Kursöversikt

På grund av det nya coronaviruset (covid-19) kommer hela eller delar av kursen ske på distans. Mer information läggs upp på denna sida.

Du kan läsa mer här.

 

GÖTEBORGS UNIVERSITET/CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA

LGFY65GU Fysik 6

Del 3 och 4: Fasta tillståndets fysik

VT2020, LP4

 

Kursen LGFY65 består av två delar: Subatomär fysik, som läsas ihop med GU fysikstudenter (som går kurs FYP204GU) och delvist ihop med Chalmers F och Kf studenter (kurs FUF050), samt Fasta Tillståndets Fysik, som inte samläsas med någon annan studentgrupp.

Denna Canvas-kurs är skapat för Fasta Tillståndets Fysik-delen, som beskrivs här.

Innehåll:

Vi börjar med fasta materials uppbyggnad i atomer ordnade i en kristallstruktur och hur detta påverkar till exempelvis värmekapaciteten. Sedan kliver vi vidare in i materialet och undersöker elektronerna i materialet, och hur de ger upphov till att materialet kan vara elektrisk ledande (metall), elektriskt isolerande, eller ett halvledarmaterial. Det är även elektronerna, ihop med gittret, som gör att material kan ha olika optiska och magnetiska egenskaper. Slutligen ska vi stifta bekantskap med supraledning och nanofysik.

Kursansvarig/examinator:

Elsebeth Schröder, schroder@chalmers.se, MC2 rum C525, Chalmers, 031 772 8424

Föreläsare:

Eva Olsson, eva.olsson@chalmers.se, Fysik, Chalmers

Mattias Thuvander, mattias.thuvander@chalmers.se, Fysik, Chalmers

Elsebeth Schröder, schroder@chalmers.se, MC2, Chalmers

Labassistenter:

Martí Gutierrez Latorre, Institutionen för Mikroteknologi och nanovetenskap (MC2), marti.gutierrez@chalmers.se (laboration F5)

Linnea Björn (laboration F3)

Litteratur:

• Philip Hofmann, Solid State Physics (Wiley-VCH 2015).
  

• Övningsuppgifter
  Vi kommer att elektroniskt distribuera ett häfte med övningsuppgifter ur vilket vi kommer rekommendera vissa. Häftet är ursprungligen skapat för en kurs som går djupare i fasta tillståndets fysik, därmed kommer det finnas en del uppgifter som inte är på rätt nivå för denna kurs. Använd därför alltid listan med rekommenderade uppgifter.

• 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 utgåva under kursen. Inget måste, men det kan underlätta.

Schema:

Se TimeEdit. Fasta Tillståndets Fysik innehåller 13 dubbel-föreläsningar, två halvdags-laborationer, och en avslutande presentation.

Examination:

En inlämningsuppgift efter varje föreläsning, med inlämning i princip veckan efter föreläsningen (ändringar i inlämningstiderna kring påsk), samt en muntlig tenta/presentation med diskussion onsdag 3 juni kl 10-12. För detta ges betyg U, G eller VG.

Godkänd deltagande i de två laborationerna, vilket inkluderar att ha studerat och förstått labPM innan laborationstiden. Betyg U/G.

Kursens plats i universum:

Kursen är den sista i raden av fysikkurser för blivande gymnasielärare i ämnet fysik, och Fasta Tillståndets Fysik är ett av de få tillfällen där fysik-lärarutbildningen inte samläsar med andra utbildningar. Det har för- och nackdelar, vi ska ta tillvara fördelarna.

Förändringar sedan förra årets upplaga av kursen:

Från i år ligger kurshemsidan i GU Canvas. Vi har i år bytt ut en laboration så att laborationen F5 är ny i kursen.

 

Utdrag ur kursplanen för LGFY65:

Lärandemål

Efter avslutad kurs förväntas studenten ha:

Kunskap och förståelse

• tillägnat sig en vetenskaplig bild av den förståelse vi i dag har av materiens innersta beståndsdelar och hur forskning lett fram till denna uppfattning.

