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.

2) Analizę wektorową w 3. wymiarach.

3) Pola elektrostatyczne.

4) Pola magnetostatyczne.

5) Prawa indukcji elektromagmetycznej.

6) Równania Maxwella.

7) Fale elektromagnetyczne.

8) Promieniowanie elektromagnetyczne.

Elementy elektrodynamiki klasycznej są jednosemestralnym kursem przedmiotu, obejmującym 45 godzin wykładu i 45 godzin konwersatorium (3 godziny wykładu i 3 godziny konwersatorium tygodniowo).

Profil studiów: ogólnoakademicki.

Forma studiów: stacjonarne.

Moduł: fizyka teoretyczna, przedmiot obowiązkowy.

Dziedzina i dyscyplina nauki: nauki fizyczne, elektrodynamika klasyczna.

Rok studiów, semestr: 2 rok, 4 semestr, studia I stopnia.

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

Metody dydaktyczne: wykład, rozwiązywanie zadań, zadania domowe, dyskusje, konsultacje, samodzielne studiowanie.

Punkty ECTS: 9.

Bilans nakładu pracy studenta: wykład (45 godzin), konwersatorium (45 godzin), zadania domowe (90 godzin), dyskusje (5 godzin), konsultacje (15 godzin), samodzielne studiowanie (90 godzin).

Wskaźniki ilościowe: wykład (2 punkty ECTS), konwersatorium (2 punkty ECTS), zadania domowe (2 punkty ECTS), dyskusje (0,5 punktu ECTS), konsultacje (0,5 punktu ECTS), samodzielne studiowanie (2 punkty ECTS).

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.

10) Fale elektromagnetyczne w próżni i liniowym ośrodku dielektrycznym. Notacja zespolona dla fal elektromagnetycznych, równania Fresnela dla fal elektromagnetycznych na granicy dwóch ośrodków.

11) Potencjały opóźnione w cechowaniu Lorentza. Potencjały Lienarda-Wiecherta dla ładunku punktowego. Pole elektromagnetyczne dla ładunku punktowego poruszającego się ze stałą prędkością.

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

13) Relatywistyczny opis elektrodynamiki klasycznej. Szczególna teoria względności. Transformacja Lorentza, czasoprzestrzeń Minkowskiegto.

14) Czasoprzestrzeń Minkowskiego. Kowariantny opis mechaniki klasycznej.

15) Czteropotencjał elektromagnetyczny. Tensor pola elektromagnetycznego. Kowariantna postać równań Maxwella i siły Lorentza.

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

Student:

1. Rozumie rolę modelu ilościowego i abstrakcyjnego opisu obiektu fizycznego oraz zjawiska fizycznego w zakresie podstawowych działów fizyki. K_W02

2. Zna ograniczenia stosowalności wybranych teorii fizycznych, modeli obiektów fizycznych i opisu zjawisk fizycznych. K_W04

3. Rozumie formalną strukturę podstawowych teorii fizycznych, potrafi użyć odpowiednich narzędzi matematycznych do ilościowego opisu zjawisk z wybranych działów fizyki. K_W09

4. Ma wiedzę z zakresu podstaw elektrodynamiki klasycznej, formalizmu oraz interpretacji teorii, zna teoretyczny opis oraz narzędzia matematyczne do analizy wybranych układów elektromagnetycznych. K_W05

5. Umie ze zrozumieniem i krytycznie korzystać z zasobów literatury oraz zasobów Internetu w odniesieniu do problemów elektrodynamiki klasycznej. K_U10

6. Rozumie strukturę fizyki jako dyscypliny naukowej, uzyskuje świadomość powiązań poszczególnych dziedzin i teorii, zna przykłady błędnych hipotez fizycznych i błędnych teorii fizycznych. K_W02

7. Umie stosować poznane narzędzia matematyki do formułowania i rozwiązywania wybranych problemów z zakresu fizyki teoretycznej i doświadczalnej. K_W11

8. Umie przedstawić teoretyczne sformułowanie elektrodynamiki klasycznej oraz używając odpowiednich narzędzi matematycznych przeprowadzić teoretyczną analizę wybranych układów elektromagnetycznych. K_U08

9. Zna ograniczenia swojej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia, podnoszenia kompetencji zawodowych, osobistych i społecznych. K_K02

10. Potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w literaturze i zasobach Internetu, także w językach obcych. K_U42

Treści kształcenia.

I. Pojęcia podstawowe.

1) Pola wektorowe w przestrzeni 3. wymiarowej.

2) Zasada superpozycji.

3) Zasady zachowania i wiekości zachowane.

4) Wielkości mierzalne.

II. Pojęcia zaawansowane.

1) Potencjały pola elektromagnetycznego.

2) Fale elektromagnetyczne.

3) Promieniowanie.

4) Relatywistyczna współzmienniczość elektrodynamiki.

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.