«УТВЕРЖДАЮ» - Учебная лаборатория НГУ

Программа курса «Электродинамика».
I. Организационно-методический раздел.
1.1. «Электродинамика». Курс реализуется в рамках обучения студентов факультета
информационных
технологий. Курс относится к циклу общих математических и
естественно-научных дисциплин, федеральный компонент.
1.2.Цели и задачи курса.
Дисциплина «Электродинамика» предназначена для обучения студентов факультета
информационных технологий основным положениям классической электродинамики.
Основной целью освоения дисциплины является ознакомление с теоретическими
основами электродинамики
(важнейшие эксперименты и уравнения Максвелла в
интегральной и дифференциальной форме) и выработка умения решать стандартные
задачи, связанные с электромагнитными явлениями.
Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса
1.2.1. Усвоение теоретических основ электродинамики.
1.2.2. Получение практических навыков по постановке физических задач и методам
их решения (овладение методами векторного анализа, выработка умения
использовать интегральные и дифференциальные уравнения для определения
электромагнитных полей, зарядов и токов).
1.3.Требования к уровню освоения содержания курса (дисциплины).
По окончании изучения указанной дисциплины студент должен
– иметь представление о значении электродинамических процессов в явлениях
природы и технике, в пределах применимости классической теории
– знать основные экспериментальные факты, уравнения Максвелла, их
важнейшие следствия уметь использовать полученные базовые знания для
понимания и теоретического рассмотрения простейших электродинамических
процессов и явлений.
1.4. Формы контроля
Итоговый контроль. Для контроля усвоения дисциплины учебным планом
предусмотрены зачеты (по решению задач для самостоятельной работы) и экзамен.
Текущий контроль. Контроль знаний при решении задач на семинарских
занятиях по теоретическому курсу, проведение контрольных работ, прием заданий для
самостоятельной работы трижды за семестр: по электростатике, магнитостатике,
квазистационарным процессам.
Выполнение указанных видов работ является
обязательным для всех студентов. Результаты текущего контроля служат основанием для
выставления оценок в ведомость контрольной недели на факультете и получении зачетов.
2. Содержание дисциплины.
2.1. Новизна курса (научная, содержательная; сравнительный анализ с подобными
курсами в России и за рубежом) его актуальность
- для дисциплин специальной
подготовки.
Четкая формулировка исходных (постулируемых на основе экспериментальных
результатов) уравнений (интегральных и дифференциальных) и граничных условий для
основных
разделов
электродинамики:
электростатики,
магнитостатики,
квазистационарных процессов. Широкое использование методов векторного анализа и
простейших фактов из математической физики (методы решения дифференциальных
уравнений обыкновенных и в частных производных). Выработка ясного понимания
различия
между физической проблемой
(постановка задачи, выбор уравнений,
граничных условий, используемых приближений) и проблемой математического решения
поставленной задачи.
2.2.Тематический план курса (распределение часов).
Количество
Наименование разделов
Лаборатори тем
Лекции Семинары ные
работы
Электростатика
8
8
Электрический ток
4
4
Магнитостатика
8
8
Квазистационарные
6
6
явления
Уравнения
Максвелла 4
4
(УМ)
Электромагнитные
6
6
волны
Итого по курсу:
36
36
часов
Самостоятель- Всего
ная работа
часов
8
4
8
6
24
12
24
18
4
12
6
18
36
108
2.3.Содержание отдельных разделов и тем.
ЭЛЕКТРОСТАТИКА
1. Электрический заряд. Закон Кулона. Электрическое поле. Принцип суперпозиции.
Силовые линии электрического поля. Интегральная форма уравнений электростатики.
Теорема Гаусса и теорема циркуляции. Дифференциальные уравнения электрического
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.
3. Проводники в электростатическом поле, граничные условия. Электроемкость.
Конденсатор. Энергия конденсатора. Энергия электрического поля.
4. Электрическое поле в среде. Диэлектрики. Поляризация, электростатическая индукция,
диэлектрическая проницаемость, граничные условия. Энергия поля в среде.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И МАГНИТОСТАТИКА
5. Электрический ток. Закон сохранения заряда. Уравнение непрерывности. Ток в
проводниках. Дифференциальный закон Ома. Проводимость. Граничные условия.
