Wykaz tematów

Podstawy Fizyki IV - Treści wykładu - 2011/2012
1.
Pole elektryczne.
1.1. Pole elektryczne w próżni.
1.1.1. Natężenie pola elektrycznego.
1.1.2. Prawo Gaussa dla pola elektrycznego - postać całkowa i różniczkowa. Przykłady zastosowań.
1.1.3. Potencjał pola elektrostatycznego.
1.1.4. Związek pomiędzy potencjałem i natężeniem pola elektrycznego.
1.1.5. Prawo Poissona i Laplace’a dla pola elektrycznego.
1.1.6. Potencjał pola elektrostatycznego, którego źródłem jest dipol elektryczny.
1.1.7. Elektryczny moment dipolowy.
1.1.8. Moment siły działający na dipol elektryczny.
1.1.9. Energia potencjalna dipola elektrycznego.
1.1.10. Określanie rozkładu linii sił pola elektrostatycznego na podstawie metody obrazu.
1.2. Pole elektryczne w materii.
1.2.1. Dielektryk w obszarze pomiędzy okładkami kondensatora płaskiego.
1.2.2. Przenikalność dielektryczna oraz podatność elektryczna dielektryka.
1.2.3. Polaryzowalność elektronowa atomu.
1.2.4. Wektor makroskopowej polaryzacji.
1.2.5. Polaryzacja atomowa.
1.2.6. Polaryzacja orientacyjna – dielektryki polarne.
1.2.7. Lokalne pole elektrostatyczne w dielektryku według modelu Lorentza.
1.2.8. Równanie Clausiusa-Mosottiego.
1.2.9. Wektor indukcji elektrycznej.
1.2.10. Prawo Gaussa dla wektorów: indukcji i polaryzacji elektrycznej.
1.2.11. Warunki brzegowe dla wektorów elektrycznych: natężenia pola elektrycznego, indukcji pola
elektrycznego i polaryzacji pola elektrycznego.
1.2.12. Trzy wektory elektryczne: natężenia pola elektrycznego, polaryzacji elektrycznej i indukcji
elektrycznej. Związki pomiędzy tymi wektorami.
1.2.13. Gęstość energii pola elektrycznego.
1.2.14. Promień elektronu.
1.2.15. Siły ponderomotoryczne – elektrometr Kelvina.
1.2.16. Energia pola elektrycznego w dielektryku.
1.3. Demonstracje.
Szereg trybologiczny materiałów, Elektryzowanie przez indukcję, kształt linii pola. Ładunek
objętościowy w materii, puszka Faradaya, generator Van der Graafa - mechanizm ładowania, jonizacja
z ostrzy, elektroskop – pojęcie pojemności elektrycznej, polaryzacja dielektryka.
2.
Prąd elektryczny.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
Natężenie i gęstość prądu elektrycznego.
Prawo ciągłości prądu elektrycznego.
Pojęcie siły elektromotorycznej.
Klasyczna teoria przepływu prądu w przewodnikach – model Drudego-Lorentza.
Mikroskopowe i makroskopowe prawo Ohma.
Prawa Kirchoffa dla obwodu prądu elektrycznego.
Mikroskopowe i makroskopowe prawo Joula-Lenza dla prądu elektrycznego.
Obwód RC.
1
3.
Pole magnetyczne.
3.1. Pole magnetyczne w próżni.
3.1.1. Siła Lorentza działająca na przewodnik z prądem elektrycznym.
3.1.2. Dipolowy moment magnetyczny. Moment sił działający na dipol magnetyczny. Energia
potencjalna dipola magnetycznego
3.1.3. Precesja Larmora
3.1.4. Zjawisko Halla.
3.1.5. Prawo Biota-Savarta. Przykłady zastosowań.
3.1.6. Prawo Gaussa dla indukcji pola magnetycznego - postać różniczkowa i całkowa.
3.1.7. Postać całkowa i różniczkowa prawa Ampera dla statycznego pola magnetycznego - przykłady
zastosowań.
