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.

طراحی دستگاه های پیچیده که ترکیبی از فیزیک های مختلف هستند، مستلزم حل معادلات بسیار پیچیده بوده که گاهی اوقات از توانایی فرد برای ایجاد کدهای نرم افزاری خارج است. به همین دلیل نرم افزارهای المان محدود ایجاد شدند تا این مسیر را راحت کنند. از بین این نرم افزارها، نرم افزار کامسول در زمینه محاسبات مسائل چند فیزیکی سرآمد بوده و به شدت در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد.

این نرم افزار یک نرم افزار متن باز (Open source) است که دارای قابلیت اجرای موازی را دارد و از آن می توان برای مدل سازی اتمی، پلیمری، بیولوژیکی، فلزی، گرانول، و سیستم های دانه درشت استفاده کرد، همچنین دارای انواع پتانسیل های برهمکنش ذرات است. این فرادرس شامل شبیه سازی دینامیک مولکولی و کار با بسته نرم افزاری لمپس است و در این فرادرس با نحوه نصب لمپس روی ویندوز و لینوکس، دستورات لمپس و نحوه اجرای کدها آشنا خواهید شد، همچنین نرم افزارهای جانبی مانند: متریال استودیو (Materials Studio)، پک مول و وی ام دی (VMD) که در کار با لمپس به ما کمک می کند نیز آموزش داده خواهد شد.

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 مثال‌های مناسب در خلال درس، مفاهیم روشن‌تر گردند و علاوه بر مرور مفاهیم پایه الکترواستاتیک، عمده تمرکز روی موارد تخصصی‌تر 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.

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.

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.

درس الکترومغناطیس به عنوان یکی از دروس مهم مهندسی برق، در کنار مفاهیم زیبایی که در آن وجود دارد، همواره دارای سختی محاسبات و پیچیدگی مفاهیم بوده و تسلط بر آن و حل مسائل مربوطه نیاز به مطالعه و تسلط بالا دارد. از آنجا که این درس در کنکور کارشناسی ارشد و دکتری مهندسی برق به عنوان یکی از موارد امتحانی مورد پرسش قرار می گیرد، لذا کسب درصد خوب در این درس می تواند روند موفقیت دانشجویان را تسهیل کند.

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.

هدف از مرور و تست درس مکانیک کوانتومی ۱ و 2، این است که دانشجوی علاقمند برای ورود به دوره کارشناسی ارشد فیزیک که نیاز به حل مسائل این درس را دارد با چگونگی حل این مسائل در زمان کمتری آشنا شود. خلاصه ای از فرمول ها و مطالب مهم این درس که به دفعات در سال های اخیر در کنکور کارشناسی ارشد فیزیک مطرح شده نیز در ابتدای هر درس و قبل از حل نمونه سوالات، گردآوری و بیان شده است. بیان مفهومی مطالب نیز کمک زیادی به درک حل مسائل این درس نیز می کند.

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.

فیزیک ذرات بنیادی یکی از مهم ترین و بزرگ ترین شاخه های فیزیک است که به بررسی رفتار و مشخصات کوچک ترین ذرات عالم و همچنین، برهم کنش های بین آن ها از طریق نیروهای میدانی مربوطه می پردازد. ضرورت مطالعه و آزمایش در زمینه فیزیک ذرات بنیادی، شناخت جهان و مواد تشکیل دهنده آن در ریزترین ساختارها و بالاترین انرژی ها است، همچنین شبیه سازی آغاز جهان و جهان اولیه نیز در این انرژی ها و آزمایشگاه ها از اولویت بالایی برخوردار است. در این فرادرس به صورت تئوری به شناخت ذرات بنیادی، تاریخچه کشف آن ها و قوانین حاکم بر آن ها می پردازیم.

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.

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.

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.

