Электродинамика

УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
____________Ю.А. Самарский
«_____»____________ 2011 г.
ПРОГРАММА
по курсу: ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
по направлению: 511600
факультет: ФНБИК
кафедра: физики и физического материаловедения
курс: 2
семестр: 3
лекции: 34 час
практические (семинарские) занятия: 34 часа
лабораторные занятия: 68 часов
самостоятельная работа: 2 часа в неделю
экзамен: 3 семестр
зачёт: нет
ВСЕГО ЧАСОВ: 136
Программу и задание составили:
д.ф.-м.н., доцент Барабанов Алексей Леонидович
к.ф.-м.н., Ситников Михаил Геннадьевич
Программа обсуждена на заседании кафедры физики и
физического материаловедения ____ мая 2011 года
Заведующий кафедрой
Согласовано:
Заведующий кафедрой
общей физики
В.Г. Вакс
А.В. Максимычев
Электродинамика.
1. Электромагнитная индукция и индуктивность.
Уравнения
Максвелла.
Явление
электромагнитной
индукции.
Взаимная
индуктивность контуров с токами. Теорема
взаимности для коэффициентов индуктивности.
Коэффициент
самоиндукции
замкнутого
контура.
Катушки
индуктивности.
Индуктивность
длинного
соленоида.
Установление тока в цепи, содержащей
индуктивность. Энергия, сосредоточенная в
катушке индуктивности. Плотность энергии
магнитного
поля.
Энергетический
метод
вычисления сил в магнитном поле. Подъёмная
сила электромагнита.
2. Колебания в линейных системах. Колебательный
контур. Свободные затухающие колебания
электрического тока в контуре. Коэффициент
затухания,
логарифмический
декремент
затухания и добротность контура. Энергия,
сосредоточенная в колебательном контуре.
Энергетический
смысл
добротности.
Вынужденные колебания электрического тока
под действием внешнего синусоидального
напряжения.
Амплитудная
и
фазовая
характеристики тока и напряжений. Резонанс.
Процесс установления колебаний.
3. Переменные токи. Условие квазистационарности
тока. Гармонические (синусоидальные) токи.
Представление колебаний электрического тока и
напряжений через комплексные величины.
Векторные
диаграммы.
Комплексное
сопротивление (импеданс) элемента цепи
переменного тока. Правила
Кирхгофа для
переменных токов. Работа и мощность
переменного тока. Действующее значение тока и
напряжения.
4. Вынужденные
колебания.
Вынужденные
электрические колебания в контуре. Связь
ширины резонансного пика с добротностью
контура. Резонанс напряжений и резонанс токов.
Интегрирующие
и
дифференцирующие
аналоговые
схемы.
Параметрическое
возбуждение
колебаний.
Понятие
об
автоколебаниях.
Генератор
Ван-дер-Поля.
Обратная связь. Роль нелинейности.
5. Модулированные
колебания.
Шумы.
Вынужденные
колебания
под
действием
несинусоидальной (негармонической) силы.
Амплитудная и фазовая модуляции. Понятие о
спектральном разложении (фурье-разложении).
Колебательный контур как спектральный прибор.
Частотная характеристика и импульсный отклик.
Спектр одиночного прямоугольного импульса и
периодической последовательности импульсов.
Соотношение неопределённостей.
6. Распространение
сигналов
по
проводам.
Распространение переменного тока по длинному
проводу (кабелю). Уравнения, связывающие ток
и напряжение на малом участке кабеля
(телеграфные
уравнения).
Ёмкость,
индуктивность и утечка на единицу длины
кабеля. Скорость распространения сигнала по
кабелю. Волновое сопротивление.
7. Электромагнитные волны в вакууме и в
диэлектрических средах. Уравнения Максвелла
для меняющихся во времени векторов Е, D, B и
H и материальные уравнения в изотропной
диэлектрической среде. Волновое уравнение.
Плоская
линейно
поляризованная
электромагнитная
волна
в
однородной
диэлектрической среде. Частота волны, волновой
вектор. Фазовая скорость волны. Плотность
энергии и плотность потока энергии (вектор
Пойнтинга) электромагнитного поля.
8. Проводящие
среды
металл
и
плазма.
Экранировка, дебаевский радиус. Плазменная
частота.
Диэлектрическая
проницаемость
плазмы. Показатель преломления плазмы. Скин
эффект.
9. Классическая
теория
дисперсии.
Распространение электромагнитных волн в газе
осцилляторов. Дисперсия и затухание волн.
Нормальная и аномальная дисперсии. Групповая
скорость.
Волновой
пакет
конечной
протяжённости.
10. Волноводы и резонаторы. Бегущие и стоячие
электромагнитные волны. Электромагнитные
волны
в
прямоугольных
волноводах.
Критическая частота волновода. Объёмный
резонатор. Моды резонатора.
11. Электромагнитные волны на границе раздела
диэлектриков. Отражение и преломление
электромагнитных волн на границе раздела.
