مجموعه آموزش فیزیک

درس الکترومغناطیس، یکی از دروس مهم کارشناسی رشته مهندسی برق، فیزیک بوده و همواره دانشجویان باید برای تسلط بر مباحث آن، چندین کتاب مختلف را مطالعه و تحلیل کنند. از آنجا که دانشجویان فرصت کافی برای مطالعه این درس را ندارند، لذا جهت تسلط بیشتر بر مباحث الکترومغناطیس این آموزش تهیه شده است.

فیزیک جز دروس رشته های علوم پایه و رشته های فنی مهندسی به شمار می رود. مبنای بسیاری از علوم پیشرفته امروزه قوانین ساده مکانیک می باشند. قوانینی که با استفاده از آن ها می توان در مورد بسیاری از پدیده های موجود در طبیعت و محیط پیرامون از مقیاس های بزرگی چون حرکت سیارات و اجرام آسمانی تا حرکت یک الکترون در لامپ پرتو کاتدی صحبت کرد. مجموعه این قوانین در چارچوب مطالب فیزیک پایه ۱ تدریس می گردند. این فرادرس توسط مدرسین متخصص در این زمینه به صورت عملی با بیان توضیحات کامل تهیه شده است .

به طور کلی هرجایی که با کار و حرارت و تبدیل آن ها با هم سروکار دارند یا خواصی از مواد که روی کار و حرارت تاثیر می گذارند به ترمودینامیک ارتباط پیدا می کند. از لحاظ تاریخی گفته می شود علم ترمودینامیک با ساخت اولین پمپ خلا در سال ۱۶۵۰ میلادی توسط «اتو» پایه گذاری شد. مدتی بعد رابرت بویل با تعریف کردن رابطه ای بین حجم و فشار به کمک رابرت هوک اولین پمپ هوا را ایجاد کردند. فرد موثر دیگری که در پیشرفت علم ترمودینامیک نقش مهمی داشت، جمیز وات بود. جمیز وات که یک ابزارساز ساده بود، به ضرورت وجود چگالنده بخار خارجی برای افزایش بازدهی موتور بخار پی برد.

ترمودینامیک علم بحث گرما و نسبت آن با انرژی و کار است که بخش گسترده ای از موضوعات علم و مهندسی به شمار می رود. مهندسان مکانیک برای افزایش بازده، مهندسان هسته ای برای کنترل دما و فشار بالای راکتور های هسته ای و مهندسان زیستی برای چگونه مبادله گرما بین اقیانوس و جو نیازمند ترمودینامیک هستند. هدف این فرادرس افزایش توانایی متخصصین و دانش آموختگان رشته های مهندسی برای طراحی و بهینه سازی پایلوت های صنعتی است.

درس فیزیک‌۲ یکی از درس های پایه ای و مهم فیزیک است، که درباره الکتریسیته، مغناطیس و امواج الکترومغناطیسی و کاربردهای آن بحث می کند. به نحوی که دانشجو پس از فرا گرفتن آن می تواند، درک صحیحی از مسائل الکتریکی، مدارهای الکتریکی و موضوعات مغناطیسی داشته باشد.

در این فرادرس، سعی شده است تا مفاهیم اصلی مربوط به درس الکترودینامیک بر مبنای کتاب گریفیتس (Griffiths) که یکی از مراجع اصلی این درس در سطح کشور و در سطح دنیا است، مرور و مطالعه شود و با حل مثال های مناسب در خلال درس، مفاهیم روشن تر گردند و علاوه بر مرور مفاهیم پایه الکترواستاتیک، عمده تمرکز روی موارد تخصصی تر نسبت به فیزیک پایه ۲ باشد. این آموزش برای دانشجویان کارشناسی و داوطلبین کنکور کارشناسی ارشد نیز مفید خواهد بود.

