Témata pro SOČ

Katedra fyziky Přírodovědecké fakulty Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem nabízí studentům středních škol témata, kterým se mohou věnovat v rámci středoškolské odborné činnosti (SOČ). Po odborné stránce studenty povedou pracovníci katedry fyziky. V případě zájmu o některé téma, zprostředkování kontaktu s vedoucím SOČ nebo o další informace se prosím obraťte na níže uvedený kontakt:

RNDr. Eva Hejnová, Ph.D.
Katedra fyziky
Přírodovědecká fakulty Univerzita J. E. Purkyně
E-mail: eva.hejnova@ujep.cz
Tel. 475 286 621

Nabízená témata

Magnetronová depozice vrstev oxidů kovů na flexibilní substráty s uplatněním v oblasti flexibilní elektroniky

Vedoucí SOČ: doc. Ing. Martin Kormunda, Ph.D.

Flexibilní elektronika je dnes velmi rozšířený obor, který místo tradičních rigidních substrátů (křemík, sklo) využívá flexibilní polymery nebo kovové fólie. Použití flexibilních substrátů přináší významné výhody, jako je jejich cena, schopnost přizpůsobit se různým tvarům, nízká hmotnost, možnost připravit tenké struktury ale také možnost integrovat je do roll-to-roll procesů a zvýšit tak efektivitu výroby. V rámci flexibilní elektroniky se často vyrábějí různé komponenty, jako jsou tranzistory, diody, senzory, displeje, paměti, baterie a další. Základem těchto součástek jsou pak různé polovodičové či kovové multivrstevnaté struktury, které se na zvolený substrát nanáší. Oxidy kovů, jako jsou ZnO, TiO₂, SnO₂, VO₂ a další, jsou krystalické polovodiče se zajímavými optickými vlastnostmi, které se používají při výrobě optoelektronických součástek. Existuje několik metod, jak tyto vrstvy připravit, například sol-gel proces, spray pyrolýza, chemická depozice, avšak tyto metody obvykle poskytují méně kvalitní krystalické vrstvy, což je klíčové pro dosažení požadovaných vlastností těchto oxidů. Magnetronové naprašování je vhodnou technikou pro výrobu tenkých, homogenních vrstev, jejichž strukturu lze ovlivnit správným nastavením parametrů naprašování. Nicméně možnosti přípravy vrstev oxidů kovů na flexibilních substrátech pomocí magnetronového naprašování nebyly doposud dostatečně prozkoumány. V rámci této práce bude žák studovat možnosti využití magnetronového naprašování pro přípravu vrstev oxidů kovů na flexibilních substrátech a charakterizovat jejich vlastností s cílem uplatnit je v oblasti flexibilní elektroniky.

Úprava 3D tištěného spektroheliografu Sol’EX pro pozorování magnetického pole Slunce s velmi vysokým rozlišením (R>100000)

Vedoucí SOČ: doc. RNDr. Stanislav Daniš, Ph.D.

Slunce by bez magnetického pole byla nudná hvězda“, pravil jeden slavný astrofyzik. Jak však toto pole měřit, studovat? Jedna z možností je využít tzv. Zeemanova jevu. Tento jev vlivem magnetického pole malinko změní světlo přicházející od Slunce. Změna je však velmi nepatrná a na její sledování potřebujeme vhodný přístroj s dostatečným rozlišením. Jedním z nich je takzvaný spektroheliograf umožňující zobrazit Slunce na jakékoliv vlnové délce viditelného záření. Spektroheliograf je dnes možné realizovat za pomoci 3D tiskárny, například Sol’EX (https://astrosurf.com/solex). Náplní tématu je úprava Sol’EXu vedoucí k podstatnému nárůstu rozlišení, umožňující detekci slabších magnetických polí. Součástí řešení bude ověření nárůstu rozlišení v laboratoři a při vlastním pozorování Slunce.

Dynamika hoření palivové směsi lihové rakety

Vedoucí SOČ: Mgr. Robert Seifert

Cílem práce je podrobněji prozkoumat děje probíhající při hoření směsi lihových par a vzduchu v tzv. “lihové raketě”. Samo hoření je pro lidské oko příliš rychlé, ale s použitím sběru dat a videozáznamu je možno sledovat, co se při hoření odehrává. V rámci práce bude student experimentálně určovat vliv tvaru lahve, velikosti otvoru a bohatosti směsi na celkový průběh hoření. Katedra může zapůjčit měřicí systém Vernier (nástroj pro analýzu dat), pro pořízení videozáznamu bude student potřebovat vlastní prostředek (ideálně iPhon).

Vzdálené fyzikální experimenty s Arduinem

Vedoucí SOČ: doc. RNDr. František Lustig, CSc.

Vzdálené experimenty jsou experimenty, které se dají ovládat přes standardní internetový prohlížeč. Existují již více než 20 let, prošly dlouhým vývojem. Některé středoškolské laboratorní úlohy s profesionálním měřicím systéme ISES nalezneme na https://www.ises.info/index.php/cs/laboratory. V současné době je vytvořená softwarová stavebnice Remduino Lab SDK pro platformu Arduina, volně stažitelná na https://www.ises.info/index.php/cs/news, která umožňuje rychlou a efektivní vlastní tvorbu vzdálených experimentů s běžně dostupným Arduinem. Jsou zde i ukázkové vzdálené experimenty, které si můžete vyzkoušet doma. Cílem SOČ je vytvořit další podobné vzdálené úlohy se softwarovou stavebnicí Remduino Lab SDK z fyziky, ale mohly by to být vzdálené úlohy i z přírodovědy, chemie, z automatizace domácnosti aj. Nám se osvědčila tvorba vzdálených experimentů na rozšiřitelných shield deskách (prázdné tištěné spoje, kde se sestaví, naletuje vzdálený experiment). Tvůrce vzdálených experimentů nemusí být programátor, stačí pouze „slepovat“ dohromady jednotlivé softwarové moduly pro vstup, výstup, zobrazení, záznam a export dat. Stavebnice vzdáleného experimentu samozřejmě poskytuje živý kamerový pohled. Inspiraci lze najít v publikaci https://www.ises.info/old-site/clanky_pdf/Vyukovy_kurz_prispevek.pdf. Pokud bude řešitel zdatným programátorem, můžeme se pokusit softwarovou stavebnici Remduino Lab SDK rozšířit, zmodernizovat aj.