Φυσική ΙI [open]

Electrostatics: Coulomb’s law, electric field, potential, flux, Gauss’s law, Poisson equation, potential energy, boundary conditions, method of images, electric dipole, multipole expansion, conductors, capacity, dielectrics, polarization, electrical displacement. Electric current, continuity equation, steady current, Ohm’s law. Magnetostatics: Laplace’s force, Lorentz, force on a current-carrying wire, magnetic dipole, Biot-Savart’s law, Ampere’s law, vector potential, field of a magnetic dipole, magnetic materials, magnetization. Ampere-Maxwell’s equation, Faraday’s equation, scalar potential of EM field, mutual inductance, self inductance, RL, RC, RLC circuits, Maxwell’s equations, energy/momentum conservation theorems, equations of potentials in Coulonb, Lorentz gauges, elements of electromagnetic waves.

Objectives

Το μάθημα καλύπτει και επεκτείνει ύλη, η οποία κανονικά καλύπτεται στα τελευταία χρόνια του λυκείου, χρησιμοποιώντας όμως ανώτερα μαθηματικά. Ένας από τους βασικούς του στόχους είναι να εισάγει τους μαθητές στη χρήση του διαφορικού λογισμού και της διανυσματικής ανάλυσης στη μελέτη των νόμων της ηλεκτροστατικής, της μαγνητοστατικής και του ηλεκτρομαγνητισμού. Διάφορα θεωρήματα και εξισώσεις (π.χ. εξισώσεις Gauss, Biot-Savart, Ampere, Faraday, Maxwell) θα πρέπει να κατανοηθούν στη γενική τους μορφή και όχι απλώς στις ειδικές περιπτώσεις που εμφανίζονται στα σχολικά εγχειρίδια. Πέραν αυτού, ένας στόχος του μαθήματος είναι η φυσική και μαθηματική μελέτη πιο προχωρημένων θεμάτων του ηλεκτρισμού και μαγνητισμού, όπως η μέθοδος των εικόνων, το ηλεκτρικό δίπολο, τα μαγνητικά υλικά, το βαθμωτό και διανυσματικό δυναμικό του ηλεκτρομαγνητισμού, τα θεωρήματα διατήρησης της ενέργειας και της ορμής και στοιχείων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Prerequisites

Φυσική Ι (κωδικός μαθήματος : 321-2353)

Syllabus

Ηλεκτροστατική: νόμος Coulomb, ηλεκτρικό πεδίο, δυναμικό, ροή, νόμος Gauss, εξίσωση Poisson, δυναμική ενέργεια, συνοριακές συνθήκες, μέθοδος εικόνων, ηλεκτρικό δίπολο, ανάπτυγμα πολυπόλων, αγωγοί, χωρητικότητα, διηλεκτρικά, πόλωση, ηλεκτρική μετατόπιση. Ηλεκτρικό ρεύμα, εξίσωση συνέχειας, στάσιμο ρεύμα, νόμος Ohm. Μαγνητοστατική: δύναμη Laplace, Lorentz, δύναμη σε ρευματοφόρο αγωγό, μαγνητικό δίπολο, νόμος Biot-Savart, νόμος Ampere, διανυσματικό δυναμικό, πεδίο μαγνητικού διπόλου, μαγνητικά υλικά, μαγνήτιση, μαγνητίζον πεδίο. Εξίσωση Ampere-Maxwell, εξίσωση Faraday, βαθμωτό δυναμικό ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, αμοιβαία επαγωγή, αυτεπαγωγή, κυκλώματα RL, RC, RLC, εξισώσεις Maxwell, θεώρημα διατήρησης ενέργειας, ορμής, εξισώσεις δυναμικών στη βαθμίδα Coulomb, Lorentz, στοιχεία ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.