نرم افزار کامسول مالتی فیزیک (COMSOL Multiphysics) یکی از پیشگامان عرصه شبیه سازی و قدرتمندترین نرم افزار شبیه ساز در زمینه مسائل چند فیزیکی می باشد که یادگیری آن گام بزرگی در زمینه کارهای تحقیقاتی مخصوصا کارهای تحقیقاتی پیشرفته که نیاز به تحلیل چند منظوره دارند می باشد. از طرفی به کار گیری این نرم افزار در دانشگاه ها و در تدریس درس های فیزیکی می تواند درک بهتری را برای دانشجویان از مسائل فیزیکی به همراه داشته باشد و علاقمندان زیادی را به عرصه فیزیک وارد کند.

در درس فیزیک عمومی ۲ که اسم دیگر آن فیزیک الکتریسیته و مغناطیس است، در ابتدا به بررسی بار الکتریکی و میدان الکتریکی می پردازیم و سپس قانون گاوس برای محاسبه راحت تر میدان الکتریکی بارهای متقارن ارائه می شود و در ادامه، در باره پتانسیل الکتریکی و مدارات الکتریکی بحث می شود. تا اینجا بیشتر بحث ها مربوط به میدان الکتریکی است ولی در ادامه، درس های میدان های الکترومغناطیسی، القا و خودالقایی، مدارات الکترومغناطیسی و جنبه های مغناطیسی را بررسی می کنیم. روش آموزش، کاملا مساله محور است و فقط از طریق حل مساله های مختلف امتحانی و کنکوری، فیزیک عمومی ۲ آموزش داده می شود.

یک لحظه دنیا را بدون نور تصور کنید، قسمت بزرگی از دنیا از بین می رود. بشر از همان دیرباز به اهمیت نور پی برد، چون با زندگی روزانه وی مرتبط بود. امروزه در دانشگاه و خصوصا در رشته هایی مانند: فیزیک، مهندسی و پیراپزشکی، نور از اهمیت والایی برخوردار است و به عنوان چند واحد درسی در دانشگاه گذرانده می شود. حل مسائل نور بدون شناخت آن غیرممکن است، از همین رو است که در این آموزش ما نور را به صورت گام به گام تدریس می کنیم و پس از هر تدریس، با حل مسائل متنوع و تست های مربوطه، راه را برای شما هموار می کنیم.

هدف از این فرادرس، تحلیل و بررسی دقیق انواع حرکت ها در سه بعد فیزیکی است. در ابتدا با قوانین و رابطه های مفید ریاضی و همچنین زبان گفتاری جدید مورد استفاده، آشنا می شویم، سپس در درس های بعدی به بررسی انواع حرکت های فیزیکی می پردازیم. در این بررسی ما با ارائه مثال های مختلف با روش های حل و تحلیل مسائل فیزیکی آشنا می شویم و به بررسی رفتار یک حرکت، عوامل موثر در برقراری تعادل و عدم تعادل حرکت می پردازیم و با استفاده از نتایج آن می توانیم درک درستی از انواع وقایع فیزیکی داشته باشیم.

درس فیزیک‌ ۳، یکی از درس های مهم و پایه ای می باشد، به ترتیبی که فهم خوب این درس، کمک شایانی در فرا گرفتن درس های سطوح بالاتر می کند. بخش اول درس درباره امواج و بخش دوم درباره حرارت و ترمودینامیک و بخش نهایی درباره تصاویر و کاربرد نور در آیینه ها و عدسی ها و همچنین بررسی خواص نور می باشد. به ترتیبی که دانشجو پس از گذراندن این درس، می بایست فهم خوبی درباره این مسائل پیدا کند.

مکانیک تحلیلی شاخه ای از دانش فیزیک است که بر پایه مشاهدات پژوهشگران با پیش فرض های بنیادی فیزیک، پدیده های جهان آفرینش ارزیابی می شوند. هر رویکرد فیزیکی باید از انسجام ریاضی و توجیه علمی برخوردار باشد. در مکانیک تحلیلی شاخه های معادلات دیفرانسیل، حساب برداری و جبر هندسی به فرضیه ها، انسجام ریاضی می بخشند و پدیده ها با پیش فرض های بنیادی دانش فیزیک تفسیر می شوند. در فرادرس تدوین شده با توجه به نیاز پژوهشگر، هر درسنامه توضیح داده شده و بسته به اهمیت موضوع، پس از هر درس یک یا چند مساله و تست کنکور به همراه تحلیل کامل، ارائه شده است.

