Fyzikálne inžinierstvo

Štandardná dĺžka denného štúdia: 3

Štandardná dĺžka externého štúdia:

Obsah študijného odboru - opis prvého stupňa

Absolvent odboru Fyzikálne inžinierstvo získa základné poznatky o štruktúre a fyzikálnych vlastnostiach materiálov. Oboznámi sa s fyzikálnou podstatou javov, na ktorých sú založené metódy merania a diagnostiky materiálov. Získa poznatky o elektromagnetickej kompatibilite rôznych zariadení s osobitným zameraním na znalosť cieleného ovplyvňovania elektrických, magnetických a optických parametrov rôznych látok a štruktúr. Oboznámi sa aj s problematikou rôznych druhov žiarenia, vrátane jeho prechodu cez rôzne prostredia až po metódu jeho detekcie a prevodu na analógové alebo digitalizované elektrické signály.

Absolvent Fyzikálneho inžinierstva nájde uplatnenie vo výrobnej sfére, v oblasti spoľahlivosti výrobkov a riadení výrobných procesov. V nevýrobnej sfére nájde uplatnenie na vývojových pracoviskách, diagnostických a testovacích centrách, technologických prevádzkach, na biologických, biomedicínskych pracoviskách, v oblasti životného prostredia, v kozmickom výskume a jeho aplikáciách. Široký základ vytvára absolventovi podmienky pre adaptabilitu v rôznych odboroch elektrotechniky, elektroniky a príbuzných odboroch.

Teoretické vedomosti (1. stupeň)

Absolvent Fyzikálneho inžinierstva (1. stupeň)

- získa základné znalosti o štruktúre látok,

-oboznámi sa s podstatou  fyzikálnych procesov prebiehajúcich v rôznych prostrediach,

-pochopí princíp základných meracích metód založených na procesoch uskutočňujúcich sa na atomárnej a molekulárnej  úrovni a oboznámi sa s prístrojmi, ktoré tieto princípy využívajú,

- získa základné znalosti z informačných technológií.

Praktické schopnosti a zručnosti (1. stupeň)

Absolvent Fyzikálneho inžinierstva (1. stupeň) získa schopnosť

- spracovávať a vyhodnocovať elektrické signály, ktoré sú odozvou na procesy prebiehajúce v rôznych prostrediach,

- využívať počítač pri modelovaní a simulácii procesov v mikroštruktúre látok,

- prevádzkovať zariadenia aplikovanej fyziky a technologickej praxe,

- hodnotiť dosiahnuté výsledky podľa daných kritérií.

Doplňujúce vedomosti, schopnosti a zručnosti (1. stupeň)

Absolvent Fyzikálneho inžinierstva (1. stupeň) dokáže

- prezentovať technické problémy odboru,

- pracovať efektívne ako člen tímu,

- orientovať sa vo vlastnom odbore a pokračovať vo svojom profesionálnom raste.

Vymedzenie jadra znalostí (1. stupeň)

Nosné témy jadra znalostí študijného odboru Fyzikálne inžinierstvo v 1. stupni štúdia

-         Matematické základy – Polynómy a racionálne funkcie. Riešenie systémov lineárnych rovníc. Maticový počet. Vektorový počet. Analytická geometria v priestore. Lineárne priestory. Aplikácie pri riešení homogénnych diferenciálnych rovníc. Diferenciálny a integrálny počet reálnej funkcie reálnej premennej. Postupnosti. Rady. Diferenciálny a intergrálny počet reálnej funkcie viac reálnych premenných. Komplexná funkcia komplexnej premennej. Fourierova a Laplaceova transformácia. Teória algoritmov a teória množín. Grafy a ich datové reprezentácie. Algebry a relaxačné štruktúry. Booleovské algebry. Výrokový počet. Booleovské výrazy. Kombinačné logické siete. Lineárne diferenciálne rovnice. Systém obyčajných diferenciálnych rovníc a jeho aplikácia v elektrických obvodoch.

