Detail předmětu
Elektrodynamika a speciální teorie relativity
FSI-TDE Ak. rok: 2018/2019 Letní semestr
Předmět představuje druhou část úvodního kursu teoretické fyziky.Předmět seznamuje studenty se základy teorie elektromagnetického pole a jeho popisu pomocí Maxwellových rovnic. Jsou odvozeny zákony zachování energie a hybnosti pole, zavedeny potenciály pole a je popsáno elektrostatické, magnetostatické a kvazistacionární pole. Dále je popsán vznik elektromagnetických vln generovaných oscilujícím dipólem. Značná pozornost je věnována šíření elektromagnetických vln v různých prostředích a chování pole na rozhraní dvou prostředí. Na závěr je probrán pohyb nabitých částic v elektromagnetických polích, základy speciální teorie relativity a invariantnost Maxwellových rovnic vůči Lorentzově transformaci.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Znalost základních zákonů klasické elektrodynamiky a schopnost je užít pro popis fyzikálních situací a systémů a vysvětlení jejich chování. Získané znalosti jsou předpokladem pro pochopení teoretických základů celé řady moderních fyzikálních a inženýrských disciplin.
Prerekvizity
Znalosti elektromagnetismu na úrovni učebnice HALLIDAY, D. – RESNICK, R. – WALKER, J.: Fyzika, VUTIUM, Brno 2001.
MATEMATIKA: Základy vektorové analýzy.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení
Podmínkou pro udělení ZÁPOČTU je účast ve cvičeních, samostatné řešení úloh z teorie elektromagnetického pole (písemně i ústně).
ZKOUŠKA sestává z části písemné a ústní. V písemné části bude zadána úloha podobná příkladům, které byly řešeny na cvičeních. V ústní části si student vylosuje jedno z 13 zveřejněných témat.
Učební cíle
Cílem kursu je získat základní poznatky z teorie elektromagnetického pole a speciální teorie relativity. Tato teoretická část fyziky bude přednášena i s důrazem na aplikační výstupy.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Účast na cvičeních je kontrolována.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B3A-P: Aplikované vědy v inženýrství, bakalářský
obor B-FIN: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Maxwellovy rovnice v integrálním a diferenciálním tvaru (ro vakuum a látkové prostředí), rovnice kontinuity. Potenciály pole.
2. Zákony zachování energie a hybnosti elektromagnetického pole.
3. Elektrostatika. Poissonova rovnice a její řešení pro skalární potenciál. Greenova věta, Greenova funkce. Multipólový rozvoj.
4. Magnetostatika. Řešení pole stacionárního rozložení proudu.
5. Kvazistacionární pole. Skinefekt.
6. Vlnová rovnice.
7. Retardované potenciály.
8. Pole oscilujícího elektrického a magnetického dipólu.
9. Šíření elektromagnetických vln ve vakuu, izotropním dielektriku a ve vodiči.
10. Index lomu a disperzní relace. Šíření vlnového klubka v disperzním prostředí.
11. Rezonátory a vlnovody.
12. Hraniční podmínky pro elektromagnetické pole. Fresnelovy vzorce.
13. Speciální teorie relativity a Maxwellovy rovnice.
14. Pohyb relativistických nabitých částic v elektromagnetických polích.
Cvičení
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Ve cvičeních jsou řešeny typické úlohy na procvičení odpřednášené látky. Viz http://physics.fme.vutbr.cz/ufi.php?Action=0&Id=977