revise the thermodynamics section of the course]

 

Kursens upplägg

1. Föreläsningar 

Föreläsningarna går igenom det mest väsentliga materialet i kursen. Föreläsningsantckningar finns tillgängliga före eller i samband med föreläsningen. 

2. Räkneövningar/räknestugor 

Räkneövningar består av demonstrationsräkning på tavlan av en eller två uppgifter. Därefter egen räkning (uppgifter i OpenTA) där man kan få hjälp med uppgifterna. Att räkna uppgifter är (som vanligt) helt avgörande för förståelse av materialet. 

3. Laborationer (obligatorisk)

Kursen innehåller 3 obligatoriska laborationer med syfte att ge en hands-on illustration av en del teorin som vi jobbar med. (Dessa tre labbar är ett separat 1.5hp moment i ladok.) Man förväntas komma väl förberedd till labben genom att ha läst labb-PM och gjort eventuella instuderingsuppgifter. Närvaro och aktivt medverkande i labben ger godkänt. (Alltså inga labbrapporter som behöver lämnas in.) Labbhandledare tar närvaro, men för säkerhets skull är det också bra att be om en påskrift på Labb-PM om godkänd labb. 

1. Strukturbestämning med röntgen. F3
2. Halvledare: mätning av temperaturberoende av resistivitet, Halleffekt. F5
3. Varmluftsmotor, Stirlingcykel. T4   (Ni som läser på TKDAT och gjort T4 i kursen Fysik för ingenjörer ska inte göra labben igen. Maila mig ladokutdrag för att visa att ni tagit kursen eller påskrivet labb-PM.) 

Anmäl till labbgrupp på kurshemsidan under People/Groups. Lab-PM finns under moduler. Laborationen görs på 7e våningen i Forskarhuset Fysik.  

4. OpenTA

Övningsuppgifter finns tillgängliga via ett webbaserat system "OpenTA".  Man loggar in via OpenTA.

Vi tittar på detta på den första föreläsningen och räkneövningen.

Här finns förrutom övningsuppgifter med lösningar också en till två uppgifter per vecka som är specificerade som bonusuppgifter. För att få bonuspoängen ska man fylla i korrekta svar innan deadline samt ladda upp ett foto, scan eller liknande på sin egen lösning av uppgiften. (Jag kommer inte titta på lösningarna i detalj eller ge feedback generellt, utan kommer mer göra slumpmässiga stickprov.) Bonusuppgifterna kan som mest ge totalt två bonuspoäng till tentan (samt påföljande omtentor under samma läsår).

5. Dugga

Fredag 24/9, kl. kl 8.00-9.45. (Ej obligatorisk.)
Skriftlig dugga där  maximalt 3 poäng (duggapoängen/4) kan tillgodoräknas på ordinarie och omtentor under samma läsår. 

Duggan kommer bestå av ett antal uppgifter på materialet i den första delen av kursen.
Fram till och med lv4. Notera att materialet fram tom lv4 har förändrats i år. Gamla duggor är därför delvis obsoleta. 

Hjälpmedel: eget formulerat A4 blad med valfritt innehåll (fram och baksidan-handskriven eller skapad med hjälp av dator), 
Beta, Physics Handbook (eller liknande formelsamling).
Typgodkänd räknare eller annan räknare i fickformat dock utan inprogrammerad text eller ekvationer (naturkonstanter är ok att ha inprogrammerat.)

6. Tentamen

(ordinarie tenta 30/10, 8.30-12.30)

Skriftlig med fem uppgifter som bedöms med max 5 p per uppgift. Betygsgränser: ≥10 (3a), ≥15 (4a), ≥20 (5a). 

Hjälpmedel: eget formulerat A4 blad med valfritt innehåll (fram och baksidan-handskriven eller skapad med hjälp av dator), samt därutöver matematiska tabeller Beta, Physics Handbook eller liknande och typgodkänd räknare eller annan räknare i fickformat med minnet tömt. (Tömt minne krävs enligt Chalmers regler för valfri räknare.) Det är inte tillåtet att medföra kurslitteratur eller föreläsningsanteckningar. 

 

Förändringar sedan förra kurstillfället

Inför 2021:

Inga stora förändringar.

Inför 2020:

Ändrad ordningen på materialet.  Framförallt tidigarelagd termodynamik till 1sta veckan, för att förbereda för termo-labb. 

Corona-relaterade förändringar: Föreläsningar och räkneövningar/stugor digitalt. Labbar delvis i halvgrupp. 

Inför 2019:

Kursen har utökats med två obligatoriska labbar; en på halvledare och en på varmluftsmotorn.

Det har också tillkommit ett ytterligare begrepp som en del av lärandemålen; fononer (gittervibrationer).  

Kursboken har också bytts ut. 

 

Lärandemål

• redogöra för de kubiska kristallstrukturerna, samt begreppen gittervektorer och bas
• beräkna Millerindex för atomplan och känna till hur dessa är relaterade till reciproka gittervektorer
• förklara och ge exempel på de tre olika vanliga typerna av kristallbindningar; jonbindning, kovalent binding samt metallbindning
• beräkna spektrat av gittervibrationer (fononer) för enkla kristaller och förstå dess samband med värmekapacitet och värmeldning  
• bestämma kubiska kristallstrukturer med hjälp av röntgendiffraktion
• bestämma struktur och gitterkonstant mha Braggs lag och med mha diffraktionsvillkoret i termer av reciproka gittervektorer och utsläckning i termer av en strukturfaktor
• redogöra för innebörden av begreppen elektrontäthet, tillståndstäthet, Fermi-Diracs fördelningsfunktion och Fermienergi och kunna räkna på de allmängiltiga sambanden mellan dessa
• redogöra för frielektronmodellen
• räkna på Ohms lag och ledningsförmåga mha Drudemodellen, samt sambandet med mobilitet
• beskriva det reciproka gittret för kubiska kristaller samt redogöra för begreppen Brillouinzoner och Braggplan
• redogöra för hur en periodisk potential ger upphov till energiband och energigap och hur elektronfördelningen i banden avgör om ett ämne blir ledare eller isolator/halvledare
• redogöra för innebörden av begreppen effektiv massa, massverkans lag, elektroner, hål, n och p- dopning, intrinsiskt och extrinsiskt uppförande för dopad halvledare
• beräkna elektron och håltätheter, kemiska potentialens läge och elektriska ledningsförmågan i ett givet halvledarmaterial med känd dopning och temperatur
• redogöra för Halleffekten och använda denna för att bestämma elektron- eller håltäthet
• beräkna bandgapets storlek för en halvledare givet optiska transmissionsdata och/eller konduktivitetens temperaturberoende
• lösa enklare värmelednings och värmeutvidgningsproblem
• redogöra för termodynamikens viktiga huvudsatser, samt begreppen värme och tryck-volym arbete
• behandla idealiserade termodynamiska processer och beräkna verkningsgrader för enkla kretsprocesser

 

Examination

Examinationen har två obligatoriska moment: 

• Godkända laborationer (se ovan under upplägg) 
• Godkänd tentamen, Fem uppgifter som bedöms med max 5 p per uppgift. Betygsgränser inklusive bonuspoäng: ≥10 (3a), ≥15 (4a), ≥20 (5a).  (se ovan under upplägg)

Till tentamenspoängen läggs eventuella bonuspoäng från 

• Dugga, max 3 bonuspoäng
• Övningsuppgifter, OpenTA, max 2 bonuspoäng

Bonuspoäng gäller under innevarande läsår, dvs ordinarie tenta plus två påföljande omtentor.  

 

Länk till kursplanen i Studieportalen Studieplan