-         Fyzikálne základy - Mechanika hmotného bodu a tuhého telesa. Základné zákony klasickej mechaniky. Mechanické kmity a vlny. Náuka o teple. Špeciálna teória relativity. Gravitačné pole. Elektrostatické a magnetostatické pole vo vákuu a v reálnom prostredí. Vedenie elektrického prúdu. Úvod do elektrodynamiky. Úvod do teórie elektromagnetického vlnenia a základy vlnovej optiky. Základy geometrickej optiky  Úvod do kvantovej mechaniky. Žiarenie a jeho interakcia s prostredím. Základy atómovej a jadrovej fyziky.

-          Elektrické obvody a meranie, elektronické prvky – Základné pojmy, topológia el. obvodov. Jednosmerné lineárne a nelineárne elektrické obvody. Striedavé el. obvody v ustálenom harmonickom stave, harmonická analýza periodických signálov. Riešenie lineárnych a nelineárnych elektrických, príp. magnetických obvodov v dynamickom stave, spektrálna analýza obvodov. Vedenia s rozloženými parametrami a s rôznym zakončením. Riešenie problémov rozloženia elektromagnetického poľa v rôznych prostrediach, šírenie elektromagnetického poľa vo voľnom a obmedzenom prostredí.

Meranie elektrických a neelektrických veličín, základné metódy, vyhodnocovanie a spracovanie meraní.

Techniky a technológie výroby PN prechodov. Polovodičové diódy, bipolárny a unipolárny tranzistor. Spínacie výkonové prvky. Princípy analógových a číslicových meracích zariadení a prístrojov. Automatizované meracie systémy. Zosilňovače, prevodníky. Princípy a technika spracovania nízkoúrovňových signálov, základy vf techniky.

-          Počítačové základy – Stavba číslicového počítača. Zobrazenie informácie v počítači. Základné číslicové obvody. Koncepcia procesora. Inštrukčný súbor. Hierarchické usporiadanie pamäte. Vstupno – výstupný prenos. Osobné počítače, počítačové siete. Algoritmizácia a programovanie vo vyššom jazyku. Základy práce s internetom. Znalosť štandardných aplikačných programov

-          Základy tvorby technickej dokumentácie, znalosť problematiky bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci s elektrickými zariadeniami.

-          Prehľad z príbuzných odborov – Základné vlastnosti elektrotechnických materiálov. Konverzia prvotných zdrojov na elektrickú energiu. Náhradné schémy a prevádzkové charakteristiky elektrických zariadení. Ustálená prevádzka a poruchové stavy elektrických sústav. Racionálna spotreba energie. Základné ekologické pojmy. Klasifikácia znečisťujúcich látok vo vode, v ovzduší a ich šírenie. Zdroje znečistenia. Ekológia, energetika a materiály. Ochrana životného prostredia.

-          Špeciálne znalosti odboru – Štatistické rozdelenia častíc. Formulácia  základov fenomenologickej termodynamiky materiálov. Aplikácie kvantovej mechaniky. Mnohoelektrónové atómy, spektrá. Väzby v tuhých látkach. Štruktúra molekúl. Kvalitatívny a kvantitatívny opis elektrónovej štruktúry a dynamiky atómov v tuhých látkach. Kvázičastice v tuhých látkach, vodivostné elektróny, diery, fonóny. Kvantitatívny opis transportných javov. Štruktúra atómového jadra, vlastnosti stabilných jadier, väzbová energia. Základné zákony rádioaktívnej premeny. Interakcia žiarenia s látkou. Jadrové interakcie. Vlastnosti neutrónov. Urýchľovače nabitých častíc. Všeobecné princípy tvorby simulačných modelov a prostriedkov pre ich počítačovú simuláciu. Metodika tvorby modelu, príprava simulačného experimentu a interpretácia výsledkov. Vákuová technika.

-          Znalosti ekonomických, prípadne ďalších spoločenských súvislostí študijného odboru

-          Primerané znalosti cudzieho jazyka v písomnej a ústnej forme na úrovni potrebnej pre odbornú komunikáciu a prezentáciu.

Štátna skúška (1. stupeň)

-          obhajoba záverečnej práce a skúška obsahovo zameraná podľa potrieb konkrétneho študijného programu

Kritériom priznania spôsobilosti inštitúcie priznávať akademický titul „bakalár“ je kumulatívna hodnota kreditov študijného programu na úrovni 3/5 celkového počtu ECTS kreditov, odpovedajúcich 100 % ECTS kreditov študijného odboru.

