Module-inligting: eerste semester, 16 krediete, 6 uur kontaktyd per week.

Inhoud: Die hoofonderwerpe van hierdie module is meganika en termodinamika. Meganika handel oor kragte, beweging, behoud van energie en momentum, rotasie, gravitasie, ossillasies en die beweging van vloeistowwe. Termodinamika spreek aan hoe hitte vloei, hoe hitte die eienskappe van gasse, vloeistowwe en vaste stowwe beïnvloed, en die verband tussen hitte, temperatuur en arbeid.

Relevansie: Die wette van meganika beheer die beweging van sterre en planete en satelliete, die vloei van vloeistowwe en gasse, die klank van musiekinstrumente. Termodinamika neem die konsepte verder na die vloei van hitte en die eienskappe van materiale. Hierdie kennis stel ons in staat om ruimtewetenskap, astrofisika, klimaatsverandering, aspekte van biologie te verstaan ​​en nuwe materiale te ontwerp. Dit berei ons voor om die veld van kwantummeganika te bemeester wat belofte inhou vir veiliger en vinniger kommunikasie en berekening in die toekoms.

Uitkomste

Die belangrikste doelwit is om te leer hoe om fisikabeginsels te gebruik om wiskundige modelle van situasies in die werklike wêreld te bou waar meganika en termodinamika 'n rol speel.

Studente se vaardighede in probleemoplossing, wetenskaplike meting en berekening word ontwikkel.

Die toepassing van kalkulus (differensiasie en integrasie) word bekendgestel en vir die eerste keer gebruik, aangesien dit noodsaaklik is in modelle wat hoeveelhede behels wat nie konstant is nie.

Die module berei studente voor vir meer gevorderde kursusse in fisika, chemie, toegepaste wiskunde, geowetenskappe en berekeningsprobleemoplossingsaspekte in gevorderde kursusse.

Module-inligting: tweede semester, 16 krediete, 6 uur kontaktyd per week.

Inhoud: Die hoofonderwerpe is elektrisiteit, magnetisme en die teorie van Spesiale Relatiwiteit. Ons bestudeer hoe elektriese ladings elektriese velde skep en hoe elektriese velde kragte op ladings uitoefen. Magnetiese velde word geskep deur bewegende ladings en oefen kragte op bewegende ladings uit. Hierdie kennis word toegepas op elektroniese stroombane. Spesiale relatiwiteit is 'n fassinerende onderwerp wat die verrassende maniere bestudeer waarop die reëls van fisika werk wanneer voorwerpe teen baie hoë snelhede beweeg.

Relevansie: Alle materie, selfs ons liggame, bestaan ​​uit deeltjies wat elektriese ladings het. Ons word bymekaar gehou deur die kragte wat gelaaide deeltjies ervaar as gevolg van elektriese en magnetiese velde. Wanneer ons elektrisiteit of 'n elektroniese toestel gebruik, of toegang tot die internet verkry, gebruik ons ​​direk die toepassings van elektromagnetisme. Die GPS (globale posisioneringstelsel) wat deur elektroniese toestelle vir navigasie gebruik word, sal nie werk sonder die teorie van Spesiale Relatiwiteit nie.

Uitkomste

• Die belangrikste doelwit is om te leer hoe om wiskundige modelle te bou van situasies in die werklike wêreld wat elektrisiteit en magnetisme behels.
• Praktiese sessies ontwikkel studente se vaardighede in probleemoplossing, wetenskaplike meting en berekening.
• Die toepassing van kalkulus (differensiasie en integrasie) word gebruik om modelle met hoeveelhede wat nie konstant is nie, te verstaan ​​en toe te pas.
• Die module berei studente voor vir meer gevorderde kursusse in fisika, chemie, toegepaste wiskunde, geowetenskappe en berekeningsprobleemoplossingsaspekte in gevorderde kursusse.

Module-inligting: volle jaar, 32 krediete, 6 uur kontaktyd per week.

Inhoud: Die module fokus op die aard van fisika met die volgende temas as inhoud: meganika, elektromagnetisme, moderne fisika.