ماژول پلاسما (Plasma Module)، یک ابزار تخصصی برای شبیه سازی تخلیه های الکتریکی تعادلی و غیر تعادلی است که می تواند گستره وسیعی از مسائل مهندسی پلاسما را پوشش دهد. در این فرادرس، شبیه سازی تخلیه الکتریکی تابان (Glow Discharge)، تخلیه الکتریکی هاله (Corona Discharge) و تخلیه الکتریکی با سد دی الکتریک (DBD)، در فشارهای پایین و اتمسفری و با میدان های DC و AC و گاز ورودی آرگون و هوا آموزش داده می شود و همچنین نحوه نمودار گرفتن و انواع آنالیزها روی نتایج این شبیه سازی ها توضیح داده می شود.

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.

در این آموزش قصد داریم مباحث پایه و اساسی مرتبط با مفاهیم فیزیک هسته‌ای را بررسی نماییم و نکاتی را مطرح کنیم که منجر به یادگیری مباحث می‌شود. هدف این فرادرس ارائه نکات در زمینه‌های مختلف فیزیک هسته‌ای است تا بتوانیم بهتر با دنیای فیزیک هسته‌ای ارتباط برقرار کنیم. در ابتدا به معرفی خواص عمومی هسته‌ها پرداخته و سپس به مباحثی همچون: حرکت مستقل ذرات، پتانسیل نوکلئونی مستقل، مدل لایه‌ای و جفت‌شدگی و در نهایت مدل‌های مجموعه‌ای می‌پردازیم.

درس اپتیک یکی از مهم‌ترین دروس دوره کارشناسی رشته فیزیک است که به ماهیت برداری نور و توجیه پدیده‌های مبتنی بر ماهیت برداری پرداخته و شروعی برای درس‌های پیشرفته‌تر رشته فیزیک، مانند: درس‌های اپتیک فوریه، اپتیک غیر خطی یا اپتیک هندسی است. تمامی دانشجویان رشته فیزیک در تمامی گرایش‌ها لازم است درس اپتیک را به خوبی درک کرده باشند تا بتوانند دروس بعدی فیزیک را نیز درک کنند.

قطعات نیم‌رسانا در دنیای الکترونیک امروز نقشی اساسی دارند و تقریبا تمامی دستگاه‌‌های روزمره‌‌ای که ما استفاده می‌کنیم، از قبیل: گوشی‌های همراه، تبلت‌‌ها، رایانه‌‌ها، رادیوها و… به آن‌ها وابسته است. در نتیجه کسب اطلاعات کافی در مورد ساختار درونی این مواد و انواع کاربردهای آن، زمینه را برای پیشرفت صنعت الکترونیک فراهم می‌کند. این آموزش از پنج درس تشکیل شده است. درس‌های یکم تا سوم به معرفی فیزیک مقدماتی نیم‌رساناها و تکنولوژی ساخت آن‌ها می‌پردازد. در درس چهارم پیوندگاه‌های فلز - نیم‌رسانا و پیوند‌گاه‌های ناهمگن با تاکید بر دیود سد شاتکی (Schottky Barrier Diode) مطرح شده است. در درس پایانی هم اساس کار و مشخصات انواع مختلف قطعات نوری ساخته شده توسط نیم‌رساناها مورد بررسی قرار گرفته است.

هدف از این آموزش، آشنایی و تسلط بر مفاهیم فیزیک هسته‌ای و روابط حاکم بر آن است، بنابراین، دانشجو پس از مرور مباحث فیزیک هسته‌ای ۲ قادر است تا به تنهایی و با تکیه بر توانایی خود، از عهده مسائل و تحلیل‌های مربوط به این زمینه برآید. امروزه به جرات می‌توان مسائل هسته‌ای را چه در ایران و چه در جهان به عنوان مهم‌ترین مساله کنونی و چالش‌برانگیز موجود در نظر گرفت که ضمن مرتبط بودن آن با تامین انرژی مصرفی مورد نیاز جهان، عاملی برای درک ساز و کار جهان هستی نیز محسوب می‌شود. به دلایل مذکور، این رشته تحصیلی در کانون توجه قرار گرفته است و مقالات و کتب چاپ شده در این زمینه، بسیار با استقبال همراه شده است، بنابراین آگاهی از این زمینه علمی، کمک شایانی به درک ما از مسائل پیرامون، درک جهان هستی و حتی نحوه پیدایش جهان می‌کند.

