Geum.ru

Профессор Артур Григорьевич Погосов программа курса

Вид материалаПрограмма курса

Содержание


Электромагнетизм и оптика
Курсовая контрольная работа (30.10).
Электромагнетизм и оптика
Электромагнетизм и оптика
Подобный материал:
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ОПТИКА

(2-й курс, 3-й семестр)

Профессор Артур Григорьевич Погосов

Программа курса лекций
  1. Электрический заряд. Закон Кулона. Электрическое поле. Принцип суперпозиции. Интегральная форма уравнений электростатики. Теорема Гаусса и теорема о циркуляции. Плотность зарядов. Дифференциальные уравнения электростатического поля в вакууме.
  2. Потенциал. Основное уравнение электростатики — уравнение Пуассона и его общее решение в безграничном пространстве. Электрическое поле на больших расстояниях от системы зарядов. Диполь. Квадруполь. Понятие о мультиполях.
  3. Электрическое поле в среде. Диэлектрики. Поляризация, электростатическая индукция, диэлектрическая проницаемость, граничные условия.
  4. Проводники в электростатическом поле, граничные условия. Конденсатор. Энергия конденсатора. Емкостные коэффициенты и электроемкость. Энергия электрического поля. Силы в электрическом поле.
  5. Электрический ток. Закон сохранения заряда. Уравнение непрерывности. Ток в проводниках. Проводимость. Дифференциальный закон Ома. Граничные условия. Линейные проводники. Сопротивление. Закон Ома и правила Кирхгофа. Электродвижущая сила.
  6. Ток в вакууме. Закон «трёх вторых» для плоского диода.
  7. Постоянное магнитное поле. Закон Ампера. Закон Био–Савара. Связь с принципом относительности. Интегральная форма уравнений магнитостатики. Поток и циркуляция магнитного поля. Дифференциальные уравнения магнитостатики в вакууме.
  8. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Дрейф. Вектор-потенциал магнитного поля. Основное уравнение магнитостатики и его общее решение в безграничном пространстве.
  9. Магнитное поле на больших расстояниях от системы токов. Магнитный (дипольный) момент.
  10. Магнитное поле в среде. Намагничивание. Магнитная индукция. Магнитная проницаемость. Граничные условия. Типы магнетиков. Ферромагнетизм, гистерезис.
  11. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция и взаимоиндукция. Индуктивность. Силы в магнитном поле. Энергия магнитного поля.
  12. Сверхпроводимость, эффект Мейснера, критическое магнитное поле. Граничные условия.
  13. Квазистационарные электромагнитные процессы. Токи Фуко и скин-эффект.
  14. Цепи переменного тока, комплексное сопротивление. Колебательный контур.
  15. Понятие о линиях передачи энергии. Волны вдоль проводов. Согласованная нагрузка.
  16. Ток смещения. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме. Граничные условия. Поток энергии поля, вектор Пойнтинга. Импульс электромагнитного поля.
  17. Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Плоская монохроматическая волна. Поляризация.



ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ОПТИКА

(2-й курс, 3-й семестр)

профессор Генрий Викторович Меледин

профессор Валерий Семенович Черкасский
Программа семинарских занятий

Электростатика
  1. Информация о курсе (учебники, задания, контрольные, зачет, экзамен) – 0,5часа. Поле и потенциал точечного заряда. Суперпозиция. (Задачи 1.3, 1.4, 1.14, 1.15 из сборника [10]). Найти  снаружи и внутри однородного заряженного шара интегрированием уравнения Пуассона – 1,5 часа.
  2. Теорема Гаусса (1.19–1.25). Диполь (1.27, 1.28, 1.31–1.33) – 2 часа.
  3. Дивергенция в сферических и цилиндрических координатах. Уравнения Пуассона и Лапласа (1.47, 1.48) – 2 часа.
  4. Разделение переменных в уравнениях Пуассона и Лапласа в декартовых координатах. Найти , если . (1.49). Найти в слое , если на границах: , – 2 часа.
  5. Разделение переменных в уравнении Лапласа в сферических координатах. Квадрупольный потенциал и тензор квадрупольного момента. Мультиполи. (1.42, 1.44, 1.45, 1.51) – 4 часа.
  6. Поле в диэлектриках. Граничные условия. (2.1–2.6, 2.8б) – 2 часа.
  7. Емкость. Потенциальные и емкостные коэффициенты. (2.10–2.12, 2.14, 2.15, 2.18, 2.19, 2.21, БТ 182, 183) – 4 часа.
  8. Метод изображений. (2.22, 2.23, 2.25–2.28, 2.32, 2.37, 2.39, 2.40, 2.43) – 4 часа.
  9. Энергия поля. Давление. Силы. (2.46–2.48, 2.50, 2.51, 2.54, 2.59, 2.60) – 2 часа.

