Teória elektromagnetického poľa (FIPM) - Katedra fyziky TUKE

Prednášajúci

doc. RNDr. Jozef Kravčák, PhD.

Prednášky/Cvičenia

2/2

Sylabus prednášok

Základné pojmy a zákony.
Operácie s vektormi a vektorové operátory skalárnych a vektorových polí, ich fyzikálny význam.
Klasifikácia elektromagnetických polí a prostredí: Elektrostatické pole vo vákuu a v látkach, elektrický prúd, magnetické pole vo vákuu a v látkach, elektromagnetická indukcia.

Teória elektromagnetického poľa vo vákuu.
Maxwellove rovnice pre vákuum. Rovnica kontinuity, potenciály elektromagnetického poľa. Vodivostné prúdy, objemové sily a ich výkon, Poyntingov vektor, zákon zachovania energie v elektromagnetických poliach.

Elektrostatické pole.
Pole bodového náboja, dipólové pole. Dielektriká v elektrickom poli, podmienky na rozhraní dvoch dielektrík.

Pole stacionárneho prúdu.
Základné vlastnosti elektrického poľa vo vodiči. Jednosmerné obvody. Podmienky na rozhraní dvoch vodivých prostredí.

Magnetické pole.
Základné vlastnosti magnetického poľa stacionárneho prúdu. Magnetické pole lineárnych prúdov a prúdovej slučky. Pole zmagnetizovaného telesa, podmienky na rozhraní dvoch magnetických prostredí. Sústava Maxwellových rovníc v materiálnom prostredí.

Kvazistacionárne elektromagnetické pole.
Základné vlastnosti kvazistacionárneho magnetického poľa. Elektromagnetická indukcia, indukčnosť, príklady na jednoduchšie obvody.

Nestacionárne elektromagnetické pole.
Retardované potenciály, Hertzov vektor.
Elektromagnetické vlny v nevodivých prostrediach, rovinná elektromagnetická vlna, tlak elektromagnetického vlnenie, harmonické vlny. Rovinné elektromagnetické vlny vo vodivých prostrediach.
Zdroje elektromagnetického vlnenia, elektromagnetické vlny v okolí dipólu.
Vedenie elektromagnetických vĺn, pozdĺž drôtov, vlnovod.
Elektrický a magnetický skin efekt.

Harmonogram cvičení

1. - 2. Základné pojmy a zákony
Klasifikácia elektromagnetických polí a prostredí. Operátory skalárnych a vektorových polí, ich fyzikálny význam. Identity. Integrálny a diferenciálny tvar Maxwellových rovníc. Časovo nepremenné elektromagnetické pole.

3. - 4. Elektrostatické pole (ESP)
Základné zákony a vlastnosti ESP. Riešenie úloh ESP - Poissonova rovnica, okrajové podmienky, metódy riešenia (princíp superpozície, metóda zrkadlenia, metóda separácie premenných, numerické metódy). Energia a sily v ESP. Elektrostatické javy v praxi (elektrostatická indukcia, dielektrické materiály).

5. Pole stacionárneho prúdu (PSP)
Základné zákony a vlastnosti PSP. Riešenie úloh PSP - metódy riešenia, okrajové podmienky. Analógia medzi riešením úloh ESP a PSP. Technické aplikácie (elektrické pole vo vodičoch, prúdové pole v elektrolytoch, jednosmerné obvody).

6. - 7. Magnetické pole (MP)
Základné zákony a vlastnosti MP, MP prúdovodičov - metódy riešenia. Magnetické vlastnosti látok, magnetizačné charakteristiky feromagnetických materiálov. Magnetické pole na rozhraní feromagnetika a vákua. Energia a sily v MP. Magnetické pole permanentných magnetov.

8. - 9. Časovo premenné elektromagnetické pole
Maxwellove rovnice a potenciály dynamického elektromagnetického poľa. Energetické pomery v elektromagnetickom poli. Harmonicky sa meniace elektromagnetické polia, Maxwellove rovnice v komplexnom tvare.

10. - 12. Elektromagnetické vlny
Rovinná harmonická vlna a jej štruktúra. Rovinná vlna v dielektriku a vo vodivom prostredí. Povrchový elektrický a magnetický jav (skin efekt). Technické aplikácie (tienenie, vyžarovanie, základy vedenia elektromagnetických vĺn vo vlnovodoch).

Hodnotenie predmetu

Plán priebežných kontrol:
1. 12. týždeň – písomná kontrola z príkladov 20 bodov
2. domáce zadania 15 bodov
3. aktívna účasť na cvičeniach 5 bodov

Podmienky na udelenie zápočtu a skúšky:
1. V priebehu semestra získať aspoň 21 bodov z maximálneho počtu 40 bodov.
2. Skúška, na ktorej študent môže získať maximálne 60 bodov, je písomná a ústna.