Relevansie: Studente volg hierdie module as deel van die BSc Verlengde Graadprogramme in Landbouwetenskappe, Wetenskap en Ingenieurswese. Die module dien as 'n brug van skool- na universiteitstudie en berei studente voor vir hul gekose studierigtings.

Uitkomste

Die doel is om die vermoë te ontwikkel om die konsepte wat in fisika en wiskunde aangeleer word, toe te pas.

Studente word gelei om fisika-konsepte en wiskundige vaardighede (algebra) te kombineer om berekeninge te doen en probleme op te los.

Praktiese laboratoriumsessies ontwikkel studente se begrip van wetenskaplike meting, en hul eksperimentele en berekeningsvaardighede.

Module-inligting: eerste semester, 8 krediete, 5 uur kontaktyd per week

Inhoud: Struktuur van materie, kinematika, statika, dinamika, warmte, temperatuur, golfbeweging en elektrisiteit

Module-inligting: eerste semester, 16 krediete, 6 uur kontaktyd per week

Inhoud: Geselekteerde onderwerpe, relevant tot die biologiese wetenskappe, van inleidende meganika, hidrostatika en optika.

Module-inligting: tweede semester, 16 krediete, 6 uur kontaktyd per week

Inhoud: Geselekteerde onderwerpe, relevant tot die biologiese wetenskappe, van inleidende elektrisiteit, magnetisme, termodinamika, gaswette, atoomfisika, radioaktiwiteit, ossillasies en golwe.

Module-inligting: eerste semester, 8 krediete, 4 uur kontaktyd per week

Inhoud: Inleiding tot fisika en fisiese hoeveelhede, insluitend inleiding tot atoomfisika; ossillatoriese beweging, inleiding tot golfbeweging, superposisie en staande golwe, klankgolwe, lig, refraksie, polarisasie; inleiding tot kernfisika.

Module-inligting: tweede semester, 6 krediete, 3 uur kontaktyd per week

Inhoud: Inleiding tot basiese relatiwiteit en basiese kwantummeganika. Voortgesette studie van golwe, akoestiek en optika gebaseer op Ingenieursfisika 113.

Module-inligting: Eerste semester, 16 krediete, 6 uur kontaktyd per week.

Inhoud: Nuwe benaderings tot die veld van meganika, Lagrangiaanse en Hamiltoniaanse dinamika, word bekendgestel. Meganika word verder bestudeer om die effekte van snelheidsafhanklike kragte (soos lugwrywing), beweging van starre voorwerpe, beweging van satelliete en planete, en stelsels wat uit veelvuldige deeltjies bestaan, te beskryf. Bespreking van vrye en geforseerde harmoniese ossillators met demping is baie belangrik. Onderwerpe uit optika, soos golfbeweging in een dimensie, interferensie en diffraksie word bespreek.

Relevansie: Snelheidsafhanklike kragte en kragte wat meganiese energie in ander vorme van energie omskakel, soos wrywing, is teenwoordig in alle aspekte van die werklike lewe en moet in ag geneem word in akkurate modelle van die natuur en om werklike tegnologie te ontwikkel. Die harmoniese ossillator kan so eenvoudig wees soos 'n massa wat aan 'n veer geheg is, maar dit is belangrik in die ontwerp van brûe en geboue, die beweging van atome in molekules en molekules in vaste stowwe, met die manier waarop lig en klank met materie in wisselwerking tree. Die Lagrangiaanse en Hamiltoniaanse benaderings tot meganika is 'n voorbereiding vir die studie van kwantummeganika.

Uitkomste

Studente word bekendgestel aan meer gevorderde konsepte in klassieke meganika en aan konsepte rakende golfverskynsels in verskeie dele van Fisika, met klem op toepassings in optika. Studente sal leer om berekeninge op hierdie stelsels te doen, asook om die konsepte te verstaan.

Module-inligting: Tweede semester, 16 krediete, 6 uur kontaktyd per week.

