Программа обучения по дисциплине (Syllabus) (стр. 1 )

Программа обучения по дисциплине (Syllabus)

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/37

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Факультет физики, математики и информационных технологий

Кафедра физики и приборостроения

Программа ОБУЧЕНИЯ ПО дисциплинЕ (Syllabus)

«Электродинамика»

для студентов специальности: 050604 – «Физика»

Павлодар

Лист утверждения программы Форма

обучения по дисциплине Ф СО ПГУ 7.18.3/38

(Syllabus)

УТВЕРЖДАЮ Декан факультета физики, математики и информационных технологий_______Нурбекова Ж.К. "___" __________20__ г.

Составитель: старший преподаватель, к. ф.-м. н._________

Кафедра физики и приборостроения

Программа обучения по дисциплине (Syllabus)

«Электродинамика»

для студентов очной формы обучения специальности

050604 – «Физика»

Программа разработана на основании рабочей учебной программы, утвержденной «___» _______________ 20__ г.

Рекомендована на заседании кафедры от «___»__________20__ г.

Протокол № _______.

Заведующий кафедрой _____________ «___»__________20__ г.

Одобрена учебно-методическим советом факультета физики, математики и информационных технологий «___» _________ 20__ г.

Протокол №_____

Председатель УМС_________________ «___»__________20__ г.

1 Сведения о преподавателях и контактная информация

Досанов Талгат Сапаргалиевич к. ф.-м. н., старший преподаватель кафедры физики и приборостроения.

Кафедра физики и приборостроения находится в А корпусе, аудитория А-313, контактный телефон: .

2 Данные о дисциплине

Дисциплина будет изучаться в 5 семестре продолжительностью в 15 недель. Общая трудоемкость дисциплины 135 часа, из них 45 часов отведено на занятия в аудитории и 90 часов – на самостоятельную работу студентов (СРС) по изучению дисциплины. Распределение аудиторного времени по видам занятий приведено в календарном плане.

3 Трудоемкость дисциплины

Семестр	Количество кредитов	Количество контактных часов по видам аудиторных занятий	Количество часов самостоятельной работы студента	Формы контроля
всего	лекции	практические	Лабораторные	студийные	индивидуальные	всего	СРСП
5	3	135	30	15				90	45	Р1, Р2, экзамен

4 Цель и задачи дисциплины:

Цель дисциплины:

Представить электродинамику как физическую теорию, основанную на законах, установленных опытом, развитую далее как теоретический курс в виде теории поля, ее основных методов и положений, показать, что электродинамика является основной в теоретической и экспериментальной физике и служит введением в квантовую теорию вещества и излучения.

Задачи дисциплины:

Достижение цели преподавания дисциплины должно быть обеспечено решением следующих задач:

в лекционном курсе на теоретическом уровне должны быть освещены основные вопросы по всем разделам физики;

на практических занятиях необходимо обеспечить выработку навыков и умения самостоятельно решать самые разнообразные практические задачи, умения выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей специальности.

В результате изучения данной дисциплины студент должен:

– знать из предшествующего курса «Электричество и магнетизм» основные электромагнитные явления, усвоить основные понятия и законы электродинамики, их математическую формулировку:

– знать границы применимости законов классической электродинамики, материалистическую сущность электромагнитного поля, методологическую роль специального принципа относительности;

– овладеть математическим аппаратом: электродинамики и специальной теории относительности;

– овладеть методами решения задач по современной классической теории поля;

– знать гауссову и международную системы единиц и связь между ними;

– уметь ставить проблему, выбирать методы решения, как в аналитической форме, так и с использованием компьютерных технологий (современных ЭВМ и соответствующих программных продуктов).

5 Требования к знаниям, умениям и навыкам

Для успешного освоения данной дисциплины необходимы знания, умения и навыки приобретенные при изучении следующих дисциплин: «Общий курс физики», «Классическая механика», «Высшая математика».

6 Пререквизиты

Для освоения данной дисциплины необходимы знания, умения и навыки приобретенные при изучении следующих дисциплин: «Общий курс физики», «Классическая механика», «Высшая математика».

7 Постреквизиты

Знания, умения и навыки, полученные при изучении дисциплины необходимы при изучении следующих дисциплин: «Квантовая механика», «Термодинамика и статистическая физика», «Моделирование физических процессов».

8 Тематический план

№ п/п	Наименование тем	Количество часов
Лекц.	Практ	СРС
1	2	3	4	5
1.	Введение	1	-	1
2.	Электростатика	6	3	17
3.	Магнитостатика	6	3	18
4.	Уравнения Максвелла	7	3	18
5.	Основы СТО	5	3	18
6.	Основы электродинамики движущихся сред	5	3	18
	Итого	30	15	90

9 Краткое описание дисциплины

Курс «Электродинамика» занимает важное место при подготовке будущих специалистов физиков. В курсе электродинамике будут рассматриваться классическая теория электромагнитных явлений и основы специальной теории относительности.