Электрический ток
  1. Электрический ток в проводнике. Граничные условия. Закон Ома. (3.1–3.5, 3.9, 3.18, 3.19, 3.21, 3.23–3.25) – 4 часа.
  2. Закон «3/2». (3.32, 3.34, 3.38, 3.39) – 2 часа.

Магнитостатика
  1. Закон Био-Савара. Теорема Стокса. Суперпозиция. (4.1–4.5, 4.8, 4.10, 4.13) – 2 часа.
  2. Векторный потенциал. Магнитный диполь. Прецессия магнитного момента. Скалярный магнитный потенциал. Аксиально-симметричное магнитное поле – описание через поле на оси (то же для электрического поля). (4.15, 4.18, 4.21, 4.22, 4.26, 4.30, 4.32, 4.33) – 3 часа.
  3. Магнитное поле в среде. Граничные условия. Метод изображений. Магнитные цепи. Постоянные магниты. (5.1–5.5, 5.7, 5.8, 5.10–5.12, 5.14–5.16, 5.19, 5.24) – 5 часов.

Квазистационарные явления
  1. Индуктивность. Энергия и давление магнитного поля. Взаимодействие токов с полем. (6.1, 6.2, 6.4–6.9, 6.11, 6.13, 6.15, 6.16, 6.22, 5.28, 5.29, 5.33) – 4 часа.
  2. Сохранение магнитного потока. (6.23–6.29, 6.33, 6.34) – 2 часа.
  3. Электромагнитная индукция. Трансформатор (6.35–6.37, 6.39, 6.42, 6.44, 6.47–6.50, 6.55). Цепи (6.58, 6.59, 6.63, 6.64, 6.67, 6.68) – 2 часа.
  4. Скин-эффект (6.76–6.78, 6.80–6.83, 6.85, 6.86, 6.92, 6.97) – 4 часа.
  5. Поток энергии. Ток смещения. (6.102, 6.103, 6.106, 6.107) – 1 час.
  6. Движение заряженных частиц в электромагнитном поле. Дрейфовые движения. (7.1–7.3, 7.7) – 2 часа.
Задания

Оценка на экзамене по курсу электромагнетизм и оптика выставляется после устного ответа с учетом трех предварительных отметок:
  • оценки за курсовую письменную работу, которая обычно выполняется за день-два до устного экзамена;
  • оценки, выставляемой преподавателем за работу в семестре с учетом своевременной сдачи заданий, активности на семинарах и результатов групповых контрольных работ;
  • оценки за курсовую контрольную работу, которая проводится в середине семестра.

При проверке задач на всех этапах существенными будут следующие факторы:
  • понимание физической сущности задач, области применимости решения, контроль получения решения по размерности, с помощью предельных или частных случаев, где найти решение особенно просто;
  • рациональное использование математического аппарата, нахождение наилучшего из возможных путей к решению с указанием вариантов решения;
  • получение как точного результата, так и, в необходимом случае, оценки;
  • умение довести решение до конца, грамотно и разумно использовать системы единиц.

Задание № 1

(сдать с 18 по 23 сентября или раньше)

1.(1.4), 2.(1.11), 3.(2.55), 4. Мы живем в электрическом поле напряженности E 100 В/м. 1) Найти заряд Земли. 2) Оценить силу, действующую на голову босого человека, рассматривая силу в модели маленького шарика, помещенного в плоский конденсатор с полем E  100 В/м и соединенного проводником-телом с заземленной нижней пластиной. 3) Оценить собственную электроемкость, моделируя собственное тело, например, шаром равной массы. 5.(1.17), 6.(1.18), 7.(1.26), 8.(1.42).

Задание № 2

(сдать с 16 по 21 октября или раньше)

1.(2.8б), 2.(2.14), 3.(2.29), 4.(2.33), 5.(2.51), 6.(3.5), 7.(3.29)

Курсовая контрольная работа (30.10).