درس فیزیک ۱ دانشگاهی اهمیت زیادی در رشته های مهندسی و علوم پایه دارد. در این رشته ها این درس زیربنای بسیاری از دروس شناخته می شود. دانشجویان بایستی فیزیک ۱ را به صورت مفهومی یاد بگیرند تا بتوانند در کاربرد، از آن استفاده کنند. در فیزیک 1، سوالات به صورت پارامتری طرح می شوند که تا حدودی برای دانشجویان ناآشنا هستند ولی با آموزش صحیح، تلاش و کوشش و تمرین به خوبی می توان بر این درس تسلط یافت.

در اواخر قرن نوزدهم میلادی دانشمندان شاهد پدیده هایی بودند که نمی توانستند آن ها را با استفاده از مکانیک کلاسیک توجیه کنند. لذا برای توجیه آن ها نیاز به یک فیزیک یا مکانیک جدیدی بنام مکانیک کوانتومی احساس می شد. رفته رفته در اوایل قرن بیستم این فیزیک شکل گرفت به طوری که امروزه بسیاری از پدیده ها توسط مکانیک کوانتومی توجیه می شوند و دنیای فیزیک بدون در نظر گرفتن آن بی معنا خواهد بود.

فیزیک پایه به مکانیک دنیای کلاسیک می پردازد. ابتدای این درس با رویکردی کاملا ایده آل به حرکت شناسی اختصاص یافته و سپس به مبحث دینامیک با رویکرد مکانیک نیوتونی پرداخته می شود. در این آموزش نکات مورد نیاز فیزیک پایه ۱ ارائه شده و تست های کنکور آن به صورت کاملا تشریحی حل شده و بررسی می گردد. در این فرادرس ابتدا درسنامه به طور خلاصه ارائه شده و سپس تست ‌های آزمون‌ های گذشته تحلیل می‌ شود. با توجه به همپوشانی درس فیزیک پایه ۱ با درس مکانیک تحلیلی (اختصاصی رشته فیزیک)، در فرایند گزینش و تحلیل تست ‌ها از آزمون‌ ها و مباحث کلیدی درس مکانیک تحلیلی نیز، بهره گرفته شده است.

زمانی که فیزیک کلاسیک در توجیه پدیده هایی که در قلمرو بسیار ریز (اتمی و زیر اتمی) و در شتاب و سرعت های بسیار بالا در مانده می شود، فیزیک مدرن پا به عرصه وجود می گذارد تا نشان دهد که امکان اندازه گیری مستقیم در قلمروهای بسیار کوچک و با سرعت های فوق العاده زیاد وجود ندارد، مساله وحدت نیروها، انفجار بزرگ و نظریه های مربوط به پیدایش عالم هستی، چه اندازه برای آدمی با ارزش است، نور به دو صورت موجی و ذره ای وجود دارد و تمام ذرات از خود موج صادر می کنند و... . رسیدن دانشجو به عمق این مفاهیم از هدف های مهم این آموزش است.

ترمودینامیک براساس چهار قانون بنا شده است، قانون صفرم که اثر دما را بررسی می کند و قانون اول که در رابطه با کار و گرما و تبدیلات آن ها است. قانون دوم جهت انجام سیکل ها را تعیین می کند و مفهوم آنتروپی توسط قانون سوم بیان می شود. به طور مثال بحث سیکل های توان و تبرید یکی از موارد کاربردی در علوم نوین است که با جزئیات در مباحث ترمودینامیکی مورد بررسی واقع شده است. در مجموع، ترمودینامیک برای انسان ها انرژی ارزان و سوخت ارزان تر فراهم کرده است. در نتیجه رشد جمعیت و امید به زندگی، بیشتر از آن چیزی که مردم ۲۰۰ سال پیش تصور می کردند، شده است. در این فرادرس، مثال ها و مسائلی در رابطه با کلیه مباحث ارائه شده در دوره های کارشناسی رشته های مهندسی شیمی تحت پوشش قرار گرفته است.