یکی از روش‌های بررسی عکس‌های SEM، استفاده از نرم‌افزار پرکاربرد imageJ است. این نرم‌افزار که قادر به نشان دادن، آنالیز، ویرایش و... تصاویر ۱۶ و ۳۲ بیتی است، از بسیاری از فرمت‌ها مانند JPEG پشتیبانی می‌کند و برای برخی از تحلیل‌های تصاویر SEM بسیار مناسب است. به عنوان مثال با استفاده از این نرم‌افزار می‌توان چگونگی توزیع نانوذرات روی سطح را از تصویر SEM به صورت نمودار استخراج کرد. در این فرادرس سعی شده است تا برخی کاربردهای imageJ در تحلیل تصاویر SEM، مانند بررسی اندازه ساختارهای ایجاد شده بررسی شود. بدین ترتیب پس از پایان این فرادرس قادر خواهید بود، درک دقیق‌تر و درست‌تری از تصاویر SEM و در نتیجه ساختارهای ریز روی سطح داشته باشید.

با ظهور و پیدایش کامپیوترهای کوانتومی (Quantum)، وارد عصر جدیدی شده‌ایم که قدرت محاسبه‌های ما به طور چشمگیری افزایش یافته است. برای دسترسی و بهره‌گیری از این ابزار نیاز به درک چگونگی عملکرد و همین‌طور به کار بردن آن در مسائل عملی داریم. در این فرادرس سعی می‌کنیم با پیچیده‌ترین مفاهیم موجود در دنیای محاسبات کوانتومی سر و کله بزنیم و به صورت تعاملی همراه با نوشتن و اجرای کد برای یک کامپیوتر کوانتومی از این دریچه جدید بهره ببریم.

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 ریاضیات می‌شویم که شامل: انتگرال‌های فوریه، خواص و تبدیلات فوریه، معرفی توابع مختلف و بررسی تبدیل فوریه آن‌ها است. سپس به بخش اپتیک می‌پردازیم 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.

هسته اصلی این درس آشنایی با پلاسمای سرد فشار اتمسفری و کاربردهای گسترده آن است. اینگونه از پلاسماها از طریق تخلیه الکتریکی به وجود می‌آیند. پلاسمای تخلیه الکتریکی با سد دی‌الکتریک غیر تعادلی است، یعنی از الکترون‌های داغ، یون‌های سرد و گونه‌های خنثی تشکیل شده است که در دمای اتاق قرار دارند. این خصوصیت پلاسمای سرد فشار اتمسفری این امکان را برای ما ایجاد کرده است تا از آن در پردازش مواد حساس به گرما و بافت‌های زنده در صنعت و پزشکی استفاده شود، به عنوان مثال در پزشکی برای انعقاد خون، استرلیزه کردن سطح و از بین بردن باکتری‌ها و در صنعت نساجی برای تثبیت رنگ روی پارچه و موارد بسیار دیگری که در درس آمده است از این حوزه استفاده می‌شود.

در این فرادرس با فرض اینکه دانشجو با مبانی فیزیک کوانتومی و مکانیک موجی آشنایی پیدا کرده است، به تشریح مباحث مکانیک کوانتومی بر اساس فرمول‌بندی دیراک (Dirac) پرداخته می‌شود. مکانیک کوانتومی از جمله مباحثی است که علاوه بر رشته فیزیک، در سایر رشته‏‌های دانشگاهی دیگر نیز تدریس می‌شود اما به دلیل آمیختگی مفاهیم فیزیکی با روابط نسبتا پیچیده ریاضی در آن، گاهی اوقات درک کامل آن برای بعضی از دانشجویان مشکل است. در این آموزش ما سعی کرده‌ایم تا جایی که امکان دارد روابط و معادلات ریاضی را ساده نموده و مفاهیم فیزیکی را به زبانی ساده که برای همه قابل فهم باشد، بیان کنیم.