Inhoud: Ons bestudeer elektriese velde en magnetiese velde wat met tyd kan verander, wat lei tot elektromagnetiese induksie en Maxwell se vergelykings. Hierdie vorm die basis vir wiskundige modellering van elektromagnetiese golwe. Kwantummeganika word bekendgestel deur kwantumeienskappe en die golf-deeltjie-dualiteit van lig te bestudeer. Deur die eenvoudige voorbeelde, soos die harmoniese ossillator as eerste voorbeeld, skryf ons die Schrödinger-vergelyking in een dimensie neer (in wese hoe die energie daarvan met posisie verander). Uit hierdie vergelyking toon ons dat die kwantumstelsel gekenmerk word deur eiewaardes en eiefunksies. Tydsafhanklikheid, golfpakkette en tonneling van kwantumdeeltjies word bespreek.

Relevansie: Die elektrodinamika-deel van hierdie module stel Maxwell se vergelykings bekend wat alle elektrodinamika beskryf en die konsep van elektromagnetiese golwe bekendstel. Die module berei die student voor vir die verdere studie van optika, spesiale relatiwiteit en elektriese en magnetiese velde wat met materie interaksie het. Die kwantummeganika-deel van die module bou voort op die golfmeganika van Fisika 224 om die basiese konsepte van kwantummeganika bekend te stel, waar 'n deeltjie slegs spesifieke gekwantiseerde energieë kan hê en deur 'n golffunksie beskryf word. Hierdie module is 'n eerste stap na baanbrekersvelde in fisika en ingenieurswese waar kwantumeienskappe en die interaksie van lig met materie gebruik word in toepassings soos optiese waarneming en meting, opto-elektronika, lasers, die studie van die heelal deur lig en radioteleskope.

Uitkomste

Die elektromagnetisme-gedeelte sal die student in staat stel om die belangrikste vergelykings van elektromagnetisme, die Maxwell-vergelykings, te verstaan ​​en te waardeer. Die hoofdoel is om te wys dat die eienskappe van elektromagnetiese golwe van die Maxwell-vergelykings afgelei kan word. Dit berei die student voor om hierdie vergelykings in toekomstige modules toe te pas.

Die kwantummeganika-gedeelte maak dit moontlik om die redes waarom kwantummeganika nodig is om die mikroskopiese wêreld te beskryf, te verstaan. Studente sal verstaan ​​wat die Schrödinger-vergelyking is en waarom dit belangrik is, en sal hierdie vergelyking vir eenvoudige eendimensionele stelsels kan oplos. Studente sal ook die eenvoudigste kwantummeganiese verstrooiingsprosesse oplos en interpreteer wat demonstreer hoe ons inligting oor deeltjies op die mikroskopiese vlak kry.

Module-inligting: Eerste semester, 16 krediete, 6 uur kontaktyd per week.

Inhoud: Die drie wette van termodinamika word geformuleer, geanaliseer en toegepas op eenvoudige termodinamiese stelsels. Ons begin deur klassieke termodinamika te bestudeer as 'n veld gebaseer op statistiek (waar eienskappe van die massa die resultaat is van die statistiese gemiddelde eienskappe van miljoene mikroskopiese deeltjies). Die tweede deel van die module stel statistiese fisika van kwantummeganiese stelselbou bekend wat in die eerste semester teëgekom is. Voorbeelde van toepassings wat bespreek word, is swartliggaamstraling, fase-oorgange, die uniek verskillende statistieke van fermione (byvoorbeeld elektrone in 'n halfgeleiertoestel) en bosone (byvoorbeeld 'n gas van atome wat geen spin het nie).

Relevansie: Statistiese fisika kan as een van die basiese pilare in fisika beskou word, saam met meganika (klassiek en kwantum) en elektromagnetisme. Hierdie module stel eers statistiese fisika bekend deur 'n klassieke termodinamika-benadering. Die tweede deel van die module stel statistiese fisika van groot kwantummeganika bekend wat uit baie kwantumdeeltjies bestaan. Dit berei jou nie net voor vir die gevorderde modules in statistiese fisika en vastetoestandfisika in die Honneurskursus nie, maar ook vir baie van die interessantste toepassings van Fisika, van die ingenieurswese van nuwe materiale tot astrofisika.

