Elementy elekrodynamiki klasycznej

kierunkowe
obowiązkowe
ogólne kierunkowe

Algebra 0900-FG1-1AL
Analiza matematyczna I 0900-FS1-1AM1
Analiza matematyczna II 0900-FS1-1AM2
Elementy mechaniki teoretycznej 0900-FS1-2EMT

Algebra 0900-FG1-1AL
Analiza matematyczna I 0900-FS1-1AM1
Analiza matematyczna II 0900-FS1-1AM2
Elementy mechaniki teoretycznej 0900-FS1-2EMT

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z teoretycznymi założeniami elektrodynamiki klasycznej. Szczególny nacisk kładzie się na zrozumienie fizycznych podstaw przedmiotu. Szeroko dyskutuje się katalog zjawisk fizycznych, które dają się łatwo opisać w terminach elektrodynamiki klasycznej.

w sali

Elementy elektrodynamiki klasycznej są jednosemestralnym kursem przedmiotu, obejmującym 45 godzin wykładu i 45 godzin konwersatorium.

Treść nauczania obejmuje:

1) Zapoznanie studentów z podstawowymi pojęciami: elektrycznych ładunków punktowych i rozciągłych, dipoli elektrycznych i magnetycznych.

2) Analizę wektorową oraz całki wielowymiarowe w 3. wymiarach,

równania różniczkowe na funkcje skalarne i wektorowe.

3) Elektrostatykę w próżni i ośrodku materialnym, potencjał elektrostatyczny, pracę i energię w elektrostatyce.

4) Pola magnetostatyczne w próżni i ośrodku materialnym.

5) Prawa indukcji elektromagnetycznej.

6) Równania Maxwella w próżni i ośrodku materialnym.

7) Równania Maxwella ze źródłami, potencjały retardowane, opóźnione pole elektromagnetyczne.

8) Fale elektromagnetyczne w ośrodku przezroczystym.

9) Prawa optyki.

10) Promieniowanie elektromagnetyczne.

Profil studiów: ogólnoakademicki

Forma studiów: stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy

Dziedzina i dyscyplina nauki: Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych, Dyscyplina nauki fizyczne.

Poziom kształcenia: studia pierwszego stopnia

Rok studiów/semestr: 2. rok/4. semestr

Punkty ECTS: 9

Wymagania wstępne: kurs analizy matematycznej, kurs algebry, kurs mechaniki klasycznej.

Bilans nakładu pracy studenta:

- udział w wykładach (45 godz.),

- udział w konwersatoriach (45 godz.),

- udział w konsultacjach (15 godz.),

- praca własna studenta w domu (105 godz.),

Wskaźniki ilościowe:

- nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela - 4.8 ECTS;

- nakład pracy studenta związany z samodzielna pracą - 4.2 ECTS.

Zasady użycia sztucznej inteligencji (SI):

Podczas zajęć dozwolone jest korzystanie z systemów SI w zakresie:

1. Tłumaczenia maszynowego tekstów źródłowych z języków obcych.

2. Wyszukiwania i organizowania źródeł naukowych.

3. Tworzenia symulacji i modelowania omawianych na wykładzie zjawisk fizycznych.

Podczas egzaminu niedozwolone jest korzystanie z systemów SI.

W przypadku stwierdzenia naruszeń powyższych zasad, osoba kształcąca się może zostać pociągnięta do odpowiedzialności na podstawie odrębnych przepisów dyscyplinarnych.

Treść nauczania obejmuje:

1) Prawo Coulomba dla ładunków punktowych i ciągłych rozkładów ładunku elektrycznego.

2) Prawo Gaussa w próżni w postaci różniczkowej i całkowej. Potencjał elektrostatyczny, Praca i energia w elektrostatyce. Zasada superpozycji w elektrostatyce.

3) Własności przewodników w ramach elektrostatyki. Dipole elektryczne. Polaryzacja dielektryczna, ładunki związane, pole D. Prawo Gaussa w dielektryku, ładunki swobodne. Dielektryki liniowe, energia układu dielektryków.

4) Równanie ciągłości prądu elektrycznego, prawo zachowania ładunku elektrycznego. Siła Lorentza. Prawo Biota-Savarta.

5) Prawo Ampere’a w postaci różniczkowej i całkowej. Statyczne równania Maxwella. Potencjał wektorowy pola magnetycznego. Dipole magnetyczne.

6) Zjawiska paramagnetyzmu i diamagnetyzmu. Magnetyzacja, indukowane prądy związane. Prawo Ampere’a w materiałach magnetycznych, pole H. Domeny magnetyczne, zjawisko ferromagnetyzmu, pętla histerezy.

7) Prawo Ohma, postać polowa i potencjałowa. Siła elektomotoryczna SEM, prawo strumienia.

8) Indukcja elektromagnetyczna, prawo Faradaya. Prawo Lenza - uniwersalna reguła strumienia. Indukcyjność wzajemna i własna obwodów.

9) Modyfikacja Maxwella dla prawa Ampere’a. Równania Maxwella ze źródłami w próżni i liniowym ośrodku dielektrycznym. Równania Maxwella dla potencjałów, transformacja cechowania, warunek Lorentza, wektor i prawo

Poyntinga.

