Physics III - Electricity and Magnetism - NEVF703

• Title: Fyzika III - Elektřina a magnetismus
• Guaranteed by: Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2015 to 2021
• Semester: both
• E-Credits: 1
• Hours per week, examination: 1/1, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: not taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Note: you can enroll for the course in winter and in summer semester
• Guarantor: doc. RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D.; prof. RNDr. Zdeněk Němeček, DrSc.; prof. RNDr. Jana Šafránková, DrSc.

Annotation

English

Last update: G_F (29.05.2006)

The course provides an introduction to the theory of the electromagnetic field. It is oriented on the fundamental experimental findings that lead to the gradual postulation of Maxwell equations. The final part of the course is devoted to application of gained knowledge to the solution of several particular problems as motion of charged particles in electromagnetic fields of different configuration or electric transport phenomena.

Czech

Last update: G_F (29.05.2006)

Kurz seznamuje posluchače se základními pojmy elektrostatiky a teorie elektromagnetického pole. Je zaměřen na základní experimentální poznatky, vedoucí k postupnému odvození Maxwellových rovnic. Závěrečná část kurzu je zaměřena na aplikace nabytých poznatků na pohyby částic v silových polích a problémy vedení elektrického proudu v různých prostředích.

Literature

Last update: T_KEVF (06.05.2009)

/ 1/ B. Sedlák, I. Štoll: Elektřina a magnetismus, Academia , Vydavatelství Karolinum Praha 1993

/ 2/ B. Sedlák, R. Bakule: Elektřina a magnetismus (skriptum), SPN Praha 1986.

/ 3/ R. Bakule a kol.: Příklady z elektřiny a magnetismu (skriptum), SPN Praha 1991.

/ 4/ J. Brož a kol.: Základy fyzikálních měření I. SPN Praha 1983.

/ 5/ I. Štoll, B. Sedlák: Přehled vektorové analýzy ( Doplňkový text OZVF, sv.3.) MFF UK Praha 1991.

/ 6/ D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentals of physics, Wiley New York, 2001.

(Český překlad vyd. Vutium, Prometheus, Brno, Praha 2000)

/ 7/ P. Čičmanec: Elektřina a magnetismus, Alfa, Bratislava 1979.

/ 8/ V. Hajko, J. Daniel-Szabó: Všeobecná fyzika, UPJŠ Košice 1974.

/ 9/ V. Hajko a kol.: Fyzika v experimentoch, Veda, Bratislava 1988.

/10/ J. Brož, V. Roskovec: Základní fyzikální konstanty, SPN Praha 1987.

/11/ J. Kvasnica: Teorie elektromagnetického pole, Academia Praha 1985.

/12/ A. Stratton: Teorie elektromagnetického pole, SNTL Praha 1961.

/13/ E. M. Purcell: Electricity and Magnetismus (Berkley Physics Course), vol. 2, McGraw-Hill New York 1965 (ruský překlad Nauka Moskva 1971).

/14/ R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands: The Feynman Lectures on Physics, vol. 1,2, Addison- Wesley, Reading 1964 (český překlad Fragment Havlíčkův Brod 2000).

/15/ L. D. Landau, E. M. Lifšic: Teorija polja, Nauka Moskva 1967.

/16/ K. Rektorys: Přehled užité matematiky, SNTL Praha 1963.

/17/ A. Angot: Užitá matematika pro elektrotechnické inženýry, SNTL Praha 1960.

/18/ Ch. Kittel: Úvod do fyziky pevných látek, Academia Praha 1985.

Syllabus

English

Last update: T_KEVF (06.05.2009)

1. Electrostatics.
Basic concepts and laws of electrostatic field in vacuum: Electric charge and its properties.Point charge, charge density. Coulomb's law. Strength and potential of electrostatic field. Gauss's law, Poisson's and Laplace's equations. Typical examples.

Electrostatic field of conductors: Fundamental experiments, electrostatic induction. Capacity, capacitor. Applications.

Electrostatic field in dielectrics: Polarization of dielectric, bound charges. Gauss's law in dielectrics, vector of electric displacement. Material relations, electric susceptibility and permittivity.

Energy and forces in electrostatic field: Interaction energy of configuration of point charges.

Energy of configuration of charged conductors. Energy density of electrostatic field.

Forces on electric dipole.

2. Electric current and stationary electric field.
Stationary electric field. Ohm's law, electric resistance and conductivity. Stationary electric circuit. Electromotive force, Kirchhoff's rules. Energy and power in stationary circuits, Joule's law.

3. Stationary magnetic field.
Vector of magnetic field (induction) and its properties, Ampére's law of magnetic field.

Vector potential, Biot-Savart's law. Magnetic field in matter. Magnetic polarization (magnetization). Ampére's law of magnetic field in matter, magnetising field. Material relations, magnetic susceptibility and permeability. Magnetic circuit, magnetostatic field. Applications.