از آنجا که محاسبه‌های مربوط به مسائل کوانتومی در ابعاد بالا و برای تعداد ذره‌های زیاد، بسیار سخت، پیچیده و زمان‌بر است، نرم‌افزارهایی برای انجام این محاسبه‌ها طراحی شده‌اند. یکی از مهم‌ترین این نرم‌افزارها، Wolfram Mathematica و دارای دو‌بخش است. بخش اصلی آن شامل: دستورهای مورد نیاز برای محاسبه‌های فیزیکی است و بخش دیگر که عنوان بسته کوانتومی Wolfram Mathematica شناخته می‌شود، صرفا برای انجام محاسبه‌های کوانتومی در فضای ماتریسی و در فضای دیراک (کت و برا) طراحی شده است. در این آموزش، هدف ما آشنایی با بسته کوانتومی Wolfram Mathematica است.

در این فرادرس قرار است از پایتون برای حل مسائل فیزیک در اکثر درس‌ها مانند: فیزیک پایه، اپتیک، ترمودینامیک، مکانیک تحلیلی، مکانیک سیالات، الکترومغناطیس و فیزیک محاسباتی استفاده کنیم تا دانشجویان علاوه بر یادگیری زبان پایتون بتوانند استفاده کاربردی از آن را در رشته‌ای که تحصیل می‌کنند، ببینند. از هر درس چند مبحث یا سوال انتخاب شده که با استفاده از پایتون، آن‌ها را برنامه‌نویسی می‌کنیم. در هر قسمت آموزش ابتدا مسائل فیزیک بیان می‌شود و سپس در طول نوشتن برنامه و حل مساله، زبان پایتون (در حد نیاز) ارائه خواهد شد.

حرکت جسم متصل به فنر کشیده یا فشرده، پاندول ساعت، حرکت زمین به دور خورشید و ارتعاش مولکول‌های هوا و تولید صوت نمونه‌های دیگری از حرکت‌های نوسانی هستند. به دلیل این که این حرکت‌ها تکرار می‌شوند آن‌ها را حرکت تناوبی می‌نامیم و دوره حرکت و بسامد حرکت را برای آن‌ها تعریف می‌کنیم. در این آموزش ابتدا به کمک قوانین حرکت نیوتن، معادله حرکت هماهنگ ساده را یافته و سپس آن را برای چند نوع سیستم به کار می‌بریم. در این آموزش، سیستم نوسانی را نوسانگر هماهنگ ساده می‌نامیم. در انتهای درس، حرکت نوسانی میرا و واداشته بررسی می‌شود.

در این آموزش، نخست به طور خلاصه ماژول Wave Optics معرفی می‌‌شود، سپس با استفاده از شرایط مرزی دوره‌‌ای چند مثال از جمله: زاویه حد و بروستر (Brewster Angle)، تحریک پلاسمون پولاریتون‌های سطحی (Surface Plasmon Polariton) در پیکربندی کریشمن (Kretschmann)، یک توری پراش ساخته ‌شده از نانو - نوارهای طلا و تابش نور از هوا به یک فراماده با ضریب شکست منفی شبیه‎‌سازی می‌‎شوند. در ادامه مبحث موجبرها و چگونگی شبیه‌‎سازی آن‎‌ها در این ماژول با انجام مثال‌های مناسب بیان و روش تحلیل مد شرح داده می‌شود. برای تکمیل مبحث موجبرها یک مثال هم از کاربرد فیزیک Beam Envelope آورده شده است. در انتها این فرادرس با انجام یک مثال جذاب از شنل نامرئی‌کننده به منظور آشنایی با چگونگی اعمال ناهمسانگردی مواد اپتیکی به پایان می‌رسد.

درس امواج و ارتعاشات جهت آشنایی با پدیده‌های روزمره‌ای که دست کم در طی روز چندین‌ بار با آن‌ها سر و کار داریم، ارائه می‌شود که از جمله آن‌ها می‌توان به: انتقال صوت از نقطه‌ای به نقطه دیگر، لرزش پرده صماخ که سبب شنیدن صوت دریافتی می‌شود و... اشاره کرد. این فرادرس برای دانشجویان رشته‌های فیزیک و مهندسی برق جهت آشنایی بهتر با تداخل و نحوه عملکرد امواج برای درک بهتر امواج انتقالی در آنتن‌های مخابراتی و سیگنال‌های حاصل شده از آن‌ها است.