10) Fale elektromagnetyczne w próżni i liniowym ośrodku dielektrycznym. Prawa optyki geometrycznej i równania Fresnela dla fal elektromagnetycznych na granicy dwóch ośrodków.

11) Potencjały opóźnione w cechowaniu Lorentza. Potencjały Lienarda-Wiecherta dla ładunku punktowego. Opóźnione pole elektromagnetyczne.

Pole elektromagnetyczne dla ładunku punktowego poruszającego się ze stałą prędkością.

12) Promieniowanie dowolnego rozkładu ładunku elektrycznego: pole elektryczne, pole magnetyczne, pole promieniowania.

13. Promieiowanie elektromagnetyczne dipola elektrycznego.

Zalecana literatura:

1) D. J. Griffiths: "Podstawy elektrodynamiki", Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005

2) J. D. Jackson: "Elektrodynamika klasyczna", Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa1987

Literatura uzupełniająca:

1) M. Suffczyński: "Elektrodynamika", Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1978

2) L. Landau, E. Lifszyc: "Elektrodynamika ośrodków ciągłych", Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012

3) Bo Thide: "Electromagnetic Field Theory", UPSILON BOOKS - wersja elektroniczna dostępna u wykładowcy

Wiedza, absolwent zna i rozumie:

KP6_WG1 - w zaawansowanym stopniu, koncepcje, zasady i teorie właściwe dla fizyki w zakresie elementów elektrodynamiki klasycznej przewidzianym programem kształcenia;

KP6_WG2 - techniki matematyki wyższej w zakresie niezbędnym dla ilościowego opisu, zrozumienia oraz modelowania problemów fizycznych o średnim poziomie złożoności;

Umiejętności, absolwent potrafi:

KP6_UW1 analizować problemy z zakresu nauk fizycznych w zakresie elementów elektrodynamiki klasycznej oraz znajdować ich rozwiązania w oparciu o poznane twierdzenia i metody;

KP6_UK1 w sposób przystępny przedstawić podstawowe fakty w ramach fizyki w zakresie elementów elektrodynamiki klasycznej, przekazywać wiedzę z zakresu nauk przyrodniczych innym;

KP6_UK2 posługiwać się aparatem matematyki wyższej i metodami matematycznymi fizyki przy opisie i modelowaniu podstawowych zjawisk i procesów fizycznych w zakresie elementów elektrodynamiki klasycznej, potrafi samodzielnie odtworzyć twierdzenia i równania opisujące podstawowe zjawiska i prawa przyrody, potrafi przeprowadzić dowody tych twierdzeń i praw;

KP6_UU1 uczyć się samodzielnie.

Kompetencje społeczne, absolwent jest gotów do:

KP6_KK1 krytycznej oceny posiadanej wiedzy i odbieranych treści;

KP6_KK3 przygotowywać wystąpienia ustne w języku polskim i języku angielskim, dotyczącym zagadnień szczegółowych, z wykorzystaniem podstawowych ujęć teoretycznych, a także różnych źródeł w zakresie elementów elektrodynamiki klasycznej;

KP6_KK5 rozumienia społecznych aspektów praktycznego stosowania zdobytej wiedzy i umiejętności oraz związanej z tym odpowiedzialności;

KP6_KO2 do zapoznawania się z literaturą naukową i popularnonaukową w celu pogłębiania i poszerzania wiedzy, z uwzględnieniem zagrożeń przy pozyskiwaniu informacji z niezweryfikowanych źródeł, w tym z Internetu;

Studenci uczestniczą w wykładzie wzbogaconym o symulacje komputerowe ilustrujące przekazywane treści. Są stymulowani do zadawania pytań i dyskusji.

Po zakończeniu kształcenia z przedmiotu elektrodynamika klasyczna odbywa się egzamin pisemny i ustny, który weryfikuje uzyskaną wiedzę.

Studenci otrzymują listy zadań do samodzielnego rozwiązania, których treść jest skorelowana z treścią wykładu. Podczas zajęć przedstawiają ich rozwiązania. Prowadzący zwraca szczególną uwagę na rozumienie używanych pojęć, klarowność prezentacji, stymuluje grupę do zadawania pytań i dyskusji. Prowadzący stara się wytworzyć w grupie ćwiczeniowej poczucie odpowiedzialności za zespół i zachęca do pracy zespołowej.

Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie oceny, która uwzględnia:

1. Umiejętność rozwiązywania zadań z określonych działów elektrodynamiki klasycznej.

2. Umiejętność prezentacji rozwiązań.

3. Umiejętność dyskusji na tematy związane z przedmiotem.

4. Umiejętność korzystania z zasobów literatury i Internetu.

5. Zdolność do współpracy w grupie.

6. Kreatywność w podejściu do rozwiązywanych problemów.

Ocenianie ciągłe przez prowadzącego zajęcia.

Ocena końcowa wyrażona liczbą przewidzianą w regulaminie studiów, która uwzględnia ocenę wiedzy, umiejętności i kompetencji studenta.