4. Quasistationary electric and magnetic fields.
Faraday's law of electromagnetic induction. Mutual inductance, self-inductance. Generic properties of quasistationary field. Quasistationary circuit, Kirchhoff's rules. Alternating current generation, alternating currents and circuits. Energy and forces in magnetic field. Energy density of magnetic field.

5. Dielectric and magnetic properties of matter.
Microscopic electric fields in matter. Susceptibility and permittivity of non-polar and polar substances. Clausius - Mosotti's equation. Diamagnetism of atoms and molecules.

Paramagnetism of atoms. Paramagnetism of metals. Types of magnetic alignment, physical principles. Spontaneous magnetisation, permeability of ferromagnetic materials. Molecular field. Curie-Weiss' law.

6. Electric transport phenomena.
Validity of Ohm's law, mobility of charge carriers. Conductivity of metals, Drude's theory, Franz-Wiedemann's law. Conductivity of semiconductors, p-n transition, transistor. Hall's effect. Thermoelectric phenomena. Electron emission. Saturated and unsaturated emission current, Langmuir's law. Specific and molar conductivity of liquids. Electrolysis, Faraday's laws. Galvanic cells. Conductivity of gases, discharge in gas, Paschen's law. Franck-Hertz's experiment.

Czech

Last update: T_KEVF (06.05.2009)

1. Elektrostatika.
Základní pojmy a zákonitosti elektrostatického pole ve vakuu: Elektrický náboj a jeho vlastnosti. Bodový náboj, hustota náboje. Coulombův zákon. Intenzita a potenciál elektrostatického pole. Gaussův zákon, Poissonova rovnice, Laplaceova rovnice. Důležité příklady.

Elektrostatické pole vodičů: Základní experimenty, jev elektrostatické indukce. Základní úloha elektrostatiky. Kapacita, kondenzátor. Důležité aplikace.

Elektrostatické pole v dielektriku: Polarizace dielektrika, vázané náboje. Gaussův zákon pro elektrostatické pole v dielektriku, vektor elektrické indukce. Materiálové vztahy, elektrická susceptibilita a permitivita.

Energie a metody výpočtu silových účinků elektrostatického pole: Interakční energie soustavy bodových nábojů. Energie soustavy nabitých vodičů. Hustota energie elektrostatického pole. Síly působící na dipól. Vodivé a nevodivé těleso.

2. Elektrický proud a stacionární elektrické pole.
Elektrický proud, hustota proudu, rovnice kontinuity. Stacionární elektrické pole. Ohmův zákon, elektrický odpor a elektrická vodivost. Stacionární elektrický obvod. Elektromotorické napětí, Kirchhoffova pravidla. Věta o energii ve stacionárních soustavách, Jouleův zákon.

3. Stacionární magnetické pole.
Vektor magnetické indukce a jeho vlastnosti, Ampérův zákon pro magnetické pole ve vakuu.

• Vektový potenciál, Biotův-Savartův vzorec. Magnetické pole v látkovém prostředí. Magnetická polarizace (magnetizace). Ampérův zákon v látkovém prostředí, intenzita magnetického pole. Materiálové vztahy, magnetická susceptibilita a permeabilita. Magnetický obvod, magnetostatické pole. Důležité aplikace.

4. Kvazistacionární elektrické a magnetické pole.
Zákon elektromagnetické indukce. Vlastní a vzájemná indukčnost vodičů. Obecné vlastnosti kvazistacionárního pole. Kvazistacionární obvod, Kirchhoffova pravidla. Generace střídavého harmonického napětí, střídavé obvody. Energie a metody výpočtu silových účinků magnetického pole. Hustota energie magnetického pole.

5. Dielektrické a magnetické vlastnosti látek.
Mikroskopická elektrická pole v látkách. Susceptibilita a permitivita nepolárních a polárních látek. Clausiův-Mosottiův vztah. Diamagnetismus atomů a molekul. Paramagnetismus atomů. Paramagnetismus kovů. Typy magnetického uspořádání, jeho fyzikální podstata. Spontánní magnetisace, permeabilita feromagnetik. Molekulární pole. Curieův-Weissův zákon.

6. Elektrické transportní jevy.
Podmínky platnosti Ohmova zákona, pohyblivost nosičů elektrického proudu.

Vodivost kovů a polovodičů. Charakteristiky vodivosti kovů, Drudeho teorie, Franzův-Wiedemannův vztah. Charakteristiky vodivosti polovodičů, vlastnosti přechodů p-n, tranzistor.

Hallův jev. Termoelektrické jevy.

Emise elektronů. Nasycený a nenasycený emisní proud, Langmuirův vztah, princip elektronky.

Měrná a molární vodivost kapalin. Elektrolýza, Faradayovy zákony. Elektrodové potenciály, galvanické články.

Nesamostatná vodivost plynů, charakteristiky základních typů samostatné vodivosti, podmínky pro zapálení doutnavého výboje, Paschenův zákon. Franckův-Hertzův pokus.