Uniwersytet Jagielloński Instytut FizykiJacek BierońZakład Optyki

Atomowej

jesień/zima 2011/2012

ELEKTRYCZNOŚĆ MAGNETYZM OPTYKA

EMO1

Who is WhoPersonel:J Bieroń, ZOA, p.348, tel. 663 5781Katarzyna Targońska, p. 313Marcin Piotrowski, Daniel Rudnicki demonstratorzy

Email: emo2011@lazy.if.uj.edu.pl www.if.uj.edu.pl/pl/edukacjakonspekt, podręczniki, wykłady, zadania, …ćwiczenia rachunkowe zasady zaliczeniazasady egzaminu

+ opcja=email

administrativia :

8.15 z przerwą 15 min czy 8.30 bez przerwy ?

luźne uwagi

założenia matematyka i fizyka z liceum algebra 1r (rachunek wektorowy) analiza 1r różniczkowanie całkowanie analiza wektorowa równania różniczkowe ankieta które kierunki, specjalizacje kim będę gdy skończę studia?

email = softlink, filtr spamu, …

po co komu EMO? „¼” fizyki

-> STW

-> QM -> QED

-> wszystkie makroskopowe oddziaływania(bez grawitacji)

-> technologia, zastosowania

-> wszystkie wrażenia zmysłowe

-> chemia, biologia, biotechnologia

po co komu wykład ? retention of knowledge ------------------------------- 5% lecture10% reading15% audio-visual30% demo50% discussion75% practice90% teaching others

wykład obrazkowy (tempo) pokazowy (demo) doświadczalny (!) interaktywny (?)

demo: kusza-rurki

po co komu ćwiczenia ? we teach physics = students learn equation manipulation

concept vs calculation (different issues)

grading @ MIT-------------------------------20% Final exam30% Midterm exams (3)20% Weekly quizzes (12)10% Daily quizzes10% Homework10% Laboratory

ćwiczenia (JB) Monday tests daily activitiesegzamin pisemny ustny ocena z ćwiczeń

korelacje 5h/week = 90%

Elektrostatyka. Prądy stałe. Magnetostatyka. Prądy zmienne, efekty indukcyjne. Pole elektromagnetyczne zmienne w czasie. Prawa Maxwella. Pole elektryczne i magnetyczne w materii. Drgania obwodów elektrycznych i fale elektromagnetyczne. Podstawy optyki falowej, własności optyczne materiałów, dwójomność, optyka kryształów. Optyka geometryczna jako granica optyki falowej. Podstawowe przyrządy optyczne. Interferometria, fotometria i spektrometria.

EMO minimum MENiS

Ładunek elektryczny i pole elektryczne kwantowanie ładunku, gęstość ładunku natężenie pola strumień pola zasada superpozycji oddziaływania zasady zachowaniaPrawo CoulombaPrawo GaussaPotencjał elektryczny energia potencjalna układu ładunkówPojemność, kondensatory Dielektryki polaryzacja dielektryka indukcja elektrostatyczna energia pola elektrycznego

 

Prąd elektryczny gęstość prądu natężenie prąduPrawa KirchhoffaOpór elektryczny mechanizm przepływu prądu w metalach prawo Ohma pomiary nateżeń, napięć, opornościObwody prądu elektrycznego źródła siła elektro-motoryczna przemiany energii moc prądu

Pole magnetyczneRuch ładunku w polu magnetycznym doświadczenie Oersteda siła Lorentza doświadczenie J.J. Thomsona efekt HallaIndukcja elektro-magnetyczna prawo Ampere’a prawo Biota-Savarta   prawo Faraday’a reguła Lenza indukcyjność, cewka, samoindukcja, indukcja wzajemna energia pola magnetycznego

Prąd zmienny

prądy zmiennemoc prądu zmiennegoobwody RL RC RLC impedancja przesunięcie fazowe napięcia i natężenia drgania w obwodach RLC rezonans elektryczny

równania Maxwella

prąd przesunięciarównania Maxwellafala elektromagnetyczna

Elektryczne i magnetyczne właściwości materii

Przewodność elektryczna ciał metale, ciecze, gazy półprzewodniki nadprzewodnikiMagnetyczne własności materii diamagnetyzm paramagnetyzm ferromagnetyzm