10 Компоненты курса

10.1 Перечень лекционных занятий

Тема 1. Введение. Основные этапы развития электродинамики. Положение данной дисциплины в курсе теоретической физики, а также в экспериментальном и техническом применении её. Роль электродинамики в формировании физической картине мира. Электромагнитное поле как материальная субстанция. СТО как отражение относительности движения, как новое представление о пространстве и времени, как аппарат для дальнейшего развития теоретической физики.

Тема 2. Электростатика. Электростатическое поле в вакууме. Векторные поля и их свойства. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Потенциал и напряженность поля. Уравнение Пуассона. Разложение потенциала по мультиполям. Энергия системы зарядов во внешнем поле. Формула Максвелла для энергии электростатического поля. Электростатическое поле в веществе. Диполь. Поле, энергия и взаимодействие диполей. Вектор поляризации и плотность связанных зарядов. Вектор электрической индукции. Граничные условия в вакууме и в среде. Связь микро - и макрохарактеристик поля. Общие методы решения задач о нахождении потенциалов. Теорема единственности. Теорема взаимности Грина. Метод инверсии. Метод функций Грина. Сила и энергия электростатического поля в веществе. Плотность энергии в диэлектриках. Термодинамический смысл энергии поля в диэлектрике. Объёмные силы в диэлектрике.

Тема 3. Магнитостатика. Токи и их взаимодействие. Законы Ома, Джоуля, Ампера в дифференциальной форме. Магнитное поле и магнитное взаимодействие токов. Разновидности токов. Магнитные среды. Магнитный момент замкнутого тока. Вектор намагничивания. Напряженность магнитного поля. Вектор магнитной индукции.

Тема 4. Уравнения Максвелла. Уравнения Максвелла как обобщение опытных фактов. Уравнения неразрывности как закон сохранения заряда. Гипотеза о применимости системы уравнений Максвелла к микрополям. Микроскопические уравнения Максвелла. Уравнение Даламбера для потенциалов. Связь напряженностей поля и потенциалов. Калибровочная инвариантность электромагнитного поля. Запаздывающие потенциалы. Законы сохранения в электродинамике. Вектор Умова-Пойтинга. Вектор плотности импульса электромагнитного поля. Излучение электромагнитных волн. Электрическое дипольное излучение. Магнитное дипольное излучение. Распространение электромагнитных волн в средах.

Тема 5. Основы специальной теории относительности. Относительность одновременности. Преобразования Лоренца. Релятивистская кинематика. Релятивистская механика. Функция Лагранжа свободной частицы. Энергия, импульс релятивистской частицы. Закон движения в релятивистской механике. Движение тела под действием постоянной силы. Четырехмерный аппарат теории относительности. Понятие четырех-вектора и четырех-тензора. Инварианты СТО. Матричная форма преобразований Лоренца. Геометрическая интерпретация преобразований Лоренца. Ковариантная запись законов механики. Ковариантная запись законов электродинамики. Четырехмерные характеристики электромагнитного поля. Тензор поля. Эффект Доплера. Принцип наименьшего действия для электромагнитного поля. Тензор энергии-импульса. Ковариантная запись уравнений Максвелла. Электромагнитная масса электрона. Поле произвольно движущегося заряда. Расчет напряженности электрического и магнитного поля. Импульс силы. Излучение классического осциллятора. Частные задачи на излучение. Излучение Вавилова-Черенкова. Классическая теория рассеяния. Рассеяние электромагнитных волн свободным, связанным зарядом. Радиационная ширина спектральной линии. Нормальная и аномальная дисперсии.

Тема 6. Основы электродинамики движущихся сред. Законы преобразования для векторов поля. Материальные уравнения для движущихся сред. Элементы магнитной гидродинамики. Плазма в стационарных полях. Движение заряженных частиц в скрещенных полях. Диэлектрические и диамагнитные свойства плазмы. Вмороженность силовых магнитных линий. Квантование магнитного потока. Теория поляризации диэлектриков. Теория намагничивания магнетиков. Диэлектрики с квазиупругим дипольным моментом. Диэлектрики с постоянным дипольным моментом. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Типы магнетиков. Парамагнетизм. Диамагнетизм. Ферромагнетизм. Ферриты. Антиферриты. Сверхпроводимость.

10.2 Перечень и содержание практических занятий

№№ п/п	Наименование темы	Содержание	Сроки вып. (недели)
1	2	3	4
1.	Электростатика	Закон Кулона. Теорема Гаусса. Уравнение Пуассона. Энергия поля.	1-4
2.	Магнитостатика	Законы Ома, Джоуля и Ампера. Магнитное поле. Энергия магнитного поля.	5-6
3.	Уравнения Максвелла	Распространение электромагнитных волн.	7-9
4.	Основы СТО	Поле движущегося заряда. Излучение классического осциллятора. Рассеяние электромагнитных волн.	10-12
5.	Основы электродинамики движущихся сред	Движение заряженных частиц в скрещенных полях.	13-15

10.3 Содержание самостоятельной работы студента