صدا و آکوستیک (Acoustics) از علومی است که هر روزه بر اهمیت آن افزوده می شود. از مضرات مهم صدا، ایجاد خرابی در سازه ها اعم از مکانیکی و عمرانی و بناهای تاریخی می باشد. همچنین تأثیر منفی بر بدن انسان و به صورت مشخص، گوش دارد. صدا در کاربردهای نظامی نیز بسیار مهم می باشد. صنایع بزرگ چندین میلیون دلاری بر روی ساخت تجهیزات مورد نیاز برای اندازه گیری و تحلیل صدا در دنیا وجود دارند. در این آموزش مبانی آکوستیک به صورت تئوری بیان شده، نحوه اندازه گیری و تحلیل صدا بیان می شود. همچنین به کمک نرم افزارها و حل مثال های متعدد سعی در تفهیم هرچه بهتر این آموزش شده است.

هدف از این فرادرس، آموزش نجوم مقدماتی به دانشجویان رشته فیزیک و کلیه علاقه مندانی است که دوره دبیرستان را به اتمام رسانده اند. نجوم به عنوان یکی از شاخه های مهم علوم تجربی، نقش بسیار زیادی در شکوفایی فکر و اندیشه انسان ها دارد. آموزش نجوم از این لحاظ اهمیت دارد که با به کارگیری علوم مختلف جهت حل مسائل نجومی، موجبات رشد نگرش علمی، پرورش قدرت تفکر، خلاقیت، کاوشگری، حل مساله و… می شود. ویژگی مهم این فرادرس، استفاده از آخرین و به روزترین اطلاعات نجومی است.

هدف از این آموزش، آشنایی فراگیران با مقدمه ای بر ساخت ادوات نیمه هادی است. در این آموزش سعی شده است تمامی مفاهیم به صورت کامل آموزش داده شوند و لذا پس از گذراندن این آموزش، دانشجویان و دانش پژوهان به صورت کامل با فرایندهای ساخت ادوات نیمه هادی آشنا می شوند. درس تئوری و فناوری ساخت ادوات نیمه هادی یکی از دروس اصلی در کارشناسی ارشد و دکتری برای رشته های الکترونیک، فیزیک و… است. در همین راستا در این آموزش سعی شده است تمامی فرآیندهای ساخت ادوات نیمه هادی اعم از: لایه نشانی، اکسیداسیون، فوتولیتوگرافی، زدایش، نفوذ و کاشت یون به صورت کامل آموزش داده شود. در این آموزش در درس آخر با توجه به آموزه های درس های قبلی، فرایند ساخت ترانزیستور MOS کامل شرح داده می شود.

ریاضی فیزیک ۱ پیش نیاز دروس ریاضی فیزیک ۲ و مکانیک سیالات و هم نیاز الکترومغناطیس است که یکی از مهم ترین و پرکاربردترین دروس رشته فیزیک و مهندسی در مقطع کارشناسی است، همچنین جز منابع اصلی در آزمون کارشناسی ارشد فیزیک است. این درس روش های ریاضی در حل مسائل فیزیک و همچنین مهندسی را بیان می کند که با درک عمیق و یادگیری کامل مفاهیم درس ریاضی فیزیک قادر به حل مسائل پیچیده در زمینه فیزیک و مهندسی خواهید بود.