• blivit förtrogen med de fysikaliska egenskaper som karakteriserar fasta ämnen

Färdigheter och förmåga

• utvecklat sin förmåga att förstå de teoretiska modeller som används för att beskriva materien.

• förmåga använda modellerna för beräkningar på fysikaliska problem.

• utvecklat sin förmåga att använda mer komplexa experimentella utrustningar.

• utvecklat sin förmåga i såväl muntlig som skriftlig presentation.

Innehåll

Delkurs 1: Subatomär fysik, 6 hp. [Föreläsningar]

Delkurs 2: Subatomär fysik, laborationer, 1,5 hp.

Delkurs 3: Fasta tillståndets fysik, 6 hp.

I momentet ingår:

• periodiska gitter, kristallstrukturer, diffraktion

• statistiska fördelningsfunktioner: Boltzmann, Fermi-Dirac och Bose-Einstein

• elektroner i metaller: energinivåer, elektronband och bandgap, elektrontransport

• fasta ämnens indelning i metaller, halvledare, isolatorer. Bindning i fasta ämnen

• halvledare: elektrisk ledning, dopning, pn-övergångar

• gitterdynamik: fononer, dispersion, specifikt värme, värmeledning

• magnetism

• orientering om defekter i kristallina material, dielektriska egenskaper, supraledning

I kursen gör varje student en muntlig presentation av sin projektrapport inför de övriga i gruppen. Varje presentation avslutas med diskussion i gruppen.

Delkurs 4: Fasta tillståndets fysik, laborationer, 1,5 hp.

I den här delen utförs laborationer som illustrerar vissa fenomen i [subatomär fysik, skrivfel i kursplan] fasta tillståndet fysik.

Former för undervisning

Obligatoriska moment med krav på närvaro: laborationer (delkurs 2 och 4).

Undervisningsspråk: svenska

Former för bedömning

Examination sker genom obligatoriska seminarier, laborationer och skriftliga tentamina. Obligatoriska inlämningsuppgifter av problemlösningskaraktär kan förekomma i delkurserna.

Delkurs 1 - Subatomär fysik, 6 hp: salstentamen (Betygsskala: U, G, VG)

Delkurs 2 - Subatomär fysik, laborationer, 1,5 hp: laborationsrapport (Betygsskala: U, G)

Delkurs 3 - Fasta tillståndets fysik, 6 hp: projektrapport (Betygsskala: U, G, VG)

Delkurs 4 - Fasta tillståndets fysik, laborationer, 1,5 hp: laborationsrapport (Betygsskala: U, G)

Betyg

På kursen ges något av betygen Väl godkänd (VG), Godkänd (G) och Underkänd (U).

För betyg G på hela kursen krävs betyg G på samtliga delkurser.

För betyg VG på hela kursen krävs betyg VG på delkurserna 1 och 3 och betyg G på delkurserna 2 och 4.

 

Utdrag ur kursplan för Fysik 3 i gymnasieskolan:

Centralt innehåll

Undervisningen i kursen ska behandla följande centrala innehåll:

[...]

Materia och material

• Fortsatt behandling av våg-partikeldualismen, till exempel partikel i låda, tunneleffekten, Heisenbergs obestämdhetsrelation, endimensionella tidsoberoende Schrödingerekvationen, kvanttal och Pauliprincipen.

• Fasta materials optiska och elektriska egenskaper som konsekvens av elektronernas energistruktur.

• Tillämpningar av kvantfysik och fasta tillståndets fysik inom till exempel laser, halvledarelektronik och modern materialteknik.

• Partikelmodell för ideala gaser och samband mellan mikroskopiska och makroskopiska egenskaper hos dessa.

[...]

Fysikens arbetssätt och matematiska metoder

• Betydelsen av experimentellt arbete, matematik och simuleringar för att testa, omvärdera och revidera hypoteser, teorier och modeller.

• Avgränsning och studier av problem med hjälp av fysikaliska resonemang och matematisk modellering.

• Planering och genomförande av experimentella och numeriska undersökningar samt formulering och prövning av hypoteser i samband med dessa.

• Bearbetning och utvärdering av data och resultat.

• Utvärdering av resultat och slutsatser genom analys av metodval, arbetsprocess och felkällor.