5 ECTS credits
135 u studietijd
Aanbieding 1 met studiegidsnummer 1008057BNR voor alle studenten in het 1e semester met een verdiepend bachelor niveau.
Dit opleidingsonderdeel bestaat uit twee delen.
* Deel 1: Inleiding tot de vaste stoffysica
- Roosters, kristallen en symmetrie
- Kristalvlakken en kristalrichtingen
- Reciprook rooster
- Diffractie aan kristallen
- Tensoren en symmetrie
* Deel 2: Elektromagnetische straling
- Elektromagnetische golven in vacuüm
- Elektromagnetische golven in isotrope diëlektrica
- Randvoorwaarden bij de vergelijkingen van Maxwell
- Reflectie en transmissie aan een scheidingsoppervlak tussen twee diëlektrica
- Elektromagnetische golven in anisotrope diëlektrica (polarisatieverandering)
- Elektromagnetische golven in metalen
- Microscopisch model van de geleidbaarheid van een metaal (Drude model)
- Microscopisch model van de susceptibiliteit van een dielektricum (Drude-Lorentz model)
Bij elk van deze delen horen hoorcolleges (live en/of online) waarin de concepten worden uitgelegd en uitgewerkt en oefeningensessies (live en/of online) waarin de theorie wordt toegepast op oefeningen, eerst thematisch om dan te evolueren naar geïntegreerde oefeningen.
Het schriftelijk examen moeten samen plaatsvinden voor alle studenten die deze cursus volgen (Bachelor Ingenieurswetenschappen, Bachelor Natuurkunde, voorbereidings- en schakelprogramma’s …).
Theorie: nota’s zijn uitgegeven door de cursusdienst (VUB); er wordt verwacht dat de student zelf aanvullende nota’s maakt tijdens de hoorcolleges.
Oefeningen: een oefeningenbundel is uitgeven door de VUB en is online beschikbaar op op het elektronisch leerplatform Canvas.
- Leerdoelen:
Dit opleidingsonderdeel is een voortzetting van het opleidingsonderdeel Fysica “Golven en elektromagnetisme” uit eerste bachelor. Het draagt bij tot de algemene competenties van de academische opleiding door de studenten basisbegrippen en basisvaardigheden uit de natuurkunde bij te brengen. Vertrekkende vanuit de competenties verworven in eerste bachelor, worden in parallel een inleiding tot de vaste stof fysica behandeld (inleidend) en wordt de kennis van het klassieke elektromagnetisme verder opgebouwd door een studie van de Maxwellvergelijkingen in materie (verdiepend). De nadruk ligt hierbij zowel op het beheersen van theoretische concepten en hun afleiding als op het toepassen van deze concepten in oefeningen (problem solving).
Bijkomende leerdoelen zijn het bijbrengen van wetenschappelijke cultuur en de beheersing van technisch Engels vervolmaken via het gebruik van Engelstalige referentiewerken.
- Eindcompetenties:
Algemeen:
* De student bezit een brede basiskennis van en heeft inzicht in de voornaamste paradigma’s van de fysica. Hij kent de begrenzingen van deze theorieën en weet in welke omstandigheden ze kunnen worden toegepast.
* De student kan fysische problemen modelleren met behulp van technieken uit de natuurkunde.
* De student kan wetenschappelijke literatuur op zijn niveau en standaardwerken over fysica inhoudelijk begrijpen en hierover rapporteren.
* De student is in staat om Engelstalige vakliteratuur op zijn niveau te begrijpen.
* De student is in staat om zelfstandig verdere kennis over relevante paradigma’s van de natuurkunde te verwerven.
Deel: Elektromagnetisme:
* De student kan de wetten van Maxwell in diverse media zoals isotrope diëlektrica, kristallen en metalen opstellen en hieruit een golfvergelijking die de voortplanting van elektromagnetische golven in die media beschrijft afleiden. Hij/zij kan deze vergelijkingen interpreteren.
* De student kent de vlakke en sferische oplossingen van deze vergelijkingen en hun eigenschappen.
* De student kent de belangrijkste eigenschappen van elektromagnetische golven in vacuüm, diëlektrica, kristallen en metalen, en kan deze eigenschappen afleiden uit de golfvergelijkingen.
* De student heeft een basiskennis van het concept polarisatie van een vlakke monochromatische golf en kan de polarisatie van zulke golf identificeren.
* De student heeft inzicht in de verschijnselen van breking en reflectie van elektromagnetische golven (o.a. wetten van Snellius-Descartes en van Fresnel, Brewster hoek, interne reflectie) en kan ze afleiden vanuit de de Maxwell vergelijkingen en de randvoorwaarden tussen verschillende media.