هدف از این فرادرس، آشنایی با نسبیت عام و فرمول بندی معادلات نسبیت عام اینشتین به همراه ارائه پاسخ های دقیق این معادله می باشد. ابتدا به طور خلاصه، مروری بر نسبیت خاص و بعد اشاره ای به ریاضیات تانسوری مورد نیاز برای این نظریه خواهیم داشت. در ادامه به فرمول بندی این نظریه و جواب های سیاه چاله ای خواهیم پرداخت و در آخر، مخاطب ضمن آشنایی با نسبیت عام اینشتین، توانایی حل معادلات و پژوهش در این زمینه را خواهد داشت که در حال حاضر، مجهولاتی در طبیعت مانند: ثابت کیهان شناسی، ماده تاریک و انرژی تاریک وجود دارند که برای حل آن ها، نیازمند دانستن نسبیت عام هستیم.

پلاسما و در نتیجه فیزیک پلاسما، از موضوعات علمی بسیار پرکاربرد در زمینه های فیزیکی و حتی غیرفیزیکی است، بنابراین پرداختن به این موضوع نه تنها گزیرناپذیر است، بلکه بسیار ضروری نیز خواهد بود. هدف از این فرادرس، آشنایی و تسلط بر موضوعات مرتبط با پلاسما و روابط حاکم بر آن است، بنابراین مخاطب پس از مرور مباحت پلاسمایی مورد تدریس می تواند تحلیل تمامی مسائل پلاسمایی یا حتی مربوط به پلاسما را به سادگی و متکی بر توانایی علمی خود انجام دهد.

در مکانیک کلاسیک (Classical Mechanics) معادله حرکت، قانون دوم نیوتن است و در مکانیک کوانتوم معادله ای که به حرکت این ذرات کوانتومی حاکم است، معادله شرودینگر (Schrödinger) است. بررسی این معادله در سیستم های مختصاتی متعدد و با در نظر گرفتن پتانسیل های مختلف موجود در طبیعت در مکانیک کوانتوم ۲ مطرح می شود، همچنین برای توصیف یک مجموعه کوانتومی پیچیده برحسب یک مجموعه ساده تر از نظریه اختلال در سیستم کوانتومی استفاده می شود.

برای این که دانشمندان بتوانند مواد را در مقیاس نانو به کار گیرند، روش های سنتز آن ها باید به خوبی شناخته شوند. با پیشرفت فناوری نانو روش های سنتز بسیاری نیز شکل می گیرد، اما روش هایی برای سنتز نانوذرات وجود دارد که میان دانشمندان، رایج و متداول است. هدف از این فرادرس ارئه روش های معمول برای سنتز نانوذرات است و این آموزش فرد را قادر می سازد که با روش های رایج سنتز ذرات نانو آشنا شود و روش سنتز مناسب را نسبت به کاربرد ماده مورد نظر به کار گیرد تا بتواند در دنیای جذاب مواد در مقیاس نانو فعالیت کند.

GATE از کتابخانه Geant4 استفاده می کند و کاربرد اختصاصی در پزشکی هسته ای دارد. این ابزار همچنین قابلیت توصیف پدیده های وابسته به زمان مانند: حرکت چشمه، آشکارساز و کینتیک واپاشی چشمه را دارد. این برجسته ترین ویژگی و نوآوری ابزار شبیه سازی GATE است. علاوه بر ویژگی های زمانی، یک ساز و کار اختصاصی اسکریپت برای ترجمه به Geant4 در نظر گرفته شده است که به کاربر اجازه می دهد کنترل شبیه سازی مونت کارلو را به طور بصری در اختیار داشته باشد، بدون این که به برنامه نویسی خاصی (زبان برنامه نویسی ++C) نیاز داشته باشد.

مقدمات اپتومتری (Optometry) نقش مهمی در دروس رشته اپتومتری ایفا می کند به طوری که بدون یادگیری و شناخت مباحث آن نمی توان سایر مباحث مربوطه مانند: اپتومتری، انومالی، لنز تماسی و غیره را فرا گرفت. هدف از این فرادرس شناخت چشم به عنوان یک دستگاه گیرنده نور است. در واقع با توجه به حساسیت چشم انسان به نور و تشکیل تصویر بر روی آن، می توان چشم را به عنوان دستگاه گیرنده نور در نظر گرفت. این دیدگاه به ما کمک می کند تا بدانیم زمانی که نور وارد چشم می شود، چه اتفاقاتی در چشم صورت می گیرد تا در نهایت تصویر واضحی بر روی شبکیه چشم تشکیل شود. به این ترتیب آشنایی با نحوه صحیح تشکیل تصویر بر روی شبکیه باعث می شود که اگر عواملی مانند: عیوب انکساری و بیماری های چشمی بر سر راه نور وجود داشته باشد، راحت تر شناسایی شوند.

