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( it ) , 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