* De student kan de energiedichtheid, Poynting vector en irradiantie van elektro-magnetische straling bepalen en kan het behoud van energie uitdrukken (stelling van Poynting), ook in media zoals isotrope en anisotrope diëlektrica.
* De student bezit een basiskennis van interferentie en diffractie van elektromagnetische golven.
* De student beheerst de verandering van polarisatie die optreedt bij de voortplanting van elektromagnetische golven in een kristal volgens een hoofdas van dit kristal. Hij/zij kan de werking van eenvoudige optische componenten die hierop gebaseerd zijn berekenen (bv. kwart- en halfgolflengteplaatje).
* De student kent de eenvoudige microscopische modellen om de optische eigenschappen (incl. hun frequentie-afhankelijkheid) van diëlektrica en metalen te verklaren (Drude-Lorentz model).
* De student kan bovenstaande concepten samenbrengen om toe te passen op ge-ïntegreerde oefeningen en vraagstukken. Deze vraagstukken kunnen betrekking hebben op actuele fotonische componenten en opstellingen.
Deel: Vaste stof fysica
* De student beheerst fundamentele concepten uit de kristallografie, inclusief de begrippen rooster, kristal, eenheidscel, symmetrie (translatie en rotatie), primitieve en niet-primitieve eenheidscellen, kristalvlakken, kristalrichtingen, millerindices, enz ...
* De student heeft inzicht in het belang van symmetrie bij de beschrijving en classificatie van kristallen, beheerst de concepten kristalklassen, bravaisroosters, puntgroepen en in mindere mate ook ruimtegroepen, en kent enkele van de belangrijkste eenvoudige kristal-structuren.
* De student beheerst de betekenis van het reciproke rooster en de eigenschappen daarvan, waaronder de rol van het reciproke rooster in X-stralendiffractie, en kan het reciproke rooster van diverse kristallen bepalen.
* De student heeft een basiskennis van diffractie aan kristallen met X-stralen, elektronen en neutronen.
* De student beheerst de kinematische diffractietheorie en kan hieruit de Laue-voorwaarde, de wet van Bragg en de structuurfactor afleiden.
* De student kent de verschillende experimentele methodes voor diffractie aan kristallen en heeft inzicht in hun bijzonderheden, waaronder ook de opwekking van X-stralen.
* De student bezit een basiskennis van elektronendiffractie en elektronenmicroscopie.
* De student kan de kinematische diffractietheorie toepassen op eenvoudige diffractie-problemen en kan de structuur van eenvoudige kristallen bepalen door analyse van het diffractiepatroon.
* De student is vertrouwd met het gebruik van vectoren en tensoren van verschillende rang in de fysica, beheerst het begrip pseudotensor en kent de invloed van symmetrie van een kristal op materiaalgebonden tensoren (principe van von Neuman).
* De student kan bovenstaande concepten samenbrengen en toepassen in geïntegreerde oefeningen.
De beoordeling bestaat uit volgende opdrachtcategorieën:
Examen Schriftelijk bepaalt 85% van het eindcijfer
WPO Praktijkopdracht bepaalt 15% van het eindcijfer
Binnen de categorie Examen Schriftelijk dient men volgende opdrachten af te werken:
Binnen de categorie WPO Praktijkopdracht dient men volgende opdrachten af te werken:
De student wordt geëvalueerd aan de hand van een schriftelijke examen. Alle eindcompetenties worden getoetst.
Volgende gewichten worden gehanteerd:
* jaarwerk oefeningen: 15%
* Schriftelijk examen oefeningen (problem solving, waaronder geintegreerde oefeningen) en theorie: 85%
Deze aanbieding maakt deel uit van de volgende studieplannen:
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: werktuigkunde-elektrotechniek
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: bouwkunde
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: chemie en materialen
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: elektronica en informatietechnologie
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: elektronica en informatietechnologie Profiel profiel computerwetenschappen
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: verkort traject bouwkunde na vooropleiding industriële wetenschappen
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: verkort traject chemie en materialen na vooropleiding industriële wetenschappen
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: verkort traject elektronica en informatietechnologie na vooropleiding industriële wetenschappen
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: verkort traject werktuigkunde-elektrotechniek na vooropleiding industriële wetenschappen
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: Startplan
Bachelor in de ingenieurswetenschappen: biomedische ingenieurstechnieken
Bachelor in de fysica en de sterrenkunde: Standaard traject
Voorbereidingsprogramma Master of Science in de ingenieurswetenschappen: werktuigkunde - elektrotechniek: Standaard traject
Voorbereidingsprogramma Master of Science in Biomedical Engineering: Standaard traject (enkel aangeboden in het Engels)
Voorbereidingsprogramma Master of Science in Biomedical Engineering: Bachelor en Master geneesk & biomed wet (enkel aangeboden in het Engels)