در این آموزش، مکانیک کوانتومی پیشرفته ۲ به صورت گام به گام مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج پژوهش های حاصل از مکانیک کوانتومی نه تنها پیش بینی های عددی بهتر و دقیق تری نسبت به فیزیک کلاسیک ارائه می دهد، بلکه تغییرات مفهومی ایجاب می کند که بسیاری از پایه های تفکر کلاسیک را متزلزل می کند. به همین دلیل برای همگام بودن با پیشرفت های علمی روز دنیا، فراگیری این شاخه از فیزیک ضروری و اجتناب ناپذیر به نظر می رسد. با در نظر گرفتن همه قوانین فیزیکی، ابتدا به معرفی انتشارگرها و انتگرال های مسیر فاینمن و مباحث مربوط به آن ها و سپس به بررسی دوران ها، سیستم های اسپینی، مدل نوسانگر شوینگر، بردارها و عملگرهای تانسوری پرداخته شده است و در نهایت نسبیت و کوانتوم مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.

یکی از شاخه های مهم فیزیک نسبیت خاص است که بر نسبی بودن همه چیز و وجود نداشتن چیزی مطلق، دلالت دارد. این علم بیشتر زمان بررسی اجسام در حال حرکت با سرعت زیاد ملاحظه می شود. مغناطیس، رنگ زرد طلا، مایع بودن جیوه، تلویزیون های قدیمی، نور، نیروگاه های هسته ای و ابر نواخترها همه نشانگر این قانون هستند. هدف این فرادرس، آموزش نسبیت خاص به صورتی است که مخاطب خیلی ساده در زندگی روزمره خود آن را تجسم کند.

الکترومغناطیس مطالعه تاثیرات بارهای الکتریکی ساکن و متحرک است، از فیزیک مقدماتی می دانیم که دو نوع بارمثبت و منفی وجود دارد. بارهای مثبت و منفی هر دو منشا یک میدان الکتریکی هستند. بارهای متحرک جریان را به وجود می آورند، که یک میدان مغناطیسی را نتیجه می دهد. در این آموزش، هدف ما این است، که به صورت کلی از فیزیک الکتریسیته صحبت کنیم. فیزیک الکتریسیته، از نظر فیزیکدانان و مهندسین برق و کامپیوتر دارای اهمیت بنیادی است.

مکانیک تحلیلی، شاخه ای از علم گسترده فیزیک است، که به تجزیه و تحلیل حرکت سیستم های مختلف می پردازد. این رشته توسط دانشمندان و ریاضیدانان بسیاری در قرن ۱۸ و به دنبال مکانیک نیوتنی توسعه داده شد. در مکانیک نیوتنی مقادیر برداری در نظر گرفته می شوند: مثلاً جابجایی، شتاب، نیرو، تکانه و ...  اما در مکانیک تحلیلی با استفاده از خواص نرده ای حرکت و در نظر گرفتن سیستم به عنوان یک کل (معمولاً انرژی جنبشی و پتانسیل کل سیستم) و نه بردارهای نیرویی ذرات منفرد، به بررسی سیستم می پردازد. در این آموزش مطالب درسی مربوط به مکانیک تحلیلی ۱ که یک واحد درسی دانشجویان فیزیک است، ارائه گردیده و به فراخور نیاز، تعدادی مسأله نیز حل شده است.

در این آموزش تعریف اولیه معادلات موج و گرما به عنوان دو معادله که از اساسی ترین معادلات با مشتقات جزئی محسوب می شوند، در دو فضای یک و دو بعدی بیان شده است؛ سپس روش های اثبات و تحلیل آن ها با استفاده از روش های گوناگون ارائه می شود. در نهایت با ارائه چند مثال، به فهم بهتر مسائل کمک شده است.

