Учебно-методический комплекс учебной дисциплины "Электродинамика" профессионального цикла специальности 222900 направление подготовки "Нанотехнология и микросистемная техника" магистерская программа "Материаловедение наносистем". Квалификация (степень) выпускника магистр. Форма обучения очная (стр. 5 )

       Тема 8. Краткий обзор физических свойств сплошных сред.

       Электропроводность среды. Закон Ома. Закон Джоуля – Ленца. Электростатика проводников. Емкость. Емкостные и потенциальные коэффициенты. Электростатическая энергия проводников. Электрострикция и электрокалорический эффект. Механизмы поляризации диэлектриков. Вещества со спонтанной поляризацией (пироэлектрики). Прямой и обратный пьезоэффект. Сегнетоэлектрики и их основные свойства. Магнитные свойства веществ. Парамагнетики и диамагнетики. Ферромагнетики и антиферромагнетики.

       Тема 9. Электромагнитное поле в среде с пространственной и временной дисперсией.

Общая связь между напряженностью электрического поля и электрической индукцией. Пространственно-временная дисперсия. Дисперсионное уравнение.

Задания для студентов указаны в разделе 1.6. Активная работа студента на каждом практическом занятии оценивается в 2 балла.

Форма рубежного контроля – экзамен. Максимальный балл, который может получить студент, – 30 баллов.

3. Вопросы, выносимые на экзамен.

Начало исследований электромагнитных явлений. Первые экспериментальные факты. Закон Кулона. Представление об электромагнитном поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Основные уравнения электростатики. Скалярный потенциал. Основные уравнения магнитостатики. Напряженность магнитного поля. Векторный потенциал. Закон Био – Савара – Лапласа. Связь электрических и магнитных явлений. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Закон сохранения электрического заряда и уравнение непрерывности. Окончательная форма уравнений поля. Полная система уравнений Максвелла в дифференциальной и интегральной форме, физический смысл уравнений Максвелла. Закон сохранения энергии электромагнитного поля. Плотность энергии электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. Закон сохранения импульса. Связь между плотностью импульса и плотностью потока энергии электромагнитного поля. Тензор напряжений. Потенциалы электромагнитного поля. Неоднозначность определения потенциалов. Калибровочные преобразования. Калибровочная инвариантность уравнений Максвелла. Представление уравнений Максвелла в четырехмерной форме. Тензор электромагнитного поля. Единственность решения уравнений Максвелла при заданных источниках поля. Уравнения движения зарядов. Возможность описания электромагнитного поля с помощью напряженностей и с помощью потенциалов поля. Присутствие уравнения связи в числе уравнений поля. Взаимосвязь этого факта с калибровочной инвариантностью уравнений поля. Калибровочные условия. Калибровка Кулона. Калибровка Лоренца. Эффект Ааронова – Бома. Свободное электромагнитное поле. Уравнения Максвелла в отсутствие источников. Уравнения для потенциалов в калибровке Лоренца. Решения уравнения д'Аламбера для плоских волн. Фаза волны. Волновая поверхность и фронт волны. Фазовая скорость. Свойство поперечности электромагнитных волн. Плотность энергии и плотность потока энергии в электромагнитной волне. Монохроматические плоские волны. Эллиптическая, круговая и линейная поляризация волн. Частично поляризованные волны. Тензор поляризации, его вид в случае полностью неполяризованных волн, волн с эллиптической, круговой и линейной поляризацией. Интенсивность электромагнитных волн. Степень поляризации волны. Общее решение уравнений поля с источниками. Функция Грина уравнения д'Аламбера. Функция Грина уравнения Пуассона. Запаздывающие потенциалы. Поле точечного заряда, движущегося по заданной траектории. Потенциалы Лиенара – Вихерта. Электростатическое поле системы зарядов на больших расстояниях. Разложение скалярного потенциала в ряд по малым параметрам. Дипольный момент системы зарядов. Тензор квадрупольного момента. Напряженность электрического поля статической системы зарядов. Стационарное магнитное поле на больших расстояниях. Разложение векторного потенциала в ряд по малым параметрам. Магнитный момент системы зарядов. Напряженность стационарного магнитного поля. Излучение электромагнитных волн. Разложение запаздывающих потенциалов в ряд по малым параметрам. Напряженности электрического и магнитного поля в волне. Интенсивность излучения. Краткая характеристика основных видов излучения электромагнитных волн. Дипольное излучение. Квадрупольное и магнито-дипольное излучение. Электромагнитное поле в веществе. Точные уравнения для микроскопических значений напряженностей полей. Необходимость усреднения уравнений поля. Напряженность макроскопического электрического поля. Индукция макроскопического магнитного поля. Разделение зарядов и токов на внешние (сторонние) и внутренние. Вектор электрической поляризации. Вектор магнитной поляризации (намагниченность). Преобразование системы уравнений электромагнитного поля в сплошной среде после усреднения. Вектор электрической индукции. Напряженность магнитного поля. Связь между векторами E и D, H и B в линейных изотропных и анизотропных средах. Диэлектрическая и магнитная восприимчивость. Диэлектрическая и магнитная проницаемость среды. Интегральная форма системы уравнений электромагнитного поля в сплошной среде. Условия на границе раздела двух сред. Особенности законов сохранения в электродинамике сплошных сред. Закон сохранения энергии на микроуровне. Закон сохранения энергии как следствие усредненных уравнений Максвелла. Особенности законов сохранения в электродинамике сплошных сред. Закон сохранения импульса на микроуровне. Закон сохранения импульса как следствие усредненных уравнений Максвелла. Принцип взаимности Лоренца. Принцип взаимности Грина. Классификация сред. Основные характеристики сплошной среды. Электропроводность среды. Закон Ома. Закон Джоуля – Ленца. Электростатика проводников. Емкостные коэффициенты. Потенциальные коэффициенты. Емкость уединенного проводника. Емкость конденсатора. Электростатическая энергия проводников. Электрострикция проводников и диэлектриков. Электрокалорический эффект. Краткая характеристика электрических свойств веществ. Механизмы поляризации диэлектриков. Вещества со спонтанной поляризацией (пироэлектрики). Пьезоэффект. Основные свойства сегнетоэлектриков. Краткая характеристика магнитных свойств веществ. Парамагнетики. Диамагнетики. Ферромагнетики и антиферромагнетики. Электромагнитное поле в среде с пространственной и временной дисперсией. Анализ предположений, сделанных при усреднении уравнений Максвелла. Общая связь между напряженностью электрического поля и электрической индукцией. Зависимость диэлектрической проницаемости от частоты и волнового вектора. Поиск решений уравнений Максвелла путем разложения в интегралы Фурье. Уравнения для гармоник Фурье. Дисперсионное уравнение. Тензор диэлектрической проницаемости среды, однородной и изотропной в больших масштабах. Существование поперечных и продольных волн в среде с пространственной и временной дисперсией.