Electrodynamics

astronomia
chemia
fizyka

Elektrodynamika. Przedmiot wykładany jest w języku angielskim.

Znajomość klasycznej elektrodynamiki jest niezbędna dla zrozumienia kwantowej teorii oddziaływań fundamentalnych a także większości zjawisk znanych z codziennego doświadczenia.

Metody rachunkowe elektrodynamiki są uniwersalne i znajdują zastosowanie we wszystkich dziedzinach fizyki.

Oddziaływania elektromagnetyczne wraz z oddziaływaniami słabymi i silnymi tworzą obecnie Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych, potwierdzony eksperymentalnie z zastanawiającą dokładnością. Najlepiej poznaną i zrozumianą częścią tego modelu jest elektrodynamika. Sformułowanie klasycznej elektrodynamiki w wieku XIXtym zapoczątkowało proces teoretycznej unifikacji oddziaływań podstawowych dzięki zrozumieniu, że siły elektryczne i magnetyczne są przejawami tego samego oddziaływania. Klasyczna elektrodynamika dała początek polowemu opisowi oddziaływań i jest teorią w pełni relatywistyczną. Poznanie tej teorii 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:

Elementy analizy wektorowej: gradient, rotacja, dywergencja, tw. Stokesa i Gaussa.

Elektrostatyka: prawo Coulomba, zagadnienie brzegowe, równanie Poissona i Laplace'a, multipole, pole elektryczne w obecności przewodników i dielektryków, wektor polaryzacji, pojemność, energia i siła elektrostatyczna.

Magnetostatyka: wzór Ampere'a, Prawo Biota i Savarta, siła działająca na przewodnik z prądem, pole magnetyczne w magnetykach, wektor namagnesowania.

Prąd stały: siła elektromotoryczna, równanie ciągłości, prawo Ohma, prawa Kirchoffa, ciepło Joule'a,

Stacjonarne pola elektryczne i magnetyczne w ośrodkach materialnych. Mikroskopowe uzasadnienie równań materiałowych. Elementy teorii elektronowej budowy materii: przewodniki, dielektryki i magnetyki.

Pole zmienne w czasie. Prawo indukcji elektromagnetycznej. Prądy przemienne.

Przegląd równań Maxwella potencjały i cechowanie – sformułowanie mikroskopowe postać kowariantna równań Maxwella w próżni i w ośrodku materialnym, energia i pęd pola.

Fale elektromagnetyczne w próżni i ośrodkach materialnych: polaryzacja, prawo odbicia i załamania, dyfrakcja Linie transmisyjne Wnęki rezonansowe i falowody.

Promieniowanie elektromagnetyczne. Potencjały Liénarda i Wiecherta. Pole promieniowania dipola elektrycznego i magnetycznego. Tarcie promieniste, problemy z samo-oddziaływaniem cząstek poruszających się.

Od studentów przystępujących do zajęć z elektrodynamiki wymagana jest znajomość mechaniki klasycznej i matematyki: w tym rachunku różniczkowego i całkowego, algebry z geometrią oraz analizy obejmującej elementy teorii funkcji zespolonych, dystrybucji oraz

David J. Griffiths - Introduction to electrodynamics (in Polish translation the title has been changed to 'Podstawy elektrodynamiki')

J.D. Jackson - Classical electrodynamics

Wiedza i umiejętności.

Znajomość elementarnej analizy wektorowej stosowanej do rozwiązywania problemów z dziedziny teorii pola

Znajomość równań Maxwella i ich zastosowania do opisu zjawisk związanych z występowaniem pól elektrycznych i magnetycznych w próżni i ośrodkach materialnych,

Zrozumienie związku między polami mikroskopowymi i makroskopowymi

Umiejętność rozwiązywania standardowych zadań z elektrodynamiki

- zadania domowe

- kolokwia

- końcowy egzamin pisemny

- końcowy egzamin ustny

Zaliczenie ćwiczeń wymaga zaliczenia dwóch kolokwiów lub jednego kolokwium i zadań domowych.