با توجه به محدودیت منابع آموزشی داخلی مانند کتب تالیف شده یا ترجمه شده و اینکه تحقیق در زمینه فروسیال ها اغلب منحصر به کارهای پژوهشی در حیطه دانشگاهی بوده و همچنین جدید بودن این ماده و کاربردهای فراوانی که در صنایع مختلف می تواند داشته باشد، در این فرادرس سعی کردیم که علاقه مندان به این حوزه کاری را با مفاهیم اولیه و برخی اصطلاحات خاص آشنا کنیم. بدین ترتیب هنرجویان می توانند با دید بهتری نسبت به اهداف خود در این زمینه اقدام کنند.

ترمودینامیک کوانتومی به دو شاخه آمار بوز-اینشتین (Bose–Einstein) و آمار فرمی-دیراک (Fermi–Dirac) تقسیم می شود که هر کدام اصول جداگانه ای برای توضیح رفتارهای ترمودینامیکی سیستم های کوانتومی دارند. در این فرادرس مباحث مربوط به مکانیک آماری کلاسیک و کوانتومی مورد نیاز برای آمادگی آزمون دکتری مطرح می شود. علاوه بر نکات مهم، تست های کنکور دکتری نیز تشریح و بررسی می شود. این آموزش فرصت مناسبی برای جمع بندی نهایی داوطلبان دکتری در رشته های فیزیک محسوب می شود که می تواند مطالعات دانشجویان را منظم کرده و مسیر ورود به مقطع دکتری را برای آن ها تسهیل نماید.

مکانیک آماری پیشرفته، که در بیشتر گرایش های رشته فیزیک و در مقطع کارشناسی ارشد، در قالب یک درس سه واحدی تدریس می شود، یکی از مباحث پرکاربرد در فیزیک است. در مکانیک آماری پیشرفته سیستم هایی که شامل تعداد بسیار زیادی ذره هستند، مورد مطالعه قرار می گیرند. درس مکانیک آماری پیشرفته که مکمل ترمودینامیک کلاسیک است، بر اساس خواص میکروسکوپی ذرات تشکیل دهنده سیستم و برهم کنش بین آن ها، در مورد خواص میکروسکوپی و درشت مقیاس آن از قبیل: آنتروپی، انرژی آزاد و تابع گیبس (Gibbs) اطلاعاتی ارائه می دهد.

درس محاسبات عددی یکی از دروس تخصصی کلیه رشته های فنی مهندسی و علوم پایه به شمار می رود. اهمیت این درس از این بابت است که در محاسبات مهندسی به پیدا کردن جواب نیاز داریم و در اکثر مسائل با توجه به اینکه جواب دقیق (تحلیلی) وجود نداشته یا اطلاعات کافی برای ارائه آن موجود نیست، به کمک محاسبات عددی، جواب تقریبی ارائه می گردد. برای به دست آوردن جواب تقریبی نزدیک به جواب دقیق، به استفاده از نرم افزارهای محاسباتی، مانند: پایتون، متلب (MATLAB)، متمتیکا (Mathematica)، میپل، SPSS و C نیاز داریم. در این فرادرس، درون یابی، مشتق گیری و انتگرال گیری، ریشه معادلات، حل معادلات دیفرانسیل، تعیین مقادیر ویژه و روش کمترین مربعات همراه با کدنویسی در زبان پایتون ارائه می گردد.

هدف از درس فیزیک لیزر، درک لیزر و ویژگی های آن به طور کلی است. لیزر از سه بخش اصلی: مواد فعال، طرح دمش و تشدیدگر تشکیل شده است که در این آموزش به آن ها پرداخته می شود. در این فرادرس ابتدا به بررسی اجمالی مفاهیم مقدماتی که در لیزر مطرح می شوند، پرداخته می شود و سپس بر هم کنش تابش با اتم و مولکول که اساس بر هم کنش لیزر با ماده است، مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه فرایندهایی که برای تحریک لیزر به کار برده می شود، مباحث کاواک های تشدید نوری و لیزرهای پیوسته، ارائه می گردد. خواص باریکه های لیزر و دلیل اهمیت آن ها بررسی می شود و نهایتا به توضیح و تشریح چند نوع لیزر پرداخته می شود.