Uitkomste: Die module ontwikkel begrip en probleemoplossingsvaardighede in termodinamika, statistiese meganika, hul verwantskap en toepassings. Gegewe die sentrale rol van termodinamika en statistiese meganika in fisika en fisiese toepassings, is dit 'n kernkursus waarop baie ander toepassings voortbou. Module-inligting: Eerste semester, 16 krediete, 6 uur kontaktyd per week.

Module-inligting: Eerste semester, 16 krediete, 6 uur kontaktyd per week.

Inhoud: Hierdie module fokus op kwantumstelsels met sferies simmetriese potensiale, met atome as 'n belangrike voorbeeld. Sulke stelsels word wiskundig beskryf deur sferiese harmoniese funksies en het energie-eiewaardes, maar ook orbitale hoekmomentum en kan ook spinhoekmomentum hê. Die waterstofatoom word in detail as voorbeeld bespreek. 'n Berekeningstegniek, tydonafhanklike perturbasieteorie, word bekendgestel en gebruik om klein perturbasies aan so 'n stelsel te bestudeer.

Relevansie: Hierdie module vorm 'n kern van kwantummeganika, een van die pilare van die fisika. 'n Sistematiese benadering word gevolg om die konsepte bekend te stel, en een hoogtepunt is die verduideliking vir die spektrum van waterstof, wat in noukeurige detail behandel word. Die module lei direk na die Honneursmodule in kwantumfisika en is ook die basis vir alle modules in atoom- en kernfisika, vastetoestandfisika en 'n verskeidenheid laser- en spektrale fisika-toepassings.

Uitkomste: Die studente is vaardig in die praktiese toepassing van kwantummeganiese beginsels in driedimensionele mikroskopiese stelsels soos kerne, atome en kristalle.

Module-inligting: Derde kwartaal van die jaar, 8 krediete, 6 uur kontaktyd per week gedurende die derde kwartaal.

Inhoud: In hierdie module bestudeer ons hoe elektromagnetiese golwe (lig) en materiaal (bestaande uit atome en molekules) interaksie het. Ons beskryf die polarisasie en magnetisering van materiale. Die voortplanting van elektromagnetiese golwe in materiaal en die gedrag van elektromagnetiese golwe wanneer dit van een medium na 'n ander beweeg, word afgelei. Die teorie van spesiale relatiwiteit word bekendgestel as 'n beginsel wat verander hoe ons oor ruimte en tyd dink, en dus oor alles. Deur te bestudeer hoe voorwerpe en elektromagnetiese golwe interaksie het wanneer hulle baie vinnig beweeg, kan ons interessante vrae beantwoord.

Relevansie: Elektromagnetisme is die basis vir die begrip van die eienskappe van materiale, elektronika, lig en lasers. Saam met Spesiale Relatiwiteit maak dit GPS-toestelle, ruimtemissies en die begrip van die heelal moontlik. Ons begin met ons kennis van elektromagnetiese velde en golwe, maar nou ook met die elektriese en magnetiese eienskappe van materiaal in ag. Dit stel ons in staat om te voorspel hoe elektromagnetiese golwe (lig) in verskillende materiale en by koppelvlakke sal optree. Hierdie teorie is noodsaaklik vir die begrip van optika en fotonika (lig-materie-interaksie), lasers, vastetoestandfisika en die gevorderde elektromagnetisme in Honneurs. Die Spesiale Relatiwiteit wat in die eerste jaar bespreek is, word hersien en verder ontwikkel. Ons bereik die punt waar ons kan voorspel hoe dit sou lyk as 'n mens teen relativistiese snelhede sou beweeg. Ons leer die vektornotasie wat noodsaaklik is vir verdere studie (in Honneurs/nagraads) van veldteorie en relativistiese teorieë in kwantummeganika, kernfisika en kosmologie.

Uitkomste: Hierdie kursus berei die student voor vir meer gevorderde toepassings van elektromagnetisme, veral in 'n medium. Die student word ook toegerus met 'n werkende kennis van spesiale relatiwiteit. Hierdie kursus vorm die grondslag vir meer gevorderde kursusse in elektromagnetisme, optika, sowel as gevorderde kursusse gebaseer op relatiwiteit.

Module-inligting: Tweede semester, 16 krediete, 6 uur kontaktyd per week.

