1 EMO1 DEMO: puszka coca-cola Oersted Hertz z żaróweczką tel komłódeczka lub sprinkler Feynmana applet strumień applet Electric1 Vector3D index sliceZ

2 ELEKTRYCZNOŚĆ MAGNETYZM OPTYKAZakład Optyki Atomowej Jacek Bieroń Uniwersytet Jagielloński Instytut Fizyki jesień/zima 2011/2012

3 EMO1

4 Who is Who Personel: J Bieroń, ZOA, p.348, tel. 663 5781Katarzyna Targońska, p. 313 Marcin Piotrowski, Daniel Rudnicki demonstratorzy konspekt, podręczniki, wykłady, zadania, … ćwiczenia rachunkowe zasady zaliczenia zasady egzaminu + opcja= administrativia : 8.15 z przerwą 15 min czy 8.30 bez przerwy ?

5 luźne uwagi email = softlink, filtr spamu, …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?

6 po co komu EMO? „¼” fizyki -> STW -> QM -> QED-> wszystkie makroskopowe oddziaływania (bez grawitacji) -> wszystkie wrażenia zmysłowe -> chemia, biologia, biotechnologia -> technologia, zastosowania

7 po co komu wykład ? demo: kusza-rurki retention of knowledge 5% lecture 10% reading 15% audio-visual 30% demo 50% discussion 75% practice 90% teaching others wykład obrazkowy (tempo) pokazowy (demo) doświadczalny (!) interaktywny (?) demo: kusza-rurki

8 po co komu ćwiczenia ? korelacje 5h/week = 90% grading @ MITwe teach physics = students learn equation manipulation concept vs calculation (different issues) MIT 20% Final exam 30% Midterm exams (3) 20% Weekly quizzes (12) 10% Daily quizzes 10% Homework 10% Laboratory ćwiczenia (JB) Monday tests daily activities egzamin pisemny ustny ocena z ćwiczeń korelacje 5h/week = 90%

9 EMO minimum MENiS 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.

10 Ładunek elektryczny i pole elektrycznekwantowanie ładunku, gęstość ładunku natężenie pola strumień pola zasada superpozycji oddziaływania zasady zachowania Prawo Coulomba Prawo Gaussa Potencjał elektryczny energia potencjalna układu ładunków Pojemność, kondensatory Dielektryki polaryzacja dielektryka indukcja elektrostatyczna energia pola elektrycznego

11 Prąd elektryczny gęstość prądu natężenie prądu Prawa KirchhoffaPrąd elektryczny gęstość prądu natężenie prądu Prawa Kirchhoffa Opór elektryczny mechanizm przepływu prądu w metalach prawo Ohma pomiary nateżeń, napięć, oporności Obwody prądu elektrycznego źródła siła elektro-motoryczna przemiany energii moc prądu

12 Pole magnetyczne Ruch ładunku w polu magnetycznymdoświadczenie Oersteda siła Lorentza doświadczenie J.J. Thomsona efekt Halla Indukcja elektro-magnetyczna prawo Ampere’a prawo Biota-Savarta   prawo Faraday’a reguła Lenza indukcyjność, cewka, samoindukcja, indukcja wzajemna energia pola magnetycznego

13 Prąd zmienny prądy zmienne moc prądu zmiennego obwody RL RC RLCimpedancja przesunięcie fazowe napięcia i natężenia drgania w obwodach RLC rezonans elektryczny

14 równania Maxwella prąd przesunięcia fala elektromagnetyczna

15 Elektryczne i magnetyczne właściwości materiiPrzewodność elektryczna ciał metale, ciecze, gazy półprzewodniki nadprzewodniki Magnetyczne własności materii diamagnetyzm paramagnetyzm ferromagnetyzm

16 Fale elektromagnetycznepłaska fala elektromagnetyczna wektor Poyntinga energia i ciśnienie fali elektromagnetycznej polaryzacja fali odbicie i załamanie polaryzacja przy odbiciu od granicy ośrodków całkowite wewnętrzne odbicie źródła fal elektromagnetycznych fotometria i spektrometria

17 Interferencja interferencja fali płaskiej doświadczenie Youngaspójność zjawiska interferencyjne w cienkich warstwach interferometry

18 Dyfrakcja dyfrakcja światła na szczelinie dyfrakcja na otworze kołowymsiatka dyfrakcyjna

19 Podstawy optyki falowejwłasności optyczne materiałów propagacja światła w ośrodkach anizotropowych dwójomność optyka kryształów optyka geometryczna jako granica optyki falowej

20 Optyka geometryczna zwierciadła płaskie zwierciadła sferyczne soczewkaprzyrządy optyczne optyka macierzowa

21 EM podręczniki David J. Griffiths Podstawy elektrodynamikiWydawnictwo Naukowe PWN, 2005 Berkeley Physics Course : V. 2. Electricity and Magnetism Edward M. Purcell McGraw-Hill Education, New York, USA, 1986 I S Grant & W R Phillips Electromagnetism Wiley 2nd ed. 1990

22 EM podręczniki (rezerwowe)John David Jackson Classical electrodynamics, 3rd ed., Wiley, New York, 1998 Piekara, Arkadiusz Henryk ( ) Elektryczność i budowa materii Warszawa, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1970 Halliday David, Resnick Robert, Walker Jearl Podstawy fizyki t.3 Wydawnictwo Naukowe PWN, 2003

23 Optyka podręczniki Hecht …, Matveev …, Meyer-Arendt ….Berkeley Physics Course : V. 3. Fale F C Crawford McGraw-Hill Education, New York, USA, 1986 Halliday David, Resnick Robert, Walker Jearl Podstawy fizyki t.4 Wydawnictwo Naukowe PWN, 2003

24 EMO lektury do poduszkiRichard Feynman Feynman Lectures On Physics Addison Wesley 1989 Berkeley Physics Course McGraw-Hill Education, New York, USA, 1986 J. C. Maxwell A Treatise on Electricity and Magnetism Clarendon, London, 1891

25 chronologia demo: Oersted, HertzElektrodynamika klasyczna jest 200-letnia stateczną staruszką (0) niezależne zjawiska : [O]ptyka , [M]agnetyzm , [E]lektryczność EMO = XIX wiek odkrycia, doświadczenia -> prawa -> teoria Maxwella odkrycia = 1 poł. XIX w teoria = 2 poł. XIX w po 1905 r. = kwanty Chronology of Physics.doc demo: Oersted, Hertz

26 Mechanika Elektrodynamika Optyka …–420 (BC) Demokryt 1785 prawo Coulomba elektrodynamika klasyczna optyka 1800 Volta 1820 Oersted 1831 Faraday 1873 prawa Maxwella 1905 Einstein STW kwantowe teorie pola 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]

27 Elektrodynamika klasyczna = równania MaxwellaEM   QED fala   foton pole   kwant Gauss Faraday + siła Lorentza Maxwell Ampère demo: łódeczka

28 równania Maxwella w notacji Maxwella

29 równania Maxwella w wersji różniczkowej

30 elektrodynamika klasyczna = równania Maxwella + siła Lorentza + zasada zachowania ładunkuGauss Faraday demo: silnik-Cola Ampère Maxwell siła Lorentza zasada zachowania ładunku

31 (applet Electric1 Vector3D index sliceZ)Wnioski: dywergencja (applet Electric1 Vector3D index sliceZ) prawo Gaussa

32 Koniec EMO1