Obecná fyzika II (Elektřina a magnetismus) (FSI-TF2)

Akademický rok 2022/2023
Garant: prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je seznámit studenty s elektromagnetickou interakcí a se souvisejícími ději ve vakuu i v látkách, objasnit vzájemný vztah elektrického a magnetického pole, význam Maxwellových rovnic a ukázat souvislost elektromagnetismu s optikou a teorií obvodů.
Výstupy studia a kompetence:
Kurs vybaví studenty schopností aplikovat diferenciální, integrální a vektorový počet při výpočtech intenzity a potenciálu elektrických a magnetických polí a chování nabitých částic v těchto polích. Kurs rozvíjí schopnost abstraktního myšlení a schopnost zobecňovat experimentální poznatky při formulaci fyzikálních zákonů.
Prerekvizity:
Předpokládá se znalost diferenciálního, integrálního a vektorového počtu a znalost fyziky na středoškolské úrovni. Tento předmět je prerekvizitou pro předměty TF4 (Obecná fyzika 4, Moderní fyzika) a TDE (Elektrodynamika a STR).
Obsah předmětu (anotace):
Obecná fyzika II podává výklad klasického elektromagnetismu. Vychází z coulombovské interakce, na které buduje popis elektrostatického pole. Výklad magnetismu, elektromagnetické indukce a časově proměnných polí směřuje od popisu základních experimentů k formulaci Maxwellových rovnic a dále k popisu elektromagnetické vlny ve vakuu. Pole stacionárního a kvazistacionárního proudu ve vodiči je uvažováno v obvodech, pro jejichž řešení jsou formulovány Kirchhoffovy zákony. Vlastnosti vodičů, dielektrik a magnetik jsou popisovány vzhledem k pochopení jevů v materiálech a významu materiálových konstant. Přednáška má rozsah vysokoškolských učebnic základního kursu fyziky.
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:
Výsledná klasifikace závisí na výsledku průběžné kontroly ve cvičení formou testů a na výsledku zkoušky, která obsahuje test, výpočet příkladů a ústní část.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičení je povinná.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Elektrický náboj. Coulombův zákon.
Intenzita elektrostatického pole.
Gaussův zákon.
Potenciál elektrostatického pole. Elektrická potenciální energie.
Kapacita a kondenzátory. Dielektrika.
Elektrický proud. Ohmův zákon.
Obvody.
Magnetické pole. Amperova sila. Ampérův zákon. Biotův-Savartův zákon.
Magnetické pole v látkách.
Elektromagnetická indukce. Faradayův zákon, Indukčnost.
Oscilace v RLC obvodu.
Maxwellovy rovnice v integrálním a diferenciálním tvaru.
Energie elektromagnetické pole. Poyntingův vektor.
Elektromagnetické vlny.
    Cvičení Řešení úloh k tématům přednášce. Další problémy jsou řešeny ve volitelném (nepovinném) předmětu Fyzikální proseminář II.
Literatura - základní:
1. HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika. VUTIUM, Brno 2001
2. SEDLÁK, B., ŠTOLL, I.: Elektřina a magnetismus. Academia Praha, 1993
3. D. J. Griffiths: Introduction to Electrodynamics.Addison-Wesley, 2012.
4. E. M. Purcell, D. J. Morin: Electricity and Magnetism. 3rd edition, Cambridge University Press 2013
Literatura - doporučená:
1. HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika (2. vydání). VUTIUM, Brno 2013
2. B. SEDLÁK, I. ŠTOLL: Elektřina a magnetismus. Karolinum, 2012.
3. ŠANTAVÝ, I., LIŠKA, M.: Elektromagnetismus. Skriptum VUT v Brně. Elektronická verze: http://physics.fme.vutbr.cz
4. E. M. Purcell, D. J. Morin: Electricity and Magnetism. 3rd edition, Cambridge University Press 2013
5. D. J. Griffiths: Introduction to Electrodynamics.Addison-Wesley, 2012.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 7 Povinný 1 1 L
B-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 7 Povinný 1 1 L