Podstawy fizyki 2 - elektrycznosc i magnetyzm

Kod przedmiotu
Nazwa przedmiotu
13.2-08-10-B/04
LICZBA PUNKTÓW ECTS
PODSTAWY FIZYKI 2 - ELEKTRYCZNOŚĆ I MAGNETYZM
Jednostka prowadząca
Instytut Fizyki
Kierunek studiów
Fizyka, studia stacjonarne I stopnia
Rok, semestr,
formy zajęć i liczba godzin
6
Rok
Semestr
I
II
Formy zajęć
Wykł.
Konw./ćwicz.
Lab.
Punkty
ECTS
30
30
-
6
Kierownik i realizatorzy
Prof. dr hab. Stefan Giller, dr Ewa Jakubczyk
Przedmioty wprowadzające i
wymagania wstępne
Wiadomości objęte programem nauczania Podstaw Fizyki i Analizy
Matematycznej w semestrze I oraz programem nauczania fizyki i matematyki
w szkole średniej
Ramowy program przedmiotu
WYKŁAD
1. Ładunki elektryczne. Pola elektryczne i magnetyczne
Własności elektryczne materii. Dwa rodzaje ładunków elektrycznych.
Elektrony, protony i inne nośniki ładunków elektrycznych. Siły działające na
cząstki naładowane będące w spoczynku i w ruchu. Definicja natęŜenia pola
elektrycznego i wektora indukcji magnetycznej. Siła Lorentza. Zasada
zachowania ładunku elektrycznego. Skwantowanie ładunku elektrycznego.
Ładunki elektronów i protonów oraz innych cząstek materii. Pomiar ładunku
elementarnego.
2. Równania Maxwella dla pól elektrycznych i magnetycznych
Pojęcia gęstości ładunku elektrycznego i gęstości prądu. Równanie ciągłości.
Równania Maxwella dla pól elektrycznych i magnetycznych w obecności
ładunków i prądów. Prawa Gaussa dla pól elektrycznych i magnetycznych,
prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya i twierdzenie o cyrkulacji
wektora indukcji magnetycznej.
3. Statyczne pola elektryczne
Potencjał elektrostatyczny. Napięcie elektryczne. Równanie Poissona.
Potencjał elektrostatyczny ładunku punktowego i rozciągłego rozkładu
ładunku. Praca w polu elektrycznym, energia pola elektrycznego. Pola
elektrostatyczne w materii. Własności elektryczne przewodników i
półprzewodników. Izolatory. Pojemność elektryczna przewodników.
Kondensatory. Pola elektryczne w izolatorach. Zjawiska polaryzacji
elektrycznej. Dielektryki. Dipole elektryczne i wektor polaryzacji
elektrycznej. Stała dielektryczna. Wektor indukcji elektrycznej.
Ferroelektryki.
4. Statyczne pola magnetyczne
Prądy elektryczne. Prądy elektryczne w przewodnikach. NatęŜenie prądu.
Pola magnetyczne prądów stałych. Prawo Biota-Savarta. Kołowy obwód z
prądem w polu magnetycznym. Moment magnetyczny. Pola magnetyczne w
materii. Zjawiska namagnesowania. Wektor namagnesowania. Stałe
przenikalności magnetycznej. Dia-, para- i ferromagnetyki.
5. Obwody elektryczne z prądem stałym
Prawo Ohma dla przewodników. Teoria Drudego. Źródła stałych pól
elektrycznych i ich SEM. Prawa Kirchhoffa dla obwodów elektrycznych.
Wydzielanie mocy w obwodach.
6. Obwody z prądem zmiennym w czasie
Indukcyjność obwodów elektrycznych. Cewki. Obwody elektryczne
zawierające cewki i kondensatory. Prawa Kirchoffa dla obwodów z prądem
zmiennym. Prądy zmienne harmonicznie. Metoda liczb zespolonych.
Impedancje róŜnych elementów obwodów. Moc wydzielana w obwodach z
prądem zmiennym.