ما در این آموزش سعی کرده‌ایم تا مطالب را به شکلی ساده و در عین حال کوتاه و طبقه‌بندی شده درباره رصد آسمان، شرایط و ملزومات آن بررسی نماییم. در این فرادرس اطلاعات مفید برای شروع به رصد آسمان و کار با تلسکوپ به سادگی قرار داده شده و نیز برای معلم‌های علوم مدارس که به طور عمومی آموزشی متناسب با نجوم نمی‌بینند قابل استفاده است. در این آموزش به مختصات آسمان و اندازه‌گیری‌ها در فضا، معرفی صورت‌های فلکی‌ مهم و جهت‌یابی با کمک آن‌ها، نحوه رصد آسمان با چشم غیر مسلح، تلسکوپ و همچنین رویت هلال، رصد اجرام مهم آسمان، دنباله‌دار‌ها و بارش‌های شهابی اشاره شده است.

EES (Engineering Equation Solver) نرم‌افزاری مهندسی با کاربرد‌های متنوع در زمینه ترمودینامیک و انتقال حرارت است. این نرم‌افزار حاوی کتابخانه‌های جامعی از ویژگی‌های فیزیکی مواد مختلف است و همین ویژگی باعث روی آوردن بسیاری از مهندسان، پژوهشگران و صنعتگران به این نرم‌افزار شده است. امروزه با پیشرفت علم و فناوری، نیاز انسان به استفاده از ابزاری قدرتمند و کمکی دوچندان شده است و بدون شک بهترین ابزار موجود، استفاده از کامپیوتر و نرم‌افزار‌های آن در زمینه‌های مختلف است و لذا بهره‌گیری درست و هوشمندانه از این ابزار، کلید حل بسیاری از مسائل است.

درس الکترومغناطیس ۲ در ادامه مباحث الکترومغناطیس ۱ مطرح می‌شود که از دروس الزامی رشته کارشناسی فیزیک در تمام گرایش‌ها محسوب می‌شود. دانشجویان رشته فیزیک و مهندسی برق - الکترونیک نیاز اساسی به فراگیری مباحث پیشرفته الکترومغناطیس دارند. معادلات ماکسول (Maxwell's Equations)، تابش الکترومغناطیس، الکترومغناطیس نسبیتی، قطبش (Polarization) و انتشار امواج الکترومغناطیسی در محیط‌های مرزی در کتب مرجع مختلفی مطرح شده است. در این فرادرس مباحث اساسی و تکمیلی الکترومغناطیس همراه با مثال‌هایی برای تشریح و درک موضوع و نیز تحلیل و حل برخی مسائل مهم کتاب‌های تخصصی در این زمینه ارائه می‌گردد.

یکی از کاربردهای لیزر استفاده از آن در پزشکی است. دندانپزشکی، درمان انواع سرطان‌ها، تحریک سلول‌های عصبی، درمان بیماری‌های پوستی و... از جمله پرکاربردترین مواردی است که در آن‌ها از لیزر بهره می‌برند. در سال‌های اخیر نوعی از چاپگرها موسوم به چاپگرهای سه‌بعدی گسترش پیدا کرده‌اند که بر مبنای لیزرها عمل می‌کنند و دارای کاربردهای بسیار زیادی در زمینه‌های مختلف هستند. در این آموزش قصد بر آن است تا ابتدا اصول و مفاهیم اولیه لیزرها به صورت مختصر توضیح داده شود و سپس خصوصیات نور لیزر مورد بحث قرار گیرد. بحث عمده این آموزش به کاربردهای لیزر در زمینه‌های گوناگون، نظیر: تداخل‌سنجی، استفاده از لیزرها در صنعت، پزشکی و در سامانه‌های نظامی اختصاص پیدا می‌کند.

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.