Задание № 3

(сдать с 17 по 22 декабря)

1.(4.2), 2.(4.18), 3.(4.29), 4.(5.24), 5.(6.10), 6.(6.30), 7.(6.56), 8.(6.92), 9.(7.4)
Задачи терминального класса1
  1. Электрическое поле точечных зарядов и мультиполей (ELS).
  2. Формирование электростатических полей (LAP).
  3. Формирование аксиально-симметричного магнитного поля с помощью круговых витков (VIT).
Библиографический список
  1. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс И. Фейнмановские лекции по физике. Т.5–6. М.: Мир, 1977.
  2. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 3. Электричество. М.: Наука.
  3. Мешков И. Н., Чириков Б. В. Электромагнитное поле. Новосибирск: Наука, 1987, ч.1.
  4. Тамм И. Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1978.
  5. Матвеев А. Н. Электричество и магнетизм. М.: Высш. шк., 1983.
  6. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.
  7. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. М.: Наука, 1982.
  8. Жданова Т. А., Меледин Г. В. Задачи по электродинамике с решениями, ч. 1, 2. Новосибирск: НГУ, 1990.
  9. Электродинамика в задачах. Составители: Г. В. Меледин, Ю. И. Эйдельман. Новосибирск: НГУ, 1997
  10. Меледин Г. В., Росляков Г. В., Эйдельман Ю. И. Задачи по электродинамике частиц и полей. Новосибирск: НГУ, 1986.
  11. Батыгин В. В., Топтыгин И. Н. Сборник задач по электродинамике. М.: Наука, 1970.
  12. Практикум по электродинамике в терминальном классе. Новосибирск: НГУ, 1992.
  13. Меледин Г. В., Черкасский В.С. Электродинамика в задачах. Ч.1.Электродинамикак частиц и полей. Новосибирск: НГУ, 2003.



ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ОПТИКА

(2-й курс, 4-й семестр)

Профессор Погосов Артур Григорьевич

Программа курса лекций
  1. Отражение и преломление электромагнитной волны. Формулы Френеля.
  2. Фурье-разложение электромагнитного поля. Соотношение неопределенностей. Закон дисперсии. Фазовая и групповая скорость. Волновой пакет. Расплывание волнового пакета.
  3. Волноводы. Электромагнитное поле в волноводе. Типы волн, критическая частота. Резонаторы. Собственные частоты.
  4. Распространение волн в слабо неоднородной среде; приближение геометрической оптики. Дифференциальное уравнение луча. Принцип Ферма. Оптические системы. Параксиальное приближение. Элементы матричной оптики. Формула тонкой линзы. Теорема Лагранжа–Гельмгольца.
  5. Интерференция электромагнитных волн. Понятие о когерентности. Лазер. Стационарный случайный сигнал. Спектр мощности.
  6. Видность интерференционной картины. Квазимонохроматический источник и продольная длина когерентности. Протяженный источник и поперечная длина когерентности.
  7. Полосы равной толщины и полосы равного наклона. Многолучевая интерференция. Интерферометр Фабри–Перо. Разрешающая способность и область свободной дисперсии.
  8. Дифракция. Принцип Гюйгенса–Френеля. Интеграл Кирхгофа. Дифракция Френеля. Зоны Френеля.
  9. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка. Разрешающая способность дифракционной решетки.
  10. Голография как метод полной регистрации оптической информации.
  11. Запаздывающие потенциалы. Потенциалы Лиенара–Вихерта. Поле произвольно движущегося точечного заряда. Поле равномерно движущегося заряда.
  12. Излучение электромагнитных волн. Дипольное электрическое излучение. Квадрупольное электрическое и магнитодипольное излучение. Торможение излучением.
  13. Антенны-излучатели в радиодиапазоне. Диаграмма направленности. Принцип создания направленных антенн.
  14. Рассеяние электромагнитной волны свободным и связанным зарядом, сечение рассеяния. Дифракция рентгеновских лучей в кристалле. Условие Вульфа–Брэгга.
  15. Релятивистски-инвариантное описание электромагнитного поля. Уравнение для 4-вектора потенциала. Тензор электромагнитного поля. Преобразование полей. Инварианты поля. Эффект Доплера.
  16. Уравнения Максвелла в инвариантной форме. Вектор энергии-импульса электромагнитного поля. Закон сохранения энергии-импульса поля.
  17. Излучение релятивистской частицы. Потери на излучение, угловое распределение излучения в ультрарелятивистском случае. Синхротронное излучение.
  18. Пределы применимости классической электродинамики.

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ОПТИКА

(2-й курс, 4-й семестр)

профессор Генрий Викторович Меледин

профессор Валерий Семенович Черкасский
Программа семинарских занятий

Волны в пространстве-времени
  1. Кинематика электромагнитной волны. Формулы Френеля. (1.1, 1.3, 1.5–1.7, 1.16–1.18, 1.21, 1.23, 1.25) – 4 часа.
  2. Фурье-анализ. 2.2–2.7 – 3 часа.
  3. Волновой пакет. Фазовая и групповая скорости. (2.10–2.14, 2.17–2.20) – 3 часа.
  4. Соотношение неопределенностей. (2.21–2.25, 2.27–2.30, 3.86, 3.87) – 4 часа.
  5. Резонаторы и волноводы. (2.32–2.46) - 4 часа.

