Detail předmětu

Elektrodynamika a speciální teorie relativity

FSI-TDEAk. rok: 2015/2016

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

prof. RNDr. Petr Dub, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

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.

Prerekvizity a korekvizity

Základní literatura

B. SEDLÁK, I. ŠTOLL: Elektřina a magnetismus. Karolinum, 2012.
D. J. GRIFFITHS: Introduction to electrodynamics. Addison-Wesley, 2012. (EN)
Feynman R.P., Leigton R.B., Sands M.: Feynmanovy přednášky z fyziky, Fragment, 2001 (CS)
Landau L. D., Lifshic J. M.: The clasical theory of fields. Butterworth-Heinemann, 2000. (EN)

Doporučená literatura

B. SEDLÁK, I. ŠTOLL: Elektřina a magnetismus. Karolinum, 2012. (CS)
D. J. Griffiths: Introduction to Electrodynamics.Addison-Wesley, 2012. (EN)
E. M. Purcell, D. J. Morin: Electricity and Magnetism. 3rd edition, Cambridge University Press 2013 (EN)
FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: Feynmanovy přednášky z fyziky, Fragment, 2001 (CS)
Landau L. D., Lifshic J. M.: The clasical theory of fields. Butterworth-Heinemann, 2000.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3A-P bakalářský

    obor B-FIN , 2 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Petr Dub, CSc.

Osnova

1. Maxwellovy rovnice v integrálním a diferenciálním tvaru, 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.
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. Vedení elektromagnetických vln ve vlnovodech.
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

Ing. Martin Hrtoň, Ph.D.

Osnova

Ve cvičeních jsou řešeny typické úlohy na procvičení odpřednášené látky. Viz http://physics.fme.vutbr.cz/ufi.php?Action=0&Id=977