Elektřina a magnetismus - NOFY018
Anglický název: Electricity and magnetism
Zajišťuje: Kabinet výuky obecné fyziky (32-KVOF)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2024
Semestr: letní
E-Kredity: 8
Rozsah, examinace: letní s.:4/2, Z+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: prof. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.
prof. RNDr. Petr Malý, DrSc.
Vyučující: doc. RNDr. Pavel Kocán, Ph.D.
doc. Mgr. Jaroslav Kousal, Ph.D.
doc. Mgr. Pavel Kudrna, Dr.
RNDr. Peter Matvija, Ph.D.
prof. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.
prof. RNDr. Ondřej Santolík, Dr.
doc. Mgr. Martin Setvín, Ph.D.
doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc.
prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc.
Kategorizace předmětu: Fyzika > Předměty obecného základu
Je prerekvizitou pro: NOOE021
Výsledky anket   Termíny zkoušek   Rozvrh LS   Nástěnka   
Anotace -
Elektrostatika. Elektrický proud a stacionární elektrické pole. Metody řešení lineárních stacionárních obvodů. Stacionární magnetické pole. Kvazistacionární elektrické a magnetické pole. Metody řešení střídavých obvodů. Nestacionární elektromagnetické pole. Dielektrické a magnetické vlastnosti látek. Elektrické transportní jevy. Přednáška určena pro posluchače 1.roč., F.
Poslední úprava: T_KVOF (15.05.2001)
Cíl předmětu -

Semestrální kurz elektřiny a magnetismu, který je součástí základního kurzu fyziky.

Přednáška je určena pro posluchače 1. ročníku bakalářského studia fyziky.

Poslední úprava: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (03.02.2024)
Podmínky zakončení předmětu

Zápočet uděluje vyučující, který vede cvičení, za aktivní účast na cvičení a nadpoloviční zisk bodů ze dvou písemných testů (uprostřed a na konci semestru). 3 příklady zadané v každém testu budou vybrány ze sady příkladů, kterou budou mít studenti k dispozici. V případě neúspěchu lze po dohodě se cvičícím písemný test opakovat.

Poslední úprava: Ošťádal Ivan, prof. RNDr., CSc. (05.02.2025)
Literatura

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.

Poslední úprava: Malý Petr, prof. RNDr., DrSc. (14.02.2022)
Metody výuky

přednáška + cvičení

Poslední úprava: T_KVOF (28.03.2008)
Požadavky ke zkoušce

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, které budou vybrány ze stejné sady příkladů jako v případě zápočtových testů. 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.

Poslední úprava: Ošťádal Ivan, prof. RNDr., CSc. (05.02.2025)
Sylabus -
1. Úvod.

2. Přehled vektorové analýzy.

  • Skalární a vektorové veličiny, skalární a vektorová pole.
  • Základní diferenciální operace (gradient, divergence, rotace).
  • Integrální věty ( Gaussova a Stokesova věta).
  • Klasifikace polí (pole potenciální a solenoidální).

3. Elektrostatika.

Elektrostatické pole ve vakuu:

  • Elektrický náboj a jeho vlastnosti. Bodový náboj, hustota náboje.
  • Coulombův zákon.
  • Intenzita a potenciál elektrostatického pole.
  • Gaussův zákon, Poissonova rovnice, Laplaceova rovnice.
  • Elektrický dipól (energie, silové působení).

Elektrostatické pole v přítomnosti vodičů:

  • Základní experimenty, jev elektrostatické indukce.
  • Základní úloha elektrostatiky.
  • Kapacita, kondenzátor.

Práce a energie v elektrostatickém poli:

  • Interakční energie.
  • Hustota energie elektrostatického pole.

Elektrostatické pole v dielektriku:

  • Polarizace dielektrika, vázané náboje.
  • Gaussův zákon pro elektrostatické pole v dielektriku, vektor elektrické indukce.
  • Materiálové vztahy, elektrická susceptibilita a permitivita.
  • Okrajové podmínky pro elektrostatické pole.
  • Síly působící na dielektrika, energie elektrostatického pole v dielektrikách.
  • Clausiusův-Mossotiho vztah.

4. Elektrický proud a stacionární elektrické pole.

  • Elektrický proud, hustota proudu, rovnice kontinuity.
  • Stacionární elektrické pole.
  • Ohmův zákon, elektrický odpor a elektrická vodivost, Jouleův zákon.
  • Stacionární elektrický obvod. Elektromotorické napětí, Kirchhoffova pravidla.
  • Metody řešení lineárních stacionárních obvodů.
  • Vodivost kovů. Charakteristiky vodivosti kovů, Drudeho teorie.

5. Stacionární magnetické pole.

Magnetické pole ve vakuu:

  • Vlastnosti magnetického pole, vektor magnetické indukce, Ampérův zákon pro magnetické pole ve vakuu.
  • Vektový potenciál, Biotův-Savartův vzorec.
  • Magnetické pole proudové smyčky.

Magnetické pole v látkovém prostředí.

  • Vektor magnetizace.
  • Materiálové vztahy, magnetická susceptibilita a permeabilita.
  • Diamagnetické, paramagnetické a ferromagnetické látky.
  • Ampérův zákon v látkovém prostředí, vektor intenzity magnetického pole.
  • Okrajové podmínky pro magnetické pole.
  • Magnetické pole, magnetický obvod.

6. Zákon elektromagnetické indukce a kvazistacionární elektrické a magnetické pole.

  • Faradayův zákon elektromagnetické indukce. Vlastní a vzájemná indukčnost vodičů.
  • Obecné vlastnosti kvazistacionárního pole. Kvazistacionární obvod, Kirchhoffova pravidla.
  • Energie a silové účinky magnetického pole, hustota energie.
  • Generace střídavého napětí.
  • Transformátor, třífázový proud.
  • Střídavé obvody, Kirchhoffova pravidla v komplexní symbolice, impedance.
  • Rezonance.

7. Nestacionární elektromagnetické pole.

  • Formulace Maxwellových rovnic, posuvný proud.
  • Maxwellovy rovnice ve vakuu a látkovém prostředí.
  • Okrajové podmínky pro elektromagnetické pole.
  • Elektromagnetické potenciály, kalibrační podmínka.
  • Energie a hybnost elektromagnetického pole, Poytingova věta.

8. Elektromagnetické vlny.

  • Vlnová rovnice. Rovinná elektromagnetická vlna, polarizace.
  • Šíření vln ve vakuu a látkovém prostředí.
  • Spektrální obory elektromagnetických vln, světlo.

9. Elektrické transportní jevy.

  • Pohyb elektrického náboje v elektrickém a magnetickém poli.
  • Vodiče, nevodiče, polovodiče (model elektronové pásové struktury).
  • Emise elektronů, výstupní práce, vakuová dioda.
  • Kontaktní potenciál, jevy na rozhraní dvou vodičů.
  • Elektrický proud v nevlastních polovodičích typu P a N. Polovodičová dioda - PN přechod.
  • Vedení proudu v plynném a kapalném prostředí, ionizace, disociace, elektrodové potenciály.

Poslední úprava: Valentová Helena, doc. RNDr., Ph.D. (04.01.2018)