7. Równania Maxwella dla pól w materii.
Ładunki i prądy związane z polaryzacją i namagnesowaniem materii.
Wektory indukcji elektrycznej i pola magnetycznego. Płaskie fale
elektromagnetyczne w materii.
KONWERSATORIUM
1. Elektrostatyka
Prawo Coulomba; zasada zachowania ładunku; prawo Gaussa; natęŜenie i
potencjał: ładunku punktowego, układu ładunków punktowych; dipola
elektrycznego, naładowanej kuli, naładowanej linii, naładowanej tarczy;
praca w polu elektrycznym; energia pola elektrycznego; wektory indukcji i
polaryzacji; łączenie szeregowe i równoległe kondensatorów
2. Prąd stały
NatęŜenie i gęstość prądu elektrycznego, prawo Ohma, obwody elektryczne,
prawa Kirchhoffa, obwody RC.
3. Pole magnetyczne
Indukcja magnetyczna, siła Lorentza, ruch naładowanych cząstek w polu
magnetycznym, ramka z prądem w polu magnetycznym, prawo Biota –
Savarta, prawo Ampere’a, selenoid i toroid.
4. Indukcja elektromagnetyczna
Prawo indukcji Faraday’a; reguła Lenza, zjawisko indukcji i samoindukcji;
obwody RL; równania Maxwella.
5. Prąd zmienny
Obwody RLC; moc w obwodach prądu zmiennego; prądnice; transformatory.
Forma zaliczenia zajęć
Zaliczenie wykładu - egzamin
Zaliczenie konwersatorium na podstawie aktywnego uczestnictwa w
zajęciach, przygotowania do zajęć oraz uzyskania pozytywnych ocen ze
wszystkich kolokwiów.
Metoda dydaktyczna
Wykład z pokazami.
W trakcie zajęć konwersatoryjnych szczególny nacisk będzie połoŜony na
rozwiązywanie problemów i zadań rachunkowych
Literatura podstawowa
WYKŁAD
1. D. Holliday, R. Resnick, Fizyka, T. 1 i 2, PWN, Warszawa 1994.
2. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, T. 3 i 4, PWN,
Warszawa, 2003.
3. I. W. Sawieljew, Elektryczność i magnetyzm. Fale. Optyka, T. 2,
Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1998.
4. A. Piekara, Elektryczność i magnetyzm, PWN Warszawa 1977
5. F. Crawford, Fale, PWN, Warszawa 1975.
6. C. Bobrowski, Fizyka – krótki kurs, WNT, Warszawa 1995.
7. B. Jaworski, A. Dietłaf, Kurs Fizyki, T. 2 i 3, PWN, Warszawa 1984.
KONWERSATORIUM
1. M. S. Cedrik, Zbiór zadań z fizyki, PWN, Warszawa 1972.
2. J. Jędrzejewski, W. Kruczek, A. Kujawski, Zbiór zadań z fizyki, WNT,
Warszawa 1995.
3. J. Kalisz, M. Massalska, J.M. Massalski, Zbiór Zadań z Fizyki z
Rozwiązaniami, PWN, Warszawa 1975.
Literatura uzupełniająca
WYKŁAD
1. R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands, Feynmana wykłady z fizyki, T. 2,
cz. 1, PWN, Warszawa 2001.
2. A. K. Wróblewski, J. A. Zakrzewski, Wstęp do fizyki, T. 2 cz. 2,
Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.
3. J. Orear, Fizyka T. 1 i 2, WNT, Warszawa 1993.
4. M. Skorko, Fizyka, PWN, Warszawa 1978.
KOWERSATORIUM
1. W. K. Kobuszkin, Metodyka rozwiązywania zadań z fizyki, PWN, Warszawa
1976.
2. A. A. Piński, Zadania z fizyki, PWN, Warszawa 1987.
3. G. A. Bendrikow, B. B. Buchowcew, W. W. KerŜencew, G. J. Miakiszew,
Zadania z fizyki, PWN, Warszawa 1973.