سلول‌ خورشیدی پروسکایتی (Perovskite Solar Cell) یکی از مهم‌ ترین انواع سلول ‌های خورشیدی است که بازده (Efficiency) آن در طول یک دهه اخیر، سریعا افزایش یافته‌ است. در این فرادرس، مفاهیم مربوط به سلول خورشیدی پروسکایتی بیان شده است. ساختار کریستالی پروسکایتی و علت ناپایداری آن تحت شرایط گوناگون توضیح داده شده و روش های افزایش طول عمر سلول خورشیدی پروسکایتی بیان شده است. بنابراین با کمک این آموزش، قادر هستیم تا به صورت عملی، سلول خورشیدی پروسکایتی مورد نظر خود را ساخته و به آسانی مشخصه یابی نماییم.

هدف از این فرادرس، آموزش مقدماتی Geant4 است که در قالب ۱۱ درس ارائه می شود. در این آموزش سعی شده است که مباحث اولیه و لازم برای شبیه سازی یک آزمایش نوعی، به صورت گام به گام ارائه شود. در حال حاضر پروژه های سنگین مرکز تحقیقاتی CERN در اروپا و بسیاری از پروژه های دیگر، شامل: فیزیک ذرات بنیادی، دزیمتری (Dosimetry) و طراحی درمان، میکرودزیمتری در فضای زیرسلولی، حفاظ سازی سفینه های فضایی، طراحی و بهینه سازی دستگاه های پرتودرمانی، توموگرافی میون و... با استفاده از این ابزار انجام می گیرد. در این فرادرس با فرض این که مخاطب حداقل آگاهی از برنامه نویسی ++C را دارد، شروع کار با Geant4 آموزش داده شده است و کاربر پس از مشاهده این آموزش به راحتی می تواند پروژه های خود را شبیه سازی و اجرا کند.

در این فرادرس سعی شده است به هر دو قسمت ریاضیات و اپتیک درس مبانی اپتیک فوریه پرداخته شود. بنابراین پس از مقدمه‌ای کوتاه، وارد بخش ریاضیاتی می‌شویم که شامل: انتگرال‌های فوریه، خواص و تبدیلات فوریه و معرفی توابع مختلف و بررسی تبدیل فوریه آن‌ها است. سپس بخش اپتیک درس بررسی می‌شود که بخش‌های سیستم‌های خطی به عنوان فیلترها، نمونه‌گیری، پراش فرنل و فرانهوفر (Fraunhofer) و نهایتا تصویرگیری را پوشش می‌دهد. امیدواریم با مشاهده این آموزش بتوانید تسلط نسبتا خوبی روی مباحث اپتیک فوریه پیدا کنید.

امروزه می توان گفت که علم و فناوری دیگر نمی توانند جوابگوی توقعات روزافزون بشر باشند، اما ورود علم نانو به این عرصه، تحولات عظیمی را در جهان ایجاد کرده است که موجب شده است تا نانوتکنولوژی به یکی از مهم ترین و جذاب ترین زمینه های تحقیقاتی بشر در سال های اخیر تبدیل شود. به همین دلیل اخیرا علم نانو در دانشگاه ها هم به عنوان رشته اصلی دانشگاهی و هم به عنوان واحدهای درسی در سایر رشته ها ارائه می گردد. علاوه بر این، اخیرا کتاب های مختلف آموزشی هم در این زمینه به چاپ رسیده است و در نتیجه در این آموزش قصد داریم با بهره گیری از تکنیک های موثر یادگیری، به آموزش مباحث سنتز نانوساختارها بپردازیم.