Klasická elektrodynamika - NFUF205

• Anglický název: Classical Electrodynamics
• Zajišťuje: Katedra didaktiky fyziky (32-KDF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: letní
• E-Kredity: 2
• Rozsah, examinace: letní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. Mgr. Vojtěch Žák, Ph.D.; RNDr. Marie Snětinová, Ph.D.
• Vyučující: RNDr. Marie Snětinová, Ph.D.; doc. RNDr. Mgr. Vojtěch Žák, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Učitelství fyziky
• Neslučitelnost : NUFY096
• Záměnnost : NUFY096
• Je záměnnost pro: NUFY096

Anotace

Předmět Klasická elektrodynamika završuje vzdělávání budoucích učitelů fyziky v bakalářském studiu v oblasti klasické elektřiny a magnetismu. Postupujeme v něm deduktivně z Maxwellových rovnic. Součástí výuky je diskuze miskoncepcí z oblasti elektromagnetismu a středoškolské aproximace vysokoškolských poznatků z této oblasti.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (19.01.2018)

Cíl předmětu

Cílem je, aby student získal znalost Maxwellových rovnic, souvisejících pojmů a jejich důsledků, aby docenil hodnotu deduktivního přístupu ve fyzice a aby získal dovednost využít nabyté znalosti k řešení problémů z elektřiny a magnetismu a dovednost propojit je se středoškolskou fyzikou.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (26.01.2018)

Podmínky zakončení předmětu

Zkouška má písemnou a ústní část. V rámci písemné části jsou studentovi zadány k vyřešení tři problémy, které jsou analogické problémům řešeným během přednášek. V ústní části je písemné řešení studentem (v interakci s vyučujícím) diskutováno. Student složí zkoušku, pokud adekvátně vyřeší a zároveň adekvátně diskutuje zadané problémy aspoň z poloviny. Student má k dispozici dva opravné termíny.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (26.01.2018)

Literatura

Základní literatura:

• Kvasnica, J. (1985). Teorie elektromagnetického pole. Praha: Academia.

• Sedlák, B., & Štoll, I. (2012). Elektřina a magnetismus. Praha: Univerzita Karlova, Karolinum.

• Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2013). Fyzika 2. Brno: VUTIUM.

Doporučená literatura:

• Jackson, J. D. (1999). Classical Electrodynamics. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc.

• Griffiths, D. J. (2014). Introduction to Electrodynamics. Harlow: Pearson Education Limited.

Poslední úprava: Robová Jarmila, doc. RNDr., CSc. (25.05.2022)

Metody výuky

přednáška

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (19.01.2018)

Požadavky ke zkoušce

Zkouška má písemnou a ústní část. V rámci písemné části jsou studentovi zadány k vyřešení tři problémy, které jsou analogické problémům řešeným během přednášek. V ústní části je písemné řešení studentem (v interakci s vyučujícím) diskutováno. Student složí zkoušku, pokud adekvátně vyřeší a zároveň adekvátně diskutuje zadané problémy aspoň z poloviny. Student má k dispozici dva opravné termíny.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (26.01.2018)

Sylabus

• Maxwellovy rovnice (v diferenciálním a integrálním tvaru), materiálové vztahy a okrajové podmínky.

• Elektrostatika - Coulombův zákon, Gaussův zákon, elektrická intenzita, elektrostatický potenciál, elektrický dipól.

• Elektrický proud - rovnice kontinuity (zákon zachování elektrického náboje), souvislosti s rovnicí kontinuity v dalších fyzikálních oborech.

• Ampèrův zákon, magnetická indukce, vektorový potenciál, magnetický dipól (jako proudová smyčka).

• Lorentzův vztah, pohyb částice s nábojem v homogenním elektrickém poli, v homogenním magnetickém poli a v poli se vzájemně kolmou elektrickou intenzitou a magnetickou indukcí.

• Faradayův zákon elektromagnetické indukce - magnetický indukční tok, indukované napětí.

• Elektromagnetické potenciály - vektorový a skalární potenciál.

• Zákon zachování energie v elektromagnetickém poli - Poyntingův vektor.

• Zákon zachování hybnosti v elektromagnetickém poli.

• Elektromagnetické vlny - vlnová rovnice ve vakuu, rovinná harmonická monochromatická vlna, fázová rychlost, generování elektromagnetických vln, vlny v dielektriku (grupová rychlost) a vodiči (telegrafní rovnice), odraz, lom, polarizace odrazem; souvislosti s optikou.

• Kvazistacionární pole ve vodiči (skinefekt) a mimo vodič.

• Přehled a diskuze zvláštních případů elektromagnetického pole - statické, stacionární, kvazistacionární a nestacionární.

• Meze klasické elektrodynamiky.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (27.05.2022)

Studijní opory

Další informace o předmětu jsou dostupné na http://kdf.mff.cuni.cz/~zak/vyuka.php.

Je možné využít také elektronickou Sbírku řešených úloh dostupnou na http://reseneulohy.cz/cs.

Učební text průběžně zveřejňovaný během semestru je dostupný na https://kdf.mff.cuni.cz/vyuka/elektrodynamika/.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (02.05.2022)