Inhoud: In hierdie module leer studente statistiese konsepte en numeriese algoritmes en pas dit toe deur hul eie simulasie van 'n fisiese stelsel te kodeer (byvoorbeeld interaktiewe deeltjies in 'n gas of 'n magnetiese kristal). Die Monte Carlo-metode wat gebruik word, is nie net 'n numeriese oplossingsinstrument nie, maar 'n manier om numeriese eksperimente uit te voer waaruit baie fisika van veeldeeltjiestelsels geleer kan word (soos oor fase-oorgange). Konsepte soos deduksie en induksie, berekeninge met verspreidings van data, transformasies en genererende funksies word bekendgestel en toegepas.

Relevansie: Simulasie en inferensie speel 'n sleutelrol in die begrip van stelsels en data in fisika en in die algemeen. Die onderliggende statistiese konsepte en Monte Carlo-algoritmes word breedvoerig in numeriese werk gebruik, insluitend hoogdimensionele integrale, ingewikkelde stelsels van interaktiewe deeltjies, datakompressie en -analise en vele ander. Hier stel ons die nodige berekenings- en statistiese gereedskap en konsepte bekend om sulke kodes te skryf en die data wat hulle produseer, te analiseer. Die simulasies sal voordelig wees vir studente wat honneurs statistiese fisika (Fisika 721) volg, en die analitiese benaderings daar aanvul. Die derdejaarmodule, Fisika 314, stel sommige van die idees bekend wat relevant is vir hierdie module, maar stel studente ook bloot aan die aard van die fisiese stelsels wat ons met behulp van rekenaarsimulasies wil bestudeer. Hierdie module is ook relevant vir alle datawetenskapverwante omgewings en programme.

Uitkomste

• Insig en bevoegdheid in die konsepte en metodes van stogastiese stelsels en inferensie.
• Waardering vir die belangrikheid van ewekansige getalgenerators en die slaggate in die gebruik daarvan.
• Werkende kennis van Monte Carlo-simulasie en die toepassings daarvan.
• Bevoegdheid in die toepassing van 'n numeriese rekenaartaal.
• Die vermoë om rekenaarsimulasies te skryf en te ontfout.
• Ontwikkelde vaardighede in die samestelling en instandhouding van 'n rekord van eie werk en gedagtes.

Module-inligting: Vierde kwartaal, 8 krediete, 6 uur kontaktyd per week gedurende die vierde kwartaal.

Inhoud: In atoomfisika pas ons kwantummeganika toe op die elektrone van atome. Die magnetiese dipoolmomente van elektrone en spin-baankoppeling verduidelik die energievlakstruktuur van multi-elektronatome en die Zeeman-splitsing van energievlakke in 'n magnetiese veld. Ons beskryf die interaksie tussen lig en 'n atoom kwantummeganies en toon hoe lig gebruik kan word om die kwantumtoestande van atome presies te beheer, soos gedoen word in die nuutste kwantumrekenaartegnieke. Kwantummeganika wat in kernfisika toegepas word, verduidelik die struktuur en eienskappe van kerne. Dit lei tot die fundamentele beginsels van kernstabiliteit, radioaktiewe verval, kernreaksies en die verstrooiing van hoë-energiedeeltjies deur kerne.

Relevansie: Die manipulasie van atome deur lig is 'n voorbeeld van die gesofistikeerde beheer van kwantummeganiese stelsels waarop moderne velde soos kwantumrekenaars, kwantuminligting en ultra-akkurate atoomhorlosies staatmaak. Die kursus gee 'n basiese oorsig van atoomstruktuur, en bestudeer dan interaksies tussen atome en lig of statiese elektriese en magnetiese velde, met 'n fokus op hoe hierdie interaksies benut kan word om die atoom se kwantumtoestand te beheer. Baie van die konsepte wat bestudeer word, sal nuttig wees vir studente wat belangstel om navorsing te doen in teoretiese of eksperimentele laserfisika, kwantumoptika, atoomfisika, kwantummetrologie of kwantuminligtingverwerking. Die kernfisika-deel van hierdie module rus studente toe met vaardighede en konseptuele begrip van kernstruktuur, kernstabiliteit en verval, bindingsenergie, dwarssnitte en kernreaksiemeganismes. Dit is 'n belangrike fondament vir verdere nagraadse studies, nie net in kernfisika nie, maar ook in straling en gesondheid, laser en teoretiese fisika-programme.