3.1.8. Pojęcie potencjału wektorowego statycznego pola magnetycznego.
3.1.9. Potencjał wektorowy pola magnetycznego wytworzony przez stały prąd elektryczny płynący
przez nieskończony, prostoliniowy przewodnik z prądem.
3.1.10. Związek potencjału wektorowego z prawem Biota-Savarta.
3.1.11. Prawo Faradaya dla indukcji elektromagnetycznej.
3.1.12. Pojęcie samoindukcji.
3.1.13. Obwód RL.
3.1.14. Różniczkowe i całkowe prawo Faradaya-Maxwella.
3.1.15. Uzasadnienie wprowadzenia prądu przesunięcia w prawie Ampera dla zmiennego pola
elektromagnetycznego.
3.1.16. Indukcja wzajemna.
3.1.17. Obwody magnetyczne. Prawo Hopkinsona.
3.1.18. Zasada działania transformatora.
3.1.19. Prąd przesunięcia w kondensatorze włączonym szeregowo do obwodu prądu zmiennego.
3.1.20. Układ równań Maxwella w postaci całkowej i różniczkowej.
3.1.21. Potencjały zmiennego w czasie pola elektromagnetycznego: skalarny i wektorowy.
3.1.22. Rozwiązanie równań Maxwella w próżni.
3.1.23. Płaszczyzny: frontu falowego, polaryzacji i drgań natężeń pól elektrycznych w próżni.
3.1.24. Prędkość fali elektromagnetycznej w próżni.
3.1.25. Gęstość energii pola magnetycznego.
3.2. Pole magnetyczne w materii.
3.2.1. Wektor namagnesowania.
3.2.2. Paramagnetyzm. Prawo Curie dla paramagnetyków.
3.2.3. Diamagnetyzm. Dowód na to, że w diamagnetykach umieszczonych w zewnętrznym polu
magnetycznym powstaje wypadkowy moment magnetyczny skierowany przeciwnie do
zewnętrznego pola magnetycznego.
3.2.4. Ferromagnetyzm. Krzywa histerezy.
3.2.5. Wektor natężenia pola magnetycznego – uzasadnienie jego stosowania.
3.2.6. Trzy wektory magnetyczne: natężenia pola magnetycznego, wektora namagnesowania i indukcji
magnetycznej. Związki pomiędzy tymi wektorami.
3.2.7. Prawo Ampera dla natężenia pola magnetycznego.
3.2.8. Prawo Faradaya dla natężenia pola magnetycznego.
3.2.9. Energia pola magnetycznego w magnetykach.
3.2.10. Układ równań Maxwella w materii.
3.2.11. Rozwiązanie równań Maxwella w materii.
3.3. Demonstracje.
Magnesy, rozkład pola magnetycznego, kwadrupol magnetyczne – ogniskowanie, solenoid, punkt
Curie dla magnetyków.
4.
Fala elektromagnetyczna.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w materii.
Płaszczyzny: frontu falowego, polaryzacji i drgań natężeń pól elektrycznych w materii
Zależność pomiędzy amplitudami pól: elektrycznego i magnetycznego w próżni.
Energia fali elektromagnetycznej.
Wektor Poytinga fali elektromagnetycznej.
Prędkość rozchodzenia się energii fali elektromagnetycznej.
Ciśnienie fali elektromagnetycznej.
2
Literatura:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
R.Resnick, D.Halliday – Fizyka t.2, PWN, W-wa – dowolne wydanie polskie do 2003 r.
D.Halliday, R Resnick, J.Walker – Podstawy Fizyki t.3, PWN, W-wa 2003
A.K. Wróblewski, J.A. Zakrzewski – Wstęp do Fizyki t.2. cz.2 PWN, W-wa 1991
E.M. Purcell – Elektryczność i magnetyzm, PWN, W-wa 1974
A.Januszajtis – Fizyka dla Politechnik t.2 i t.3, PWN, W-wa 1991
B. Jaworski, A, Dietłaf, L. Miłkowska – Elektryczność i magnetyzm t.2. W-wa 1974.
3