Fale elektromagnetyczne

płaska fala elektromagnetycznawektor Poyntingaenergia i ciśnienie fali elektromagnetycznejpolaryzacja faliodbicie i załamaniepolaryzacja przy odbiciu od granicy ośrodkówcałkowite wewnętrzne odbicieźródła fal elektromagnetycznych fotometria i spektrometria

Interferencja

interferencja fali płaskiejdoświadczenie Youngaspójnośćzjawiska interferencyjne w cienkich warstwachinterferometry

Dyfrakcja

dyfrakcja światła na szczeliniedyfrakcja na otworze kołowymsiatka dyfrakcyjna

Podstawy optyki falowej

własności optyczne materiałów propagacja światła w ośrodkach anizotropowychdwójomność optyka kryształów optyka geometryczna jako granica optyki falowej

Optyka geometryczna

zwierciadła płaskiezwierciadła sferycznesoczewkaprzyrządy optyczneoptyka macierzowa

EM podręcznikiDavid J. Griffiths Podstawy elektrodynamikiWydawnictwo Naukowe PWN, 2005

Berkeley Physics Course : V. 2. Electricity and MagnetismEdward M. PurcellMcGraw-Hill Education, New York, USA, 1986

I S Grant & W R PhillipsElectromagnetismWiley 2nd ed. 1990

EM podręczniki (rezerwowe)

John David Jackson Classical electrodynamics, 3rd ed., Wiley, New York, 1998

Piekara, Arkadiusz Henryk (1904-1989)Elektryczność i budowa materiiWarszawa, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1970

Halliday David, Resnick Robert, Walker JearlPodstawy fizyki t.3Wydawnictwo Naukowe PWN, 2003

Optyka podręczniki

Hecht …, Matveev …, Meyer-Arendt ….

Berkeley Physics Course : V. 3. FaleF C CrawfordMcGraw-Hill Education, New York, USA, 1986

Halliday David, Resnick Robert, Walker JearlPodstawy fizyki t.4Wydawnictwo Naukowe PWN, 2003

EMO lektury do poduszki

Richard FeynmanFeynman Lectures On Physics Addison Wesley 1989

Berkeley Physics Course McGraw-Hill Education, New York, USA, 1986

J. C. MaxwellA Treatise on Electricity and MagnetismClarendon, London, 1891

chronologia

Elektrodynamika klasyczna jest 200-letnia stateczną staruszką

(0) niezależne zjawiska : [O]ptyka , [M]agnetyzm , [E]lektryczność(1) EMO = XIX wiek(2) odkrycia, doświadczenia -> prawa -> teoria Maxwella(3) odkrycia = 1 poł. XIX w(4) teoria = 2 poł. XIX w(5) po 1905 r. = kwanty

Chronology of Physics.doc

demo: Oersted, Hertz

–420 (BC) Demokryt

Mechanika Elektrodynamika Optyka …

1785 prawo Coulomba

1800 Volta

1905 Einstein STW

1900–29 mechanika kwantowa

1932–48 elektrodynamika kwantowa [QED]

1960–83 unifikacja: oddziaływanie elektrosłabe ???? electrosłabe + chromodynamika kwantowa [QCD] = QFT (?)

???? kwantowa teoria grawitacji [QTG]???? teoria wszystkiego [TOE]

1820 Oersted

1873 prawa Maxwella1831 Faraday

elektrodynamika klasyczna optyka

kwantowe teorie pola

Elektrodynamika klasyczna = równania Maxwella

0qSdE

0 SdB

dt

dsdE B

Idt

dsdB E

000

Gauss

Faraday

Ampère

EM QEDfala foton

pole kwant

Maxwell+ siła Lorentza

demo: łódeczka

równania Maxwella w notacji Maxwella

równania Maxwella w wersji różniczkowej

Gauss

Faraday

elektrodynamika klasyczna = równania Maxwella + siła Lorentza + zasada zachowania ładunku

Ampère Maxwell

t

BE

0

E

t

EjB

000

)( BEqF

siłaLorentza

0 B

zasadazachowania

ładunkudt

dj

demo: silnik-Cola

Koniec EMO1