Detail předmětu

Elektrodynamika a speciální teorie relativity

FSI-TDEAk. rok: 2016/2017

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 (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

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