Obsah študijného odboru - opis spojeného prvého a druhého stupňa

Štandardná dĺžka denného štúdia: 2 (pre uchádzačov, ktorí ukončili prvostupňové štú

Štandardná dĺžka externého štúdia:

Obsah študijného odboru - opis druhého stupňa

Absolvent druhého stupňa odboru Fyzikálne inžinierstvo získa rozšírené znalosti v oblasti fyzikálnych procesov a metód používaných na analýzu štruktúr a vyšetrovanie mechanických, tepelných, elektrických, magnetických a optických vlastností materiálov. Absolvent bude schopný chápať a formulovať tvorivým spôsobom problémy svojho odboru a prenášať nové fyzikálne poznatky do praxe. Ďalej získa praktické skúsenosti z programového vybavenia a aplikácií informačných technológií. Získa tiež kvalifikované predpoklady pre samostatnú tvorivú inžiniersku činnosť a je schopný vystupovať ako manažér projektov. Absolvent nájde uplatnenie v oblastiach, kde sa vyžaduje znalosť diagnostického potenciálu metodík analýz rôznych materiálnych objektov a v nich prebiehajúcich procesov.

Predpokladá sa, že študent ukončil prvostupňové štúdium v odbore Fyzikálne inžinierstvo alebo v niektorom príbuznom študijnom odbore.

Teoretické vedomosti (2. stupeň)

Absolvent odboru Fyzikálne inžinierstvo (2. stupeň)

- získa hlboké znalosti z oblasti fyzikálnych procesov prebiehajúcich v rôznych druhoch materiálov,

- získa vedomosti o metodikách a ich diagnostickom potenciáli z hľadiska analýzy materiálových objektov

- získa vedomosti z aplikácií informačných technológií v oblasti vlastností materiálov a v nich prebiehajúcich procesov na atomárnej a molekulárnej úrovni.

Praktické schopnosti a zručnosti (2.stupeň)

Absolvent odboru Fyzikálne inžinierstvo (2. stupeň) získa schopnosť

- analyzovať a pochopiť procesy prebiehajúce v materiálnych objektoch,

- implementovať vlastné riešenia pri využívaní fyzikálnych technológií,

- samostatne formulovať úlohy a riešiť výskumné projekty.

Doplňujúce vedomosti (2. stupeň)

Absolvent odboru Fyzikálne inžinierstvo (2. stupeň) dokáže

- pracovať efektívne ako jednotlivec i člen kolektívu,

- identifikovať trendy rozvoja odboru,

- riadiť sa profesionálnymi a etickými normami vednej disciplíny.

Vymedzenie jadra znalostí (2. stupeň)

Nosné témy jadra znalostí študijného odboru (2. stupeň)

-          Vybrané kapitoly vyššej matematiky – Otázky stability riešení lineárnych a nelineárnych obyčajných diferenciálnych rovníc a systémov. Parciálne diferenciálne rovnice, Besselove funkcie. Diferenčné rovnice a systémy. Z-transformácia a jej vlastnosti. Numerické metódy riešenia diferenciálnych rovníc založené na diferenčných schémach.

-          Fyzikálne rozvíjajúce oblasti – Polarizačné procesy v tuhých látkach. Teória permitivity. Teória  mechanických, elektrických, a magnetických vlastností rôznych materiálov  z pohľadu kvantovej mechaniky a štatistickej fyziky. Fázové prechody 2. druhu vo feroelektrikách a feromagnetikách. Termodynamika supravodivého prechodu, teória Londonovcov, vlastnosti supravodičov 2. typu, kvantovanie magnetického toku, slabá a aplikovaná supravodivosť, vysokoteplotná supravodivosť.

Základy fyzikálnej akustiky.

Svetlo ako elektromagnetické vlnenie, odraz , lom, disperzia a polarizácia. Koherentnosť svetla, interferencia. Absorpcia a rozptyl svetla v rôznych prostrediach. Šírenie svetla v anizotropnom prostredí. Základy holografie a nelineárnej optiky. Základy geometrickej optiky.

