SubjectsSubjects(version: 953)
Course, academic year 2023/2024
   Login via CAS
Electricity and magnetism - NOFY018
Title: Elektřina a magnetismus
Guaranteed by: Laboratory of General Physics Education (32-KVOF)
Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
Actual: from 2023
Semester: summer
E-Credits: 8
Hours per week, examination: summer s.:4/2, C+Ex [HT]
Capacity: unlimited
Min. number of students: unlimited
4EU+: no
Virtual mobility / capacity: no
State of the course: taught
Language: Czech
Teaching methods: full-time
Teaching methods: full-time
Additional information: https://dl2.cuni.cz/course/view.php?id=5471
Guarantor: prof. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.
prof. RNDr. Petr Malý, DrSc.
Classification: Physics > General Subjects
Is pre-requisite for: NOOE021
Annotation -
Electrostatics. Electric current and stationary electric field. Methods for solution of linear stationary circuits. Stationary magnetic field. Kvasistationary electric and magnetic field. Methods for solution of circuits with alternating current. Nonstationary electromagnetic field. Dielectric and magnetic properties of matter. Electric transport phenomena. The course is for students of Physics, 1st year.
Last update: T_KVOF (15.05.2001)
Aim of the course -

Semester course in electricity and magnetism, which is part of the basic physics course.

The lecture is intended for students of the 1st year of the bachelor's degree in physics.

Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (03.02.2024)
Course completion requirements - Czech

Zápočet bude udělen po získání aspoň 20 bodů z 30 možných ze dvou písemných testů (maximum dvakrát 15 bodů vždy za 3 příklady, uprostřed a na konci semestru). Po skončení semestru budou stanoveny dva náhradní termíny písemných prací (vždy 3 příklady již z celé látky), kdy bude možné body doplnit. Testy se budou konat ve velké posluchárně pro všechny studenty.

Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (03.02.2024)
Literature - Czech

Literatura

/ 1/ B. Sedlák, I. Štoll: Elektřina a magnetismus, Academia , Vydavatelství Karolinum Praha 1993

/ 2/ B. Sedlák, R. Bakule: Elektřina a magnetismus (skriptum), SPN Praha 1986.

/ 3/ R. Bakule a kol.: Příklady z elektřiny a magnetismu (skriptum), SPN Praha 1991.

/ 4/ J. Brož a kol.: Základy fyzikálních měření I. SPN Praha 1983.

/ 5/ I. Štoll, B. Sedlák: Přehled vektorové analýzy ( Doplňkový text OZVF, sv.3.) MFF UK Praha 1991.

/ 6/ D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentals of physics, Wiley New York, 2001.

(Český překlad vyd. Vutium, Prometheus, Brno, Praha 2000)

/ 7/ P. Čičmanec: Elektřina a magnetismus, Alfa, Bratislava 1979.

/ 8/ V. Hajko, J. Daniel-Szabó: Všeobecná fyzika, UPJŠ Košice 1974.

/ 9/ V. Hajko a kol.: Fyzika v experimentoch, Veda, Bratislava 1988.

/10/ J. Kvasnica: Teorie elektromagnetického pole, Academia Praha 1985.

/11/ A. Stratton: Teorie elektromagnetického pole, SNTL Praha 1961.

/12/ R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands: The Feynman Lectures on Physics, vol. 1,2, Addison- Wesley, Reading 1964 (český překlad

Fragment Havlíčkův Brod 2000).

/13/ K. Rektorys: Přehled užité matematiky, SNTL Praha 1963.

/14/ A. Angot: Užitá matematika pro elektrotechnické inženýry, SNTL Praha 1960.

/15/ Ch. Kittel: Úvod do fyziky pevných látek, Academia Praha 1985.

Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (14.02.2022)
Teaching methods - Czech

přednáška + cvičení

Last update: T_KVOF (28.03.2008)
Requirements to the exam - Czech

Získání zápočtu je nezbytné pro přihlášení ke zkoušce. Zkouška sestává z písemné a ústní části. Písemná část předchází části ústní a její nesplnění (zisk méně než 7,5 bodů z 15 možných) znamená, že celá zkouška je hodnocena známkou 4 a v ústní části se již nepokračuje. V písemné části řeší studenti 3 příklady, z nichž dva budou analogické vybraným příkladům probíraným na všech cvičeních. Požadavky u ústní části zkoušky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce. Výsledná klasifikace zkoušky je průměrem hodnocení dvou ústních otázek a písemné části zkoušky. V případě nesložení ústní části zkoušky je možné (zlepšení hodnocení), ale není nutné, opakovat písemnou část zkoušky.

