Elektrodynamika

fizyka

Analiza matematyczna w wielu wymiarach, rachunek wektorowy. Sformułowanie lagranżowskie mechaniki klasycznej.

w sali

Znajomość elektrodynamiki klasycznej jest niezbędna dla zrozumienia większości zjawisk znanych z codziennego doświadczenia. Jest też konieczna do studiowania zaawansowanych zagadnień współczesnej fizyki, relatywistycznej mechaniki kwantowej i kwantowej teorii oddziaływań fundamentalnych. Metody rachunkowe elektrodynamiki są uniwersalne i znajdują zastosowanie we wszystkich dziedzinach fizyki.

Sformułowanie elektrodynamiki klasycznej w wieku XIX pozwoliło zrozumieć, że siły elektryczne i magnetyczne są przejawami tego samego oddziaływania co zapoczątkowało proces teoretycznej unifikacji oddziaływań podstawowych. Elektrodynamika klasyczna dała początek polowemu opisowi oddziaływań. Jest ona teorią w pełni relatywistyczną. Jej poznanie jest konieczne dla zrozumienia współczesnej kwantowej teorii oddziaływań fundamentalnych.

Wykład ma za zadanie przedstawienie pełnego i spójnego opisu zjawisk elektromagnetycznych oraz sformułowanych w tym celu idei teoretycznych i metod rachunkowych.

Program:

1. Równania Maxwella w próżni, pola i potencjały niezmienniczość względem transformacji Lorentza, zasady zachowania.

2. Elementy szczególnej teorii względności: czasoprzestrzeń,

czterotensory, kowariantne sformułowanie równań Maxwella.

3. Równania Maxwella w materii, pola makroskopowe, równania materiałowe, warunki brzegowe na granicach ośrodków.

4. Elektrostatyka i magnetostatyka: podstawowe równania, zagadnienia Dirichleta i Neumanna, metoda funkcji Greena, rozwinięcia multipolowe.

5. Niestacjonarne pole elektromagnetyczne: fale elektromagnetyczne w próżni i w ośrodkach, pole poruszającego się ładunku, promieniowanie, anteny.

Poszczególne elementy programu będą realizowane w kolejności wybranej przez wykładowcę, niekoniecznie zgodnie z powyższą numeracją.

Przewidywany minimalny nakład pracy studenta w semestrze to:

- 90h (45h wykładu i 45h ćwiczeń) uczestnictwa w zajęciach

- 70h zadania domowe

- 20h przygotowanie do egzaminów pisemnego i ustnego

Opis sporządził Wojciech Satuła, listopad 2011 (modyfikacje Janusz Rosiek 2014)

Podręczniki:

1. D. J. Griffiths, Podstawy elektrodynamiki - podstawowy podręcznik

2. J. D. Jackson, Elektrodynamika klasyczna

3. M. Suffczyński, Elektrodynamika

4. L. Landau, E. Lifszyc, Elektrodynamika ośrodków ciągłych

5. L. Landau, E. Lifszyc, Teoria pola

Zbiory zadań:

6. W. Batygin, I. Toptygin, Zbiór zadań z elektrodynamiki

7. M. Zahn, Pole elektromagnetyczne

8. L. Grieczko i in., Zadania z fizyki teoretycznej

9. Zadania w podanych wyżej podręcznikach.

Wiedza:

- Zna równania Maxwella w próżni i w materii oraz warunki brzegowe na granicach ośrodków.

- Posiada podstawową wiedzę w zakresie szczególnej teorii względności i jej struktur matematycznych.Wie, że elektrodynamika klasyczna jest teoria relatywistyczną i rozumie konsekwencje tego faktu.

- Zna zasady zachowania ładunku, energii, pędu i rozumie nowe pojęcia z tym związane jak wektor Poyntinga, pęd pola i tensora napięć Maxwella.

- Ma podstawową wiedzę na temat pól elektromagnetycznych w próżni i w ośrodku, praw załamania i odbicia. Zna prawa Fresnela.

- Rozumie zagadnienia absorbcji światła w ośrodku przewodzącym.

- Ma wiedzę na temat pól promieniowania wytwarzanych przez poruszające się ładunki, w szczególności przez monochromatyczne źródła oscylujące.

Umiejętności:

Potrafi rozwiązać równania Maxwella z narzuconymi warunkami brzegowymi. Potrafi posługiwać się szerokim wachlarzem metod teoretycznych od metody obrazów, przez metodę wielomianów ortogonalnych (funkcji specjalnych), funkcje Greena po przekształcenia konforemne. Potrafi sformułować prawa Maxwella w sposób relatywistycznie niezmienniczy. Potraf rozwiazać problemy niestacjonarne, w szczególności potrafi obliczyć rozkład mocy promieniowania wytwarzanego przez źródła monochromatyczne.

Postawy:

Jest gotów formułować i komunikować opinie na temat podstawowych problemów z zakresu elektryczności i magnetyzmu. Rozumie potrzebę popularyzacji wiedzy.

Zaliczenie przedmiotu odbywa się na podstawie wyników egzaminu pisemnego i ustnego, przy czym oba elementy są obowiązkowe. Dopuszczenie do egzaminu uwarunkowane jest zdobyciem co najmniej 50% punktów z obowiązkowych prac domowych, których rozwiązania należy składać co tydzień (z dokładnością do świąt i zawirowań losowych).

Decyzja o wystawieniu oceny jest decyzją ekspercką wykładowcy i podlega uzasadnieniu. Skala ocen określona w Regulaminie studiów jest skalą słowną, której ocenom dla wygody przyporządkowuje się wartości liczbowe. Punkty tej skali wynikają wprost z nazw ocen:

- bardzo dobry - student wyjaśnia zjawiska i prowadzi obliczenia bezbłędnie lub z drobnymi błędami niewpływający na sens fizyczny tych wyjaśnień lub obliczeń

- dostateczny - student wyjaśnia najprostsze zjawiska i prowadzi najprostsze obliczenia bezbłędnie lub z drobnymi błędami niewpływający na sens fizyczny tych wyjaśnień lub obliczeń; popełnia błędy lub nie potrafi wykonać bardziej złożonych działań w tym zakresie

- dobry - student wyjaśnia najprostsze zjawiska i prowadzi najprostsze obliczenia bezbłędnie lub z drobnymi błędami niewpływający na sens fizyczny tych wyjaśnień lub obliczeń; niekiedy popełnia błędy lub nie potrafi wykonać bardziej złożonych działań w tym zakresie.

Brak