-          Náuka o materiáloch – Elektrodynamika ideálneho vodiča, skin-efekt normálny a anomálny.

Pásmová energetická štruktúra polovodičov, hustota energetických stavov v dovolených pásmach, štatistika nosičov náboja. Pohyb elektrónu v reálnom kryštáli, rozptylové mechanizmy. Pohyblivosť, difúzia, rekombinácia, doba života voľných nosičov náboja.

Klasifikácia dielektrík, typy polarizácie, interné pole v dielektrikách, vlastnosti dielektrík v striedavom elektrickom poli, rozdelenie relaxačných časov, náhradné schémy dielektrík. Dielektrická spektroskópia, elektrická vodivosť dielektrík, elektrická pevnosť dielektrík, meranie a skúšky používané v dielektrikách.

Atraktívne nekryštalické materiály. Technologické otázky, elektrické, magnetické, optické a mechanické vlastnosti polovodičových a kovových skiel. Praktické využitie nekryštalických látok.

Základné typy kompozitných materiálov, použitie v elektrotechnike. Geometrický a fyzikálny popis štruktúry. Vzájomná súvislosť štruktúry a užitkových vlastností. Experimentálne a simulačné metódy skúmania. Magnetické časticové nosiče pre záznam. Technológia prípravy.

Fotovoltické materiály a technológie. Fotovoltické články, moduly a systémy. Fotovoltické a fototermálne elektrárne, slnečné tepelné kolektory. Veterné a geotermálne technológie. Biopalivá, akumulácia energie z obnoviteľných zdrojov.

Nanoštruktúry, ich fyzikálne vlastnosti a aplikácie. Štruktúra a vlastnosti polymérov.

Štruktúra, vlastnosti a funkcie biopolymérov. Termodynamika a kinetika samoorganizácie molekúl. Biologické membrány a ich vlastnosti, membránový transport. Biomechanika. Neurobiofyzika, nervové signály, zmyslové centrá, biosenzory.

-          Experimentálne metódy v materiálovom výskume – Fyzikálne princípy tepelných, akustických, optických a mikroskopických metód, ich technická realizácia a možnosti využitia. Základy kryštalografie a difrakčné metódy. Atómová absorpčná a emisná spektroskopia. Fourierova transformácia v spektroskopii. Základy rádiospektroskopických metód. Hmotnostná spektrometria, chromatografia. Gama spektroskopia. Neutrónová aktivačná analýza. Neutrónová difrakcia. Mössbauerova spektroskopia. Elektrónovo-pozitrónová anihilácia. Elektrochemické metódy.

Fyzikálne základy urýchľovania nabitých častíc. Iónové zdroje. Typy urýchľovačov. Transport iónových zväzkov. Metódy rádiológie a nukleárnej medicíny. Modifikácia materiálov iónovými zväzkami. Iónová implantácia, iónové miešanie, depozícia materiálov  pomocou iónových zväzkov. Radiačné poškodenie materiálov. Analýza materiálov vysokoenergetickými iónmi. Jadrový reaktor.

-          Výrobné technológie – hlavné časti elektronických zariadení, elektrický kontakt, elektrická erózia kontaktov, spínanie v obvodoch EZ, izolačné systémy, sušenie a impregnácia. Konštrukčné časti, kompletizácia a montáž. Medzioperačné merania a výstupná kontrola. Riadenie kvality a TQM.

Typ a výroba optických vláken, prenosové parametre. Konštrukcia, výroba, meranie vlastností. Kladenie, spojovanie, siete. Metalické oznamovacie káble. Symetrické, koaxiálne. Silnoprúdové vodiče a káble. Technológia výroby, materiály, skúšanie a výstupná kontrola.

Tenkovrstvové technológie.

-          Počítačové modelovanie a simulácie – Dynamické systémy, metódy konečných diferencií, generátory pseudonáhodných čísel, stochastické metódy. Výpočtové algoritmy elektrónovej štruktúry kondenzovaných systémov pre materiálový výskum. Výmenná a korelačná diera. Metódy počítačového modelovania: metóda stredovaného poľa (Hartree-Fock, hustotový potenciál), mnohočasticové metódy (konfiguračná inerakcia, coupled cluster, poruchové metódy, kvantové monte-carlo). Praktické príklady pre riešenie inžinierskych problémov v dimenziách nano-sveta.