Last update: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (03.02.2024)
Syllabus -
1. Introduction

2. Introduction to vector analysis

  • Scalar and vector quantities, scalar and vector fields
  • Basic differential operators (gradient, divergence, curl)
  • Integral theorems (Gauss and Stokes)
  • Potential and solenoidal fields.

3. Electrostatics.

Basic concepts and laws of electrostatic field in vacuum:

  • Electric charge and its properties.Point charge, charge density.
  • Coulomb's law.
  • Strength and potential of electrostatic field.
  • Gauss's law, Poisson's and Laplace's equations.
  • Typical examples.

Electrostatic field of conductors:

  • Fundamental experiments, electrostatic induction.
  • Capacity, capacitor.
  • Applications.

Electrostatic field in dielectrics:

  • Polarization of dielectric, bound charges.
  • Gauss's law in dielectrics, vector of electric displacement.
  • Material relations, electric susceptibility and permittivity.

Energy and forces in electrostatic field:

  • Interaction energy of configuration of point charges.
  • Energy of configuration of charged conductors.
  • Energy density of electrostatic field.
  • Forces on electric dipole.

4. Electric current and stationary electric field.

  • Stationary electric field.
  • Ohm's law, electric resistance and conductivity.
  • Stationary electric circuit. Electromotive force, Kirchhoff's rules.
  • Energy and power in stationary circuits, Joule's law.

5. Stationary magnetic field.

  • Vector of magnetic field (induction) and its properties, Ampére's law of magnetic field.
  • Vector potential, Biot-Savart's law.
  • Magnetic field in matter. Magnetic polarization (magnetization).
  • Ampére's law of magnetic field in matter, magnetising field.
  • Material relations, magnetic susceptibility and permeability. Magnetic circuit, magnetostatic field.
  • Applications.

6. Quasistationary electric and magnetic fields.

  • Faraday's law of electromagnetic induction. Mutual inductance, self-inductance.
  • Generic properties of quasistationary field. Quasistationary circuit, Kirchhoff's rules.
  • Alternating current generation, alternating currents and circuits.
  • Energy and forces in magnetic field. Energy density of magnetic field.

7. Techniques of circuits solution.

  • Linear stationary circuits, classification of AC circuits, stationary and transient state.
  • Direct application of Kirchhof's rules, superposition theorem, techniques of loop-currents and node-voltages, theorem of Thévénin.
  • Complex representation.
  • Non-sinusoidal circuits, Fourier analysis.
  • Applications.

8. Non-stationary electromagnetic field.

  • Formulation of Maxwell's equations.
  • Energy and momentum of electromagnetic field.

9. Electromagnetic waves.

  • Plane and spherical electromagnetic waves, their properties.
  • Complex representation of monochromatic waves.
  • Dipole radiation.
  • Spectral regions of electromagnetic waves, light.

10. Dielectric and magnetic properties of matter.

  • Microscopic electric fields in matter. Susceptibility and permittivity of non-polar and polar substances. Clausius - Mosotti's equation.
  • Diamagnetism of atoms and molecules.
  • Paramagnetism of atoms. Paramagnetism of metals.
  • Types of magnetic alignment, physical principles. Spontaneous magnetisation, permeability of ferromagnetic materials. Molecular field. Curie-Weiss' law.

11. Electric transport phenomena.

  • Validity of Ohm's law, mobility of charge carriers.
  • Conductivity of metals, Drude's theory, Franz-Wiedemann's law. Conductivity of semiconductors, p-n transition, transistor.
  • Hall's effect. Thermoelectric phenomena.
  • Electron emission. Saturated and unsaturated emission current, Langmuir's law.
  • Specific and molar conductivity of liquids. Electrolysis, Faraday's laws. Galvanic cells.
  • Conductivity of gases, discharge in gas, Paschen's law. Franck-Hertz's experiment.

Last update: Ošťádal Ivan, prof. RNDr., CSc. (16.05.2005)
 
Charles University | Information system of Charles University | http://www.cuni.cz/UKEN-329.html