Wybrane zagadnienia elektrodynamiki

Student przystępujący do tego przedmiotu powinien:

1) znać podstawowe pojęcia analizy wektorowej i podstawy równań różniczkowych cząstkowych,

2) posiadać elementarne umiejętności rachunkowe związane z tymi pojęciami,

3) mieć elementarne przygotowanie z zakresu kursu fizyki ogólnej: elektryczność i magnetyzm.

przedmiot obligatoryjny

140 godzin lekcyjnych

w tym:

- godziny realizowane z udziałem nauczycieli: 70 h (30 h wykładu, 30 h ćwiczeń, 10 h konsultacji)

- czas poświęcony na pracę indywidualną potrzebny do pomyślnego zaliczenia przedmiotu: 50 h (bieżące przygotowanie do kolejnych wykładów, ćwiczeń i sprawdzianów)

- czas wymagany do przygotowania się i uczestnictwa w procesie oceniania: 20 h (przygotowanie do egzaminu)

- czas wymagany do odbycia obowiązkowych praktyk: 0 h

W1 - zna elementarną analizę wektorową stosowaną do rozwiązywania problemów z dziedziny elektrodynamiki (fizyka techniczna II stopień K_W01, K_W04)

W2 - Zna zasady zachowania: ładunku, energii, pędu i rozumie z tym związane pojęcia: wektor Poyntinga, pęd pola i tensora napięć Maxwella (fizyka techniczna II stopień K_W01)

W3 - zna równaniia Maxwella oraz warunki brzegowe na granicach ośrodków i ich znaczenie do opisu zjawisk fizycznych (fizyka techniczna II stopień K_W01)

W4 - rozumie związek między polami mikroskopowymi i makroskopowymi (fizyka techniczna II stopień K_W01)

W5 - rozumie pojęcia czasu i przestrzeni oraz dynamikę relatywistyczną,

rozumie związek między polami promieniowania i poruszającymi się ładunkami (fizyka techniczna II stopień K_W01)

W6 - posiada wiedzę niezbędną do opisu oraz modelowania prostych zagadnień promieniowania oraz transmisji fal EM (fizyka techniczna II stopień K_W01, K_W04)

U1 - potrafi rozwiązywać równania Maxwella z narzuconymi warunkami brzegowym:, zastosować metodę obrazów, zastosować metodę wielomianów ortogonalnych, zastosować metodę separacji zmiennych (fizyka techniczna II stopień K_U01)

U2 - potrafi sformułować prawa Maxwella w sposób relatywistycznie niezmienniczy ((fizyka techniczna II stopień K_U01)

U3 -potraf rozwiązać wybrane problemy niestacjonarne (fizyka techniczna II stopień K_U01)

U4 - potrafi przedstawić otrzymane rozwiązania w formie pisemnej, ustnej, prezentacji multimedialnej lub plakatu (fizyka techniczna II stopień K_U07)

U5 - potrafi zastosować wiedzę i metody elektrodynamiki do innych dyscyplin naukowych (fizyka techniczna II stopień K_U06)

K1 -zna ograniczenia własnej wiedzy i umiejętności; rozumie potrzebę ciągłego kształcenia się (fizyka techniczna II stopień K_K01)

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład problemowy

- ćwiczeniowa
- klasyczna metoda problemowa

Celem wykładu jest zapoznanie studentów z podstawowymi prawami elektrodynamiki oraz ich konsekwencjami.

Wykład ma charakter teoretyczny, po jego wysłuchaniu studenci powinni opanować umiejętność posługiwania się aparatem matematycznym niezbędnym do efektywnego rozwiązywania podstawowych zagadnień związanych z opisem stacjonarnych pól elektromagnetycznych oraz wytwarzaniem i rozchodzeniem się fal.

Znajomość elektrodynamiki klasycznej jest niezbędna dla zrozumienia większości zjawisk znanych z życia codziennego. Dała początek polowemu opisowi oddziaływań i jest niezbędna do zrozumienia wielu innych teorii fizycznych.

Metody rachunkowe stosowane w elektrodynamice są na tyle uniwersalne, że znajdują zastosowanie we wszystkich dziedzinach fizyki.

Wymagania:

Znajomość matematyki i fizyki na poziomie studiów inżynierskich.

Program zajęć:

1.Równania Maxwella: postać całkowa i różniczkowa, równania materiałowe, zasada zachowania energii.

2.Elektrostatyka: równanie Laplace'a i Poissona, funkcja Greena dla równania Poissona, dielektryki w polu elektrycznym, multipole elektryczne.

3.Magnetostatyka: potencjał wektorowy, dipol magnetyczny.

zasady zachowania energii, pędu i momentu pędu dla pola elektromagnetycznego

4. Fale elektromagnetyczne - płaska fala elektromagnetyczna - przejście fali przez granicę dwóch dielektryków (wzory Fresnela) - propagacja fal elektromagnetycznych w falowodach

5.Cechowanie Lorentza i Coulomba, funkcja Greena dla równania falowego,

6. Potencjały Lienarda-Wiecherta, potencjały i pola poruszającego się ładunku.

7. Promieniowanie: promieniowanie dipolowe, promieniowanie ładunku punktowego, reakcja promieniowania

5.Szczególna teoria względności.

6.Elektrodynamika i teoria względności - relatywistyczne sformułowanie równań Maxwella - transformacja Lorentza dla pola elektromagnetycznego.

- D. Griffiths, Elektrodynamika (PWN Warszawa 2003)

- J. D. Jackson, Elektrodynamika klasyczna (PWN, Warszawa 1982).

- A. N. Matwiejew, Teoria pola elektromagnetycznego (PWN, Warszawa 1967).

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

- L. Landau, E. Lifszyc, Teoria pola

Zaliczenie ćwiczeń odbywa się na podstawie aktywności na zajęciach, wykonywania zadań domowych oraz zaliczenia na ocenę pozytywna co najmniej dwóch sprawdzianów

Zaliczenie przedmiotu odbywa się na podstawie pozytywnej oceny z ćwiczeń rachunkowych oraz wyniku egzaminu pisemnego. Egzamin pisemny składa się z trzech części: krótkiego sprawdzianu z teorii (definicje pojęć, proste zadania), pisemnego rozwiązania wybranych zagadnień teoretycznych, rozwiązania kilku zadań praktycznych.

Egzamin sprawdza osiągnięcie efektów W2-W6, U1-U5, K1

Sprawdziany – W1-W5, U1, U2, U4, K1

Brak