Optimalizačné metódy.

Štátna skúška (2. stupeň)

-          obhajoba diplomovej práce

-          súborná skúška z oblasti poznania odboru Fyzikálne inžinierstvo

Znalosti uvedené v jadre znalostí musia byť súčasťou obsahu študijného programu v tomto študijnom odbore.

Kritériom priznania spôsobilosti inštitúcie priznávať akademický titul „inžinier“ je požiadavka, aby aspoň 1/2 študijného programu obsahovala témy nosného jadra študijného odboru Fyzikálne inžinierstvo vo vyjadrení ECTS kreditov.

Štandardná dĺžka denného štúdia:

Štandardná dĺžka externého štúdia:

Obsah študijného odboru - opis tretieho stupňa

Absolvent odboru Fyzikálne inžinierstvo získa hlboké teoretické znalosti o fyzikálnych procesoch v rôznych prostrediach s orientáciou na materiály a v nich prebiehajúce procesy, ktoré sú objektom vedeckého bádania alebo vývoja. Absolvent bude poznať metodiky a prístrojové vybavenie vysokocitlivých analytických zariadení používaných v materiálovom a fyzikálnom výskume a v príbuzných odboroch. Na základe svojich znalostí bude schopný formulovať problém, riešiť ho optimálnymi metódami a technikami s cieľom doviesť riešenie až k možnej praktickej realizácii.

Teoretické vedomosti (3. stupeň)

Absolvent odboru Fyzikálne inžinierstvo (3. stupeň)

- získa teoretické vedomosti zodpovedajúce rozvoju poznania vednej disciplíny,

- vedeckým bádaním prináša vlastné poznatky, ktoré prispievajú  k rozvoju vednej disciplíny.

Doplňujúce vedomosti, schopnosti a zručnosti (3. stupeň)

Absolvent odboru Fyzikálne inžinierstvo (3. stupeň)

-          si osvojí zásady vedeckej práce, nadobudne schopnosť vedeckého formulovania problémov, spozná väzby medzi výskumom, vývojom a praktickým využitím, naučí sa prezentovať výsledky, osvojí si environmentálne a spoločenské aspekty výsledkov a nadobudne schopnosť rozvíjať vlastnú vednú disciplínu,

-          bude schopný viesť vedecko-výskumný tím.

Vymedzenie jadra znalostí (3. stupeň)

Študijná časť:

Študijná časť obsahuje rámcové témy. Aktualizácia študijnej časti bude individuálna v náväznosti na vedeckú časť.

Štruktúra a fyzikálne vlastnosti materiálov. Transport náboja a energie v látkach. Fyzika tenkých vrstiev, povrchov a rozhraní. Technologické aspekty prípravy materiálov. Výrobné technológie.

Molekulové a supramolekulové systémy. Nanoštruktúry a nanočastice. Kompozitné materiály. Polyméry a biomateriály.

Atómové a molekulové spektroskopické metódy. Jadrovo-fyzikálne spektroskopické metódy. Difrakčné a separačné metódy. Tomografické metódy. Metódy merania mechanických, tepelných, elektrických, magnetických a optických vlastností materiálov. Lasery. Detektory žiarenia. Urýchľovače častíc. Metódy nukleárnej medicíny.

Počítačové modelovanie a simulácia procesov v materiáloch.

Vedecká časť:

- výskum a riešenie aktuálneho vedeckého problému z odboru,

- zásady vedeckej práce, prezentácia výsledkov, praktická realizácia výsledkov, prínos            dosiahnutých výsledkov pre rozvoj poznania vednej disciplíny.

Znalosti uvedené v jadre majú rozsah 1/3 v študijnej časti a 2/3 vo vedeckej časti. Dizertačná skúška a obhajoba dizertačnej práce (záverečná práca) musí spĺňať kritérium, aby študent preukázal schopnosť samostatne vedecky pracovať.