Закон Снеллиуса. Формулы Френеля. Угол
Брюстера. Полное внутреннее отражение
12. Элементы кристаллооптики. Круговая и
эллиптическая поляризация плоской волны.
Поляроиды. Закон Малюса. Электромагнитные
волны в одноосных кристаллах. Двойное
лучепреломление. Пластинки в полволны и в
четверть волны. Эффект Фарадея.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3
Электричество. – Москва, Наука, 1996.
2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.4 Оптика. –
Москва, Наука, 1980.
3. Кингсеп А.С., Локшин Г.Р., Ольхов О.А. Основы
физики. Курс общей физики. Т.1. Механика.
Электричество и магнетизм. Колебания и волны.
Волновая оптика. Под ред. А.С. Кингсепа –
Москва, Физматлит, 2001.
4. Парселл Э. Берклеевский курс физики. Т.2.
Электричество и магнетизм. – Москва, Наука,
1983.
5. Козел С.М., Лейман В.Г., Локшин Г.Р., Овчинкин
В.А., Прут Э.В. Сборник задач по общему курсу
физики. Ч.2. Электричество и магнетизм. Оптика.
Под ред. В.А. Овчинкина. – Москва, Изд-во
МФТИ, 2000.
6. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные
законы. – Москва, Лаборатория Базовых Знаний,
2000.
7. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные
законы. – Москва, Лаборатория Базовых Знаний,
1999.
8. Фейнман
Р.,
Лейтон
Р.,
Сэндс
М.,
Фейнмановские лекции по физике. Том2. Вып.
5,6,7.
Электричество
и
магнетизм.
Электродинамика. Физика сплошных сред. –
Москва, Мир, 1977.
ЗАДАНИЕ ПО ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ
для студентов 2-го курса ФНБИК на
осенний семестр
2011/2012 учебный год
Дата
5–10
сентября
12–17
сентября
19–24
сентября
26–30
сентября
3–8
октября
10–15
октября
17–28
октября
№
сем
1
2
3
4
5
6
Тема семинарских
гр. гр. 2
занятий
1
5.28 5.29
Коэффициенты
взаимной индукции и 5.31 5.30
5.32 6.26
самоиндукции.
Сверхпроводники в
магнитном поле.
7.64 7.58
Сверхпроводники в
6.23 7.62
магнитном поле.
Энергетический метод 7.20 6.26
вычисления сил в
магнитном поле.
Переходные процессы 9.16 9.4
в
электрических 9.36 9.27
цепях.
Свободные 9.53 9.44
колебания.
Переменные
токи. 10.3 10.1
Метод комплексных 10.6 10.30
10.10 10.11
амплитуд.
10.20 10.16
Вынужденные
колебания. Резонанс. 10.23 11.35
10.39 10.41
Параметрический
резонанс.
11.1 11.3а
Модулированные
11.3б 11.3в
колебания.
Спектральный анализ 11.26 11.6
в линейных системах.
Автоколебания.
К о н т р о л ь н а я р а б о т а.
С д а ч а 1-го з а д а н и я.
гр. 3
6.25
7.63
9.56
10.60
10.24
11.24
1–5
ноября
7
7–12
ноября
8
Уравнения Максвелла.
Сверхпроводники.
Плазма.
Дисперсия
электромагнитных
волн.
14–19
ноября
9
21–26
ноября
10
Кабели. Волноводы.
28
ноября3декабря
11
Резонаторы.
5-10
декабря
12-17
декабря
19-24
декабря
12
12.5 12.4
12.8 12.9
12.19 12.27
12.26
6.35 6.33
12.55 12.57
10.5 10.5
(2,3,5) (1,4,6)
10.21 10.8
10.24 10.18
12.40 12.50
12.46 12.42
12.54
12.43 12.47
12.44 12.53
12.48
8.55
Отражение
и 2.2 11.1
2.8
11.16
преломление
11.13
электромагнитных
волн.
Линейная
и
круговая поляризация.
К о н т р о л ь н а я р а б о т а.
С д а ч а 2-го з а д а н и я.
10.38
12.51
12.49
11.21
Зачёт.
ПРИМЕЧАНИЯ:
1. Номера задач указаны по "Сборнику задач по общему
курсу физики" Ч. 2. Под ред. В.А. Овчинкина – Москва,
Изд-во МФТИ, 2000.
2. При выполнении заданий предусмотрена следующая
вариативность — в каждой теме семинара задачи разбиты
на 3 группы:
1 — задачи, предлагаемые для обсуждения на
семинаре. Это набор задач, раскрывающих тему семинара.
Решения всех задач, разобранных на семинаре, студент
должен иметь в своей тетради при сдаче задания.
2
—
задачи,
которые
студент
должен
самостоятельно решать в течение недели после семинара.
Эти задачи также должны быть аккуратно оформлены в
тетради.
3 — задачи повышенного уровня студент решает
дополнительно к основным задачам курса (с получением
дополнительных зачётных единиц). Они также должны
быть оформлены студентами в своих тетрадях.