Линейные проводники. Сопротивление. Закон Ома и правила Кирхгофа.
6. Постоянное магнитное поле. Закон Био-Савара. Принцип суперпозиции. Силовые
линии магнитного поля. Интегральная форма уравнений магнитостатики. Поток и
циркуляция магнитного поля. Дифференциальные уравнения магнитостатики в вакууме.
7. Вектор-потенциал. Основное уравнения магнитостатики и его общее решение в
безграничном пространстве. Магнитное поле на больших расстояниях от системы токов.
Магнитный дипольный момент.
8. Магнитное поле в среде. Намагничивание, магнитная индукция, магнитная
проницаемость. Типы магнетиков. Ферромагнетизм, гистерезис. Сверхпроводники.
Граничные условия. КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
9. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция и взаимоиндукция. Индуктивность.
Силы в магнитном поле. Энергия магнитного поля.
10. Цепи переменного тока, комплексное сопротивление. Колебательный контур. Токи
Фуко и скин-эффект. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА
11. Ток смещения. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме.
Граничные условия. Поток энергии поля, вектор Пойнтинга. Импульс электромагнитного
поля.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ
12. Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Плоская монохроматическая волна.
Поляризация. Отражение и преломление электромагнитной волны. Давление света.
2.4. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной
работы (в объеме часов, предусмотренных образовательным стандартов и рабочим
учебным планом данной дисциплины).
Задание № 1. Электростатика.
1. (1.9); 2. (1.10); 3. (1.34); 4. (2.29); 5. (2.8б).
Задание № 2. Электрический ток и магнитостатика.
1. (3.10); 2. (3.27); 3. (4.9); 4. (4.11); 5. (5.12).
Задание № 3. Квазистационарные электромагнитные процессы
1. (6.4); 2. (6.30); 3. (6.37); 4. (6.55б);
5. Бесконечный полый цилиндр радиуса R , стенка которого сделана из проводящей
фольги (так, что
поверхностный ток i   E , где  -- поверхностная проводимость), находится в
однородном магнитном
поле H (t )  H exp( it ) , параллельном оси цилиндра. Найти магнитное поле в полости
цилиндра.
Номера задач в заданиях соответствуют задачнику
1. Меледин Г.В., Эйдельман Ю.И., Росляков Г.В., Задачи по электродинамике частиц и
полей. Ч.1, Новосибирск. 1986.
3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
3.1.Учебно-методическая литература, изданная преподавателями кафедры для данной
дисциплины
1.Мешков И.Н., Чириков Б.В. Электромагнитное поле. Новосибирск: Наука,1987, ч.1.
2. Меледин Г.В., Черкасский В.С. Электродинамика в задачах. Новосибирск: НГУ,
2003.
3. Жданова Т.А., Меледин Г.В. Задачи по электродинамике с решениями, ч. I.
Новосибирск: НГУ, 1990.
3.2.Образцы вопросов для подготовки к экзамену (дифференцированному зачету,
зачету).
Вопрос (один) в билете соответствует одному пункту программы.
3.3. Список основной и дополнительной литературы
Основная
1.Мешков И.Н., Чириков Б.В. Электромагнитное поле. Новосибирск: Наука, 1987, ч.1.
2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3; Электричество. М: Наука. 1983.
3. Меледин Г.В., Эйдельман Ю.И., Росляков Г.В., Задачи по электродинамике частиц и
полей. Ч.1, Новосибирск. 1986.
Дополнительная
4. Меледин Г.В., Черкасский В.С. Электродинамика в задачах. Новосибирск: НГУ, 2003.
5. Жданова Т.А., Меледин Г.В. Задачи по электродинамике с решениями, ч. I, II.
Новосибирск: НГУ, 1990.
Программу подготовил:
профессор
Луговцов Б.А.
Программа утверждена на заседании Ученого совета факультета информационных
технологий Новосибирского государственного университета 18 декабря 2003 г., протокол
заседания №16.
Декан ФИТ НГУ,
д.ф.-м.н.
М.М.Лаврентьев