Akustiset ja sähkömagneettiset aallotLaajuus (3 op)

Osaamistavoitteet

Fysiikan opintojen tavoitteena on tuottaa niitä valmiuksia, joita automaatiotekniikan insinööriopiskelija ja valmistunut insinööri tarvitsee pystyäkseen omaksumaan koulutusalansa ammatillisia sisältöjä, hahmottamaan työtehtäviin liittyviä uusia ilmiöitä luonnontieteellisestä näkökulmasta lähtien, ymmärtämään oman alansa jo olemassa olevaa tekniikkaa sovelluksineen, soveltamaan luonnontieteellistä ajattelutapaa ongelmien ratkaisemiseen sekä haasteisiin vastaamisessa ja omaksumaan tekniikan alan muuttuvaa sekä uutta tietoa.

Opiskelija kehittää teknillis-tieteellistä ajattelutapaansa, osaa ilmiöiden luonnontieteellistä analyysiä sekä opiskelija ymmärtää akustisten ja sähkömagneettisten aaltojen käsitteet. Opiskelija osaa, hallitsee ja ymmärtää geometrisen optiikan ja valon kytkeytymisen optisiin kuitukanaviin. Opiskelija osaa, hallitsee ja ymmärtää radioaaltojen etenemisprosessit, langattomien verkkojen toimintaidean ja kantamavaimen-nuksen määrittämisen sekä radioantennien perustoiminnot.
Opiskelija tuntee oman alansa erilaisten laitteiden ja koneiden toimintaperiaatteiden taustalla olevia fysikaalisia lainalaisuuksia ja osaa esittää haasteisiin ja ongelmiin perusteltuja ratkaisuja.

Sisältö

1. Akustiset aallot, ääniaallot, äänenpaineentasot, ultraääni, ultraäänen värähtelymoodit, sähkömekaaniset EMFI- kalvot ja anturit, . . .
2. Sähkömagneettiset aallot, eteneminen RF- kaapelissa ja avoimessa tilassa, Poyntingin vektori ja sm- aallon intensiteetti, . . .
3. Aalto-optiikka, rajapintailmiöt, optiset kuidut, dispersiot ja vaimennus optisissa kuiduissa, kaistanleveys ja DWDM- sovellukset, diffraktio, interferenssi ohuissa kalvoissa, Rayleigh erotuskyky, . . . Geometrinen optiikka, pallopeilit, ohuet linssit, näköaistin toiminta, optiset laitteet, . . .
4. Radioaallot, dipolisäteilijä, diffraktio radioaalloille, antennit ja suuntavahvistus, EIRP, langattomat verkot ja kantamavaimennus, . . .

Esitietovaatimukset

Mekaniikan ja sähköopin perusteet, Mekaniikka lämpöoppi ja sähkökenttä, Magnetismi värähtelyt ja aallot

Arviointikriteerit, tyydyttävä (1)

1. Osaa ja ymmärtää käsitteet akustiset aallot, ääniaallot ja ultraääni. Osaa sekä ymmärtää äänenpaineentasojen dB- asteikon määrityksen perusperiaatteet ja sovellusalueet.
2. Osaa sekä ymmärtää sähkömagneettisen aallon perusominaisuudet ja erilaiset sovellusalueet.
3. Osaa ja ymmärtää optisen kuidun toiminnan valosignaalin kanavana. Osaa määritellä valosignaalin vaimennuksen optisessa kuidussa. Osaa perusteet geometrisen optiikan linssien toiminnoissa.
4. Osaa ja ymmärtää radioaaltojen käytön perusperiaatteet informaation siirrossa ja langattomissa radiolinkkiyhteyksissä.

Arviointikriteerit, hyvä (3)

1. Osaa määrittää akustisen aallon äänenpainetason useamman äänilähteen tapauksessa. Hallitsee ja ymmärtää ultraäänen eri etenemismoodien kytkennän kiinteän aineen kimmoisiin ominaisuuksiin.
2. Osaa määrittää sähkömagneettisen säteilyn intensiteetin tai sähkökentän voimakkuuden Poyntingin vektorin avulla. Osaa määrittää dielektrivakion aiheuttamat muutokset sähkömagneettisen aallon etenemiseen.
3. Osaa määrittää eri dispersiotekijöiden vaikutuksen optisten kuitujen siirtonopeuksiin. Ymmärtää ja hallitsee SM- ja MM- kuitujen ominaisuudet ja niiden käyttösovellukset. Ymmärtää ja hallitsee aallonpituuskanavoinnin käsitteen DWDM.
4. Osaa määrittää kantamavaimennuksen langattomille radiolinkki yhteyksille. Ymmärtää ja hallitsee sen mitä EIRP tarkoittaa. Osaa ottaa huomioon suuntavahvistuksen vaikutuksen vastaanottimissa ja lähettimissä.

Arviointikriteerit, kiitettävä (5)

1. Osaa määrittää erimuotoisille pinnoille säteilevien ja useamman eri äänilähteen yhdessä synnyttämän äänenpaineentason. Osaa erilaisissa tehtävien ratkaisuissa huomioida diffraktion ja eri äänilähteiden superposition vaikutuksen. Hallitsee paineaaltojen avulla suoritettavat äänenpaineentasojen laskutehtävät.
2. Osaa määrittää erilaisille pinnoille säteilevien sähkömagneettisten aaltojen intensiteetin tai sähkökentän voimakkuuden. Osaa määritellä teholliset ja amplitudiarvot sähkökenttä- ja magneettikenttä-värähtelijöille.
3. Osaa määritellä materiaalidispersion avulla eri aallonpituuskanavissa maksimiarvot informaation siirtonopeuksille optisessa kuidussa. Osaa moni linssisen systeemin kuvausyhtälön ja osaa määrittää suurennussuhteen.
4. Osaa määritellä langattoman radiolinkin tehomääritykset lähetin- ja vastaanotinantennien välillä kantamavaimennuksineen, diffraktio huomioon ottaen ja häviötekijöineen sekä hyötysuhteineen.