Uitkomste

• Begrip van die konsepte van atoomstruktuur en magnetiese koppeling.
• Vaardighede in die kombinasie van kwantummeganika en klassieke elektromagnetisme.
• Vaardighede in die gebruik van die Bloch-sfeer om 'n kwbit voor te stel, met die tweevlak-atoom as voorbeeld.
• Vertroudheid met verskynsels in die interaksie tussen atome en elektromagnetiese velde soos die Zeeman- en Stark-effekte, Rabi-ossillasies, laserverkoeling, optiese vasvang, optiese roosters.
• Toepassing van beginsels van behoudswette, energie- en momentumkwantisering en eksponensiële verval.
• Vertroudheid met die terminologie van kernfisika.
• Vaardighede in berekeninge en probleemoplossing in kernfisika.

Module-inligting: 8 krediete, volle jaar

Inhoud: In hierdie module werk studente aan individuele projekte oor onderwerpe wat in lyn is met navorsing wat in die departement gedoen is en die inhoud van hul tweede- en derdejaarmodules.

Relevansie: Dit bied studente die geleentheid om hul tegniese vaardighede toe te pas en te verfyn en om, ietwat onafhanklik, met die fisika-literatuur om te gaan. Elke student moet 'n verslag en aanbieding voorberei wat hul werk uiteensit, wat 'n waardevolle oefening in wetenskaplike kommunikasie is en dien as 'n inleiding tot die aansienlike projekkomponent van die teorie-honneursprogram.

Uitkomste: Hierdie kursus stel die student bloot aan onafhanklike projekwerk. Die student is vaardig in die gebruik en lees van fisika-artikels en handboeke en die skryf van 'n wetenskaplike verslag.

Module-inligting: 16 krediete, 3 uur per week in die eerste semester en 6 uur per week in die tweede semester.

Inhoud: Studente Die module bestaan ​​uit praktiese laboratoriumwerk in Fisika. Studente werk in klein groepies om geselekteerde eksperimente uit te voer, en doen eksperimentele ontwerp, data-analise en wetenskaplike kommunikasie. Die eksperimentele onderwerpe hou verband met die eksperimentele navorsing in die Departement, insluitend kernfisika, laserfisika, optika en kwantuminligting.

Relevansie: Die module bestaan ​​slegs uit praktiese sessies. Dit vereis dat die studente 'n wye reeks eksperimente op die gebied van laserfisika en kernfisika uitvoer met 'n fokus op onafhanklike eksperimentering, insluitend eksperimentbeplanning en -ontwerp. Daar sal van die studente verwag word om wetenskaplike verslae te skryf en mondelinge verslae van eksperimentele prosedures en resultate aan te bied. Die vaardighede van onafhanklike beplanning, wetenskaplike skryfwerk en aanbieding is noodsaaklik vir nagraadse studies en wetenskaplike loopbane. Die onderwerpe van die eksperimente is altyd nou verwant aan die navorsingsonderwerpe in die Fisika-departement, wat die studente dus insig gee in die plaaslike navorsing.

Uitkomste

• Die student behoort in staat te wees om eksperimente van bekende of onbekende verskynsels met 'n mate van onafhanklikheid uit te voer, deur 'n verskeidenheid tegnieke vir meting en data-analise te gebruik. Dit sluit in:
• Begrip van die probleem. Studie van onderliggende teorie.
• Beplanning van eksperiment en opstelling van instrumentasie.
• Sistematiese metings doen, data opneem.
• Data-evaluering, moontlik modellering, aanbieding.
• Interpretasie van resultate in terme van die oorspronklike probleem.
• Aanbieding van resultate: geskrewe verslag en mondelinge aanbieding.
• Eksperimente moet pret wees!
• Eksperimente hou verband met werklike navorsingsprojekte wat by die Departement uitgevoer word.