Elektryczność i magnetyzm

obowiązkowe

Elementy podstaw fizyki takich jak: pojęcia wektorów (operacje na wektorach), skalarów, pracy, energii, zasady dynamiki Newtona, elementów szczególnej teorii względności, transformacja Lorentza

Elementy podstaw matematyki takich jak: pojęcie pochodnej, pochodnej cząstkowej, całki pojedynczej, wielokrotnej.

w sali

Celem przedmiotu (realizowanego w formie wykładu, konwersatorium oraz laboratorium) jest zapoznanie studentów z: (i) podstawowymi pojęciami oraz z formalizmem związanym z opisem źródeł pola elektrycznego, magnetycznego i elekromagnetycznego; (ii) podstawowymi zjawiskami elektromagnetycznymi. Studenci mają możliwość zapoznania się z tymi zjawiskami poprzez ich prezentacje na wykładzie oraz w trakcie własnoręcznie wykonanych doświadczeń w laboratorium. Wykład jest ilustrowany materiałami multimedialnymi. Na konwersatorium wykonywane są ćwiczenia rachunkowe umożliwiające jakościową i ilościową analizę praw i zjawisk z elektryczności i magnetyzmu.

Profil studiów: ogólnoakademicki

Forma studiów: stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy (Moduł 1: Podstawy fizyki)

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

Rok studiów/semestr: 2 rok/ 3 semestr

Wymagania wstępne: Elementy podstaw fizyki (mechanika) oraz matematyki (elementy rachunku różniczkowego i całkowego)

Liczba godzin zajęć dydaktycznych 90 godzin : wykład - 30, konwersatorium -30 laboratorium - 30 godz.

Metody dydaktyczne: wykład, pokaz, ćwiczenia rachunkowe, laboratorium, dyskusja, konsultacje,

Punkty ECTS: 8

Bilans nakładu pracy studenta: udział w zajęciach (wykłady - 30, konwersatorium -30 laboratorium - 30 godz.) udział w konsultacjach (15 godz.), praca własna w domu i przygotowanie do zaliczeń oraz egzaminu.

Wskaźniki ilościowe: nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającym bezpośredniego udziału nauczyciela - 5.4 ECTS.

Zakres tematów:

Ładunki i pola, prawo Coulomba, wektor natężenia pola elektrycznego, prawo Gaussa

Praca i energia w elektrostatyce, potencjał elektryczny

Potencjał elektryczny, gradient funkcji skalarnej

Potencjał elektryczny, dywergencja funkcji wektorowej, twierdzenie Gaussa-Ostrogradskiego, laplasjan, rotacja funkcji wektorowej, twierdzenie Stokesa, równanie Poissona i równanie Laplace’a

Pole elektryczne wokół przewodników, metoda obrazów, pojemność przewodnika, kondensator próżniowy

Prąd elektryczny, gęstość prądu, opór elektryczny, prawo Ohma,

Siła elektromotoryczna ogniwa, prawa Kirchhoffa, prawa elektrolizy Faraday’a

Pola elektryczne wokół ładunku w ruchu, transformacja pola elektrostatycznego,

Pole magnetyczne, prawo Biota-Savarta, prawo Ampera, siła Lorentz’a,

Przewodnik z prądem w polu magnetycznym, ruch ładunku w polu elektrycznym i magnetycznym, efekt Halla

Indukcja elektromagnetyczna

Równania Maxwella

Obwody prądu zmiennego, oscylacje harmoniczne w obwodzie LC, obciążenie oporowe, pojemnościowe i indukcyjne,

Drgania wymuszone w obwodzie RLC, rezonans, prąd i napięcie skuteczne

Pola elektryczne i magnetyczne w materii

Literatura podstawowa

Samuel J. Ling, Jeff Sanny, William Moebs, Fizyka dla szkół wyższych Tom II, (2018) Katalyst Education, ISBN-13 wersji PDF 978-83-948838-4-3, OpenStax Polska.

E.M.Purcell, Elektryczność i magnetyzm, PWN Warszawa 1974.

Jan Gaj, Elektryczność i magnetyzm, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, 2000.

David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Podstawy fizyki 3, PWN 2008.

Literatura dodatkowa

R.P.Feynman, R.B.Leighton, M.Sands , Feymana wykłady z fizyki, tom 2.1. wyd. VI, Wydawnictwo Naukowe PWN 2007.

Andrzej Kajetan Wróblewski, Janusz Andrzej Zakrzewski, Wstęp do fizyki, t 2 cz.2 Warszawa, PWN 1989.

A.H.Piekara, Elektryczność materia i promieniowanie, PWN Warszawa 1986.

Szcz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna: elektryczność i magnetyzm, PWN Warszawa 1966.

Student

1. rozumie fundamentalne znaczenie fizyki dla rozwoju technologicznego, gospodarczego i cywilizacyjnego K_W01

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

3. uzyskuje świadomość wagi eksperymentu jako sposobu weryfikacji koncepcji teoretycznych oraz świadomość niepewności eksperymentalnych K_W03

4. zna i rozumie podstawowe pojęcia oraz wybrane zjawiska dotyczące elektryczności i magnetyzmu - rozumie treść równań Maxwella K_W10

5. zna sposoby eksperymentalnej weryfikacji praw i koncepcji fizycznych, zna budowę oraz zasady działania aparatury pomiarowej do wybranych doświadczeń z zakresu elektryczności i magnetyzmu K_W11

6. umie analizować problemy z zakresu elektryczności i magnetyzmu, znajdować i przedstawiać ich rozwiązania w oparciu o zdobytą wiedzę oraz przy wykorzystaniu poznanych narzędzi matematyki wykonywać analizy ilościowe i wyciągać wnioski jakościowe K_U08

7. umie planować i wykonywać proste doświadczenia z zakresu elektryczności i magnetyzmu, krytycznie analizować ich wyniki oraz je prezentować K_U09

8. umie ze zrozumieniem i krytycznie korzystać z literatury i zasobów Internetu w odniesieniu do problemów elektryczności i magnetyzmu (K_U17);

9. zna ograniczenia swojej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia, podnoszenia kompetencji zawodowych, osobistych i społecznych (K_K01);

10. potrafi pracować w zespole przyjmując w nim różne role, w tym w szczególności rolę kierowniczą, potrafi przyjąć odpowiedzialność za realizowane zadanie zespołowe (K_K02);

Zaliczenie konwersatorium uwzględnia: (i) wyniki kolokwiów z ćwiczeń rachunkowych; (ii) oceny aktywności w trakcie zajęć (iii) oceny z rozwiązywania zadań domowych.

Zaliczenie laboratorium uwzględnia: (i) merytoryczne przygotowanie do eksperymentu, w tym rozumienie działania zestawu doświadczalnego, (ii) rzetelność przeprowadzonych pomiarów; (iii) sposób opracowania wyników i dyskusji błędów pomiarowych; (iv) zdolność do współpracy w zespole laboratoryjnym.

Egzamin z wykładu składa się z części pisemnej i ustnej uwzględnia się znajomość efektów omawianych na wykładzie (zrozumienia pokazywanych eksperymentów) oraz wprowadzonych formalizmów do opisu elektryczności i magnetyzmu.