Когерентность, интерференция, дифракция
  1. Временная и пространственная когерентность. Видимость. Автокорреляционная функция. (3.1–3.5, 3.7, 3.11, 3.12, 3.17–3.19, 3.21, 3.23–3.25, 3.31) – 6 часов.
  2. Линии равного наклона и равной толщины. Интерферометры. (3.33–3.37, 3.44–3.46, 3.52) – 4 часа.
  3. Зоны Френеля. Дифракция Френеля. (3.53–3.59, 3.66–3.68, Б.Т. 472–474) – 4 часа.
  4. Дифракция Фраунгофера. Дифракционные решетки. (3.71–3.78, 3.80, 3.81, 3.83, 3.84, 3.98, 3.99, 3.101, 3.106) – 6 часов.
  5. Фурье-оптика. Голография. (3.95–3.103, 3.107–3.115, 3.120, 3.121) – 4 часа.

Излучение
  1. Дипольное излучение. (4.7–4.9, 4.10–4.13, 4.18, 4.19, 4.23, 4.27, 4.31, 4.34, 4.36) – 6 часов.
  2. Оценки мультипольного излучения. Антенны. (4.38–4.41, 4.46, 4.49, 4.51, 4.56, 4.57, 4.65) – 4 часа.
  3. Рассеяние волны. Давление света. (4.66, 4.67, 4.69–4.71, 4.75, 4.76, 4.80–4.82, 4.86, 4.87) – 2 часа.
  4. Преобразование полей. Инварианты поля. Эффект Доплера. (5.2–5.15, 1.10–1.12) – 4 часа.
  5. Излучение релятивистской частицы. Торможение излучением. (5.24, 5.25, 5.28, 5.30–5.34, 5.41, 5.44, 5.53–5.56) – 4 часа.
Задания

Задание № 1

(сдать к 10 марта или раньше)

1.(1.6), 2.(1.27), 3.(1.35), 4.(2.2), 5.(2.26). 6.(2.29), 7.(2.35)

Задание № 2

(сдать к 1 апреля или раньше)

1.(3.6), 2.(3.44), 3.(3.65), 4.(3.95), 5.(3.101), 6(3.102).

Курсовая контрольная работа (30.03)

Задание № 3

(сдать к 23 апреля или раньше)

1.(4.17), 2.(4.18), 3.(4.25), 4.(4.36), 5.(4.52), 6.(4.55).

Задание № 4

(сдать к 18 мая или раньше)

1.(4.73), 2.(5.20), 3.(5.23), 4.(5.41б), 5.(5.44).
Задачи терминального класса2
  1. Электромагнитная волна при прохождении через плоские границы слоев (REFLEX).
  2. Фурье-анализ сигналов (FOUR).
Библиографический список
  1. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс И. Фейнмановские лекции по физике. Т.5-6. М.: Мир, 1977.
  2. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т.4. Оптика. М.: Наука, 1986.
  3. Гинзбург И. Ф., Погосов А. Г. Электродинамика. Релятивистское описание. Волновые явления. Новосибирск: НГУ, 2010.
  4. Мешков И. Н., Чириков Б. В. Электромагнитное поле. Новосибирск: Наука, 1987, ч.2.
  5. Лансберг Г. С. Оптика. М.: Наука, 1976.
  6. Тамм И. Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1978.
  7. Матвеев А. Н. Оптика. М.: Высш. шк., 1985
  8. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.
  9. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. М.: Наука, 1982.
  10. Жданова Т. А., Меледин Г. В. Задачи по электродинамике с решениями, Ч. I,II. Новосибирск: НГУ, 1990.
  11. Меледин Г. В., Росляков Г. В., Эйдельман Ю. И. Задачи по электродинамике частиц и полей. Новосибирск: НГУ, 1986.
  12. Батыгин В. В., Топтыгин И. Н. Сборник задач по электродинамике. М.: Наука, 1970.
  13. Практикум по электродинамике в терминальном классе. Новосибирск: НГУ, 1992.




1 выполняются по специальному расписанию и являются неотъемлемой частью зачетной программы по электродинамике.

2 выполняются по специальному расписанию и являются неотъемлемой частью зачетной программы по электродинамике.