Elektrodynamika a speciální teorie relativity (FSI-TDE)

Akademický rok 2018/2019
Garant: prof. RNDr. Petr Dub, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem kursu je získat základní poznatky z teorie elektromagnetického pole a speciální teorie relativity. Tato teoretická část fyziky bude přednášena i s důrazem na aplikační výstupy.
Výstupy studia a kompetence:
Znalost základních zákonů klasické elektrodynamiky a schopnost je užít pro popis fyzikálních situací a systémů a vysvětlení jejich chování. Získané znalosti jsou předpokladem pro pochopení teoretických základů celé řady moderních fyzikálních a inženýrských disciplin.
Prerekvizity:
Znalosti elektromagnetismu na úrovni učebnice HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika, VUTIUM, Brno 2001.
MATEMATIKA: Základy vektorové analýzy.

Vazby k jiným předmětům:
povinná prerekvizita: Obecná fyzika II (Elektřina a magnetismus) [TF2]
Obsah předmětu (anotace):
Předmět představuje druhou část úvodního kursu teoretické fyziky.Předmět seznamuje studenty se základy teorie elektromagnetického pole a jeho popisu pomocí Maxwellových rovnic. Jsou odvozeny zákony zachování energie a hybnosti pole, zavedeny potenciály pole a je popsáno elektrostatické, magnetostatické a kvazistacionární pole. Dále je popsán vznik elektromagnetických vln generovaných oscilujícím dipólem. Značná pozornost je věnována šíření elektromagnetických vln v různých prostředích a chování pole na rozhraní dvou prostředí. Na závěr je probrán pohyb nabitých částic v elektromagnetických polích, základy speciální teorie relativity a invariantnost Maxwellových rovnic vůči Lorentzově transformaci.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínkou pro udělení ZÁPOČTU je účast ve cvičeních, samostatné řešení úloh z teorie elektromagnetického pole (písemně i ústně).
ZKOUŠKA sestává z části písemné a ústní. V písemné části bude zadána úloha podobná příkladům, které byly řešeny na cvičeních. V ústní části si student vylosuje jedno z 13 zveřejněných témat.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičeních je kontrolována.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Maxwellovy rovnice v integrálním a diferenciálním tvaru (ro vakuum a látkové prostředí), rovnice kontinuity. Potenciály pole.
2. Zákony zachování energie a hybnosti elektromagnetického pole.
3. Elektrostatika. Poissonova rovnice a její řešení pro skalární potenciál. Greenova věta, Greenova funkce. Multipólový rozvoj.
4. Magnetostatika. Řešení pole stacionárního rozložení proudu.
5. Kvazistacionární pole. Skinefekt.
6. Vlnová rovnice.
7. Retardované potenciály.
8. Pole oscilujícího elektrického a magnetického dipólu.
9. Šíření elektromagnetických vln ve vakuu, izotropním dielektriku a ve vodiči.
10. Index lomu a disperzní relace. Šíření vlnového klubka v disperzním prostředí.
11. Rezonátory a vlnovody.
12. Hraniční podmínky pro elektromagnetické pole. Fresnelovy vzorce.
13. Speciální teorie relativity a Maxwellovy rovnice.
14. Pohyb relativistických nabitých částic v elektromagnetických polích.
    Cvičení Ve cvičeních jsou řešeny typické úlohy na procvičení odpřednášené látky. Viz http://physics.fme.vutbr.cz/ufi.php?Action=0&Id=977
Literatura - základní:
1. D. J. GRIFFITHS: Introduction to electrodynamics. Addison-Wesley, 2012.
2. Landau L. D., Lifshic J. M.: The clasical theory of fields. Butterworth-Heinemann, 2000.
3. Feynman R.P., Leigton R.B., Sands M.: Feynmanovy přednášky z fyziky, Fragment, 2001
4. B. SEDLÁK, I. ŠTOLL: Elektřina a magnetismus. Karolinum, 2012.
Literatura - doporučená:
1. D. J. Griffiths: Introduction to Electrodynamics.Addison-Wesley, 2012.
2. FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: Feynmanovy přednášky z fyziky, Fragment, 2001
3. Landau L. D., Lifshic J. M.: The clasical theory of fields. Butterworth-Heinemann, 2000.
4. B. SEDLÁK, I. ŠTOLL: Elektřina a magnetismus. Karolinum, 2012.
5. E. M. Purcell, D. J. Morin: Electricity and Magnetism. 3rd edition, Cambridge University Press 2013
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B3A-P prezenční studium B-FIN Fyzikální inženýrství a nanotechnologie -- zá,zk 5 Povinný 1 2 L