Реферат: Электродинамика

Наименование дисциплины: Электродинамика

Направление подготовки: 011800 Радиофизика

Профиль подготовки: Телекоммуникационные системы и технологии

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Автор: д-р физ.-мат.наук, доцент, профессор кафедры теоретической физики А.Д.Смирнов.


1. Целями освоения дисциплины “Электродинамика” являются базовые знания по основам теории электромагнитного поля и навыки практического применения полученных знаний к решению прикладных задач.


2. Дисциплина “Электродинамика” является составной частью Б3. дисциплины “Теоретическая физика” и посвящена изучению теории электромагнитного поля в вакууме и основ специальной теории относительности. Полученные в курсе “Электродинамика” знания необходимы для дальнейшего изучения теории электромагнитных процессов в веществе в курсе “Электродинамика сплошных сред”, для изучения последующих курсов теоретической физики, специальных курсов теоретического и прикладного характера, а также для продолжения обучения в магистратуре по направлениям Физика и Радиофизика.


3. В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

-основные положения специальной теории относительности и динамики релятивистских частиц;

-физическое содержание уравнений Максвелла как основы теории электромагнитного поля;

-уравнения для потенциалов электромагнитного поля и их решения для статических и переменных во времени токах и зарядах,

-основные закономерности излучения электромагнитных волн движущимися зарядами.

Уметь:

-определять движение зарядов ( в том числе релятивистских ) в заданных электрических и магнитных полях,

-формулировать и решать задачи по нахождению электрических и магнитных полей по заданным зарядам и токам,

-применять приближенные методы для расчетов электромагнитных полей ( мультипольные разложения и др. ).

Владеть:

-навыками практического применения формул специальной теории относительности для описания релятивистских частиц (энергии-импульса частиц, времени жизни на лету и длин пробега, движения релятивистских зарядов в электрических и магнитных полях).

-навыками нахождения электрических и магнитных полей по заданным токам и зарядам,

-навыками вычисления мультипольных моментов простейших систем токов и зарядов,

-техникой расчетов интенсивностей излучения электромагнитных волн простейшими излучателями.


4. Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.


5. Содержание дисциплины:


№ п/п

Раздел дисциплины

1

Введение

1.1

Электромагнитное взаимодействие как одно из четырех типов фундаментальных взаимодействий. Предмет изучения и границы применимости классической электродинамики.

1.2

Обзор основных формул векторного анализа.

2

Основы специальной теории относительности (СТО)




Исходные принципы и понятия специальной теории относительности ( постулаты СТО, событие, интервал и причинно-следственные связи событий ).

Преобразования Лоренца

Следствия преобразований Лоренца ( относительность одновременности событий, замедление времени, сокращение длины, преобразование 3-х мерного вектора скорости ).

Собственное время частицы.

4- скорость и 4- ускорение.

Четырехмерные скаляры, векторы, тензоры.

Динамика свободной релятивисткой частицы: действие, функция Лагранжа, энергия-импульс свободной частицы.

Преобразования Лоренца для энергии-импульса частицы.

3

Основные уравнения электродинамики.

3.1

Заряд в электромагнитном поле: действие, функция Лагранжа, функция Гамильтона, уравнения движения.

Тензор напряженностей электромагнитного поля. Преобразования напряженностей поля.

Уравнение движения заряда в четырехмерной форме.

Действие и лагранжиан электромагнитного поля. Уравнения Максвелла в четырехмерном виде.

3.2

Уравнения Максвелла в трехмерном виде. Дифференциальная и интегральная формы уравнений Максвелла. Физическое содержание уравнений Максвелла ( источники электрического и магнитного полей, циркуляция электрического поля и закон электромагнитной индукции Фарадея, циркуляция магнитного поля ).

Уравнение непрерывности и закон сохранения электрического заряда.

Калибровочная инвариантность электродинамики. Уравнения для потенциалов электромагнитного поля. Принцип калибровочной инвариантности в современной физике фундаментальных взаимодействий.

Тензор энергии-импульса системы полей.

Тензор энергии-импульса электромагнитного поля.

Энергия и импульс электромагнитного поля.

4

Постоянные электрическое и магнитное поля

4.1

Электростатическое поле. Уравнения Пуассона. Потенциал

и напряженность поля статической системы зарядов.

Электростатическое поле системы зарядов на больших

расстояниях. Дипольный и квадрупольный моменты системы.

Энергия системы статических зарядов. Энергия взаимодействия заряженных тел.

Энергия системы статических зарядов во внешнем поле. Диполь во внешнем поле.

4.2

Магнитное поле стационарных токов. Закон Био-Саварра.

Магнитное поле системы замкнутых токов на больших

расстояниях. Магнитный момент.

Системы замкнутых стационарных токов во внешнем магнитном поле.

Энергия магнитного момента в магнитном поле.

Прецессия магнитного момента в магнитном поле. Теорема Лармора.

5

Переменное электромагнитное поле.

5.1

Свободное электромагнитное поле – электромагнитные волны. Условие поперечности.

Плоские волны. Напряженности поля и поток энергии в плоской волне.

Монохроматические волны.

Плоская монохроматическая волна. Эллиптическая поляризация плоской монохроматической волны. Круговая и линейная поляризации.

5.2

Поле произвольно движущихся зарядов. Запаздывающие потенциалы.

Поле произвольно движущихся зарядов на асимптотически больших расстояниях. Излучение. Дифференциальная и полная интенсивность излучения.

Дипольное, магнито-дипольное и квадрупольное излучение.

Условие применимости мультипольного разложения в теории излучения.

Торможение излучением. Сила торможения излучением.

5.3

Поле одиночного заряда. Потенциал Лиенара-Вихерта.

Излучение быстродвижущегося заряда. Угловая направленность

излучения быстродвижущегося заряда. Синхротронное излучение.

5.4

Рассеяние электромагнитных волн свободным зарядом.

Сечение рассеяния. Формула Томсона. Границы применимости

классической теории рассеяния электромагнитных волн.

Рассеяние электромагнитных волн заряженным осциллятором

с учетом силы трения излучения. Зависимость сечения рассеяния от частоты падающего излучения.



6.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:


а) основная литература:


1.М. М. Бредов, В. В. Румянцев, И. Н. Топтыгин. Классическая электродинамика. Лань, 2-е изд, 2003г.

2.Смирнов А.Д. Электродинамика. Сборник задач. (методические указания), ЯрГУ. 2004г.


б) дополнительная литература:


1.Терлецкий Я.П., Рыбаков Ю.П. Электродинамика. М. Высшая школа.

2.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М: Наука.

3.Левич В.Г. и др. Курс теоретической физики. т.1 М: Наука.

4.Алексеев А.И. Сборник задач по классической электродинамике. М: Наука.

5.Батыгин В.В., Топтыгин И.Н. Сборник задач по электродинамике. М:Наука.


в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:


1.Научная библиотека на сайте www.poiskknig.ru;

2.Каталог образовательных интернет-ресурсов на сайте http://www.edu.ru;

3.Научная энциклопедия на сайте http://ru.wikipedia.org/wiki/ Электродинамика;

4.Научная энциклопедия на сайте http://elementy.ru/physics.