UF1U106 Klasická elektrodynamika

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
léto 2012
Rozsah
4/2/0. 10 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Stanislav Hledík, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Jan Hladík, Ph.D. (cvičící)
Garance
doc. RNDr. Stanislav Hledík, Ph.D.
Centrum interdisciplinárních studií – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Předpoklady
UFAF002 Elektřina a magnetismus || UF01100 Elektřina a magnetismus
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Výklad navazuje zejména na přednášku F 01 100. Maxwellovy rovnice se po krátké rekapitulaci zavádějí axiomaticky (v přednášce F 1U 300 - po vybudování základu 4-vektorové algebry a analýzy, se dodatečně odvozují z variačního principu), další teorie se buduje deduktivním způsobem. Nejprve se přednáší elektrodynamika ve vakuu, v druhé části elektrodynamika v látkovém prostředí. Sylabus (platí pro přednášku i cvičení) Rekapitulace elektromagnetizmu. Coulombův zákon, Ampérův zákon, neexistence magnetického monopólu, Faradayův indukční zákon a jejich zobecnění ve formě Maxwellových rovnic; pojem pole. 1. Klasická elektrodynamika ve vakuu: Úvodní poznámky. O pohybových rovnicích systému { elektromagnetické pole + elektrické náboje } ? Maxwellovy rovnice a pohybové rovnice elektrického náboje. Zákony zachování. Diferenciální a integrální tvar obecné rovnice kontinuity pro tenzorové veličiny; zákony zachování elektrického náboje, energie, hybnosti a momentu hybnosti; ilustrace. Časově neproměnné elektromagnetické pole. Statická a stacionární pole; nezávislost rovnic elektrického a magnetického pole; elektrostatické pole ? Gaussova věta elektrostatiky, potenciál, Laplaceova a Poissonova rovnice, Coulombův zákon, výpočet elektrostatického pole, elektrostatická energie, multipólový rozvoj, dipólový a kvadrupólový moment, systém nábojů ve vnějším poli; siločáry a ekvipotenciály; magnetické pole stacionárního proudu ? vymezení problému, časové středování, vektorový potenciál, Ampérův a Biotův-Savartův zákon, elektrostaticko-magnetická analogie, multipólový rozvoj, magnetický dipólový moment a jeho chování ve vnějším magnetickém poli; siločáry. Časově proměnné pole. Elektromagnetické potenciály, kalibrační transformace a kalibrační invariance, Lorentzova a Coulombova kalibrace, Lorentzova podmínka, vlnové rovnice homogenní a nehomogenní; homogenní vlnová rovnice ? rovinná elektromagnetická vlna, její struktura a vlastnosti, energie a hybnost, tlak záření, monochromatická rovinná vlna, polarizace, částečně polarizované světlo, vlastní kmity elektromagnetického pole, šíření elektromagnetických vln (sférická a cylindrická vlna, geometrická optika, eikonál, intenzita, vlnová optika, difrakce; nehomogenní vlnová rovnice (pole pohybujících se nábojů) ? řešení, retardované a advancované potenciály, pole pohybujícího se bodového náboje (Liénardovy-Wiechertovy potenciály), zářivé a nezářivé pole, pole rovnoměrné přímočaře se pohybujícího bodového náboje; vyzařování elektromagnetických vln ? pole ohraničené soustavy nábojů ve velké vzdálenosti, vlnová zóna, elektrické dipólové záření, magnetické dipólové záření, elektrické kvadrupólové záření, zářivý výkon, pole v blízké zóně. Dynamika elektrického náboje v elektromagnetickém poli. Řešení pohybové rovnice elektrického náboje v nerelativistické aproximaci; rozptyl elektromagnetických vln na volných nábojích, účinný průřez rozptylu, Thomsonova formule; brzdné záření. 2. Klasická elektrodynamika v látkovém prostředí: Lorentzova teorie. Základy elektronové teorie; středování mikroskopických veličin; Lorentzovy rovnice. Maxwellovy rovnice v látkovém prostředí. Klasifikace prostředí (dielektrika, vodivá), polarizace, polarizační proud, elektrická indukce; magnetizace, magnetizační proud, magnetická indukce a intenzita; hraniční podmínky; Ohmům zákon. Elmag jevy v látkovém prostředí. Vymezení platnosti, zákony zachování, elektrostatické a magnetostatické pole, elektromagnetické vlny. Šíření elmag vln v látkovém prostředí. Vlnová a telegrafní rovnice, odraz a lom na dielektrickém rozhraní, Fresnelovy vzorce; odraz na kovech; vlny v nehomogenním prostředí,
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je zařazen také v obdobích léto 1994, léto 1995, léto 1996, léto 1997, léto 1998, léto 1999, léto 2000, léto 2001, léto 2002, léto 2003, léto 2004, léto 2005, léto 2006, léto 2007, léto 2008, léto 2009, léto 2010, léto 2011, léto 2013, léto 2014, léto 2015.