Лекции по электродинамике и оптике

Лекции по электродинамике и оптике

Лекция 1. Электрическое поле системы неподвижных зарядов в вакууме.

Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Силовые линии. Принцип суперпозиции и его применение к расчёту поля системы неподвижных зарядов.

Лекция 2. Потенциал электростатического поля.

Работа электростатического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряжённости. Связь напряжённости и потенциала.

Лекция 3. Теорема Гаусса для электростатического поля.

Поток вектора напряжённости электрического поля. Теорема Гаусса в интегральной и дифференциальной формах в вакууме и её применение для расчёта электрических полей. Уравнение Пуассона.

Лекция 4. Электростатическое поле в диэлектрике.

Электрический диполь в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков. Электростатическое поле в диэлектрике. Поляризованность. Свободные и связанные заряды. Связь поляризованности с плотностью связанных зарядов. Вектор электрического смещения. Обобщение теоремы Гаусса. Поле на границе раздела диэлектриков.

Лекция 5. Электрическое поле заряженных проводников. Энергия электростатического поля.

Поле вблизи проводника. Электроемкость проводников и конденсаторов. (Емкости плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов). Энергия системы неподвижных зарядов. Энергия заряженного проводника, конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.

Лекция 6. Электрический ток.

Носители тока в средах. Сила и плотность тока. Электрическое поле в проводнике с током. Сторонние силы. Закон Ома и Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Законы Кирхгофа.

Лекция 7. Магнитное поле в вакууме.

Вектор индукции магнитного поля. Закон Био-Савара. Принцип суперпозиции магнитных полей. Поле прямого и кругового токов. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах. Расчёт магнитного поля тороида и соленоида.

Лекция 8. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.

Лекция 8. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в электрических и магнитных полях. Ускорение заряженных частиц. Эффект Холла. Преобразования Лоренца для электрического и магнитного полей.

Лекции 9-10. Проводники с током в магнитном поле. Теорема Гаусса для магнитного поля.

Закон Ампера. Магнитный момент контура с током. Контур с током в магнитном поле. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

Лекция 11. Магнитное поле в веществе.

Намагниченность вещества. Вектор напряжённости магнитного поля и его связь с векторами индукции и намагниченности. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Поле на границе раздела магнетиков. Физическая природа диа- и парамагнетизма. Ферромагнетики.

Лекция 12. Электромагнитная индукция.

Закон Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция. Взаимная индукция. Вихревые токи. Плотность энергии магнитного поля. Энергия и силы в магнитном поле. Магнитное давление.

Лекция 13. Основные положения электромагнитной теории Максвелла.

Уравнения Максвелла для электромагнитного поля. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Закон полного тока. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.

Лекции 14-15. Электромагнитные волны.

Волновое уравнение для электромагнитного поля, его общее решение. Распространения электромагнитных волн. Энергия и импульс электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. Теорема Пойнтинга.

Лекция 16. Излучение электромагнитных волн.

Излучение электромагнитных волн ускоренно движущимися зарядами и диполем.

Лекция 17. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Электронная теория дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия. Закон Бугера. Рассеяние света.

Электронная теория дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия.  Закон Бугера. Рассеяние света.

Лекции 18-19. Электромагнитная природа света. Интерференция света.

Шкала электромагнитных излучений. Оптическое излучение, его интенсивность. Отражение и преломление плоской волны на границе двух диэлектриков. Интерференция электромагнитных волн. Расчёт интерференционной картины с двумя источниками. Пространственно-временная когерентность.

Лекция 20. Интерференция света в тонких плёнках.

Интерференционные полосы равной толщины и равного наклона. Применение интерференции, интерферометры.

Лекция 21. Дифракция света.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Векторная диаграмма. Дифракция от круглого отверстия и круглого диска. Дифракция Фраунгофера от щели. Предельный переход от волновой оптики к геометрической.

Лекция 22-23. Дифракционная решётка.

Многолучевая интерференция. Дифракционная решётка. Спектральные характеристики дифракционных решёток. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа-Брэгга. Понятие о рентгеноструктурном анализе.

Лекция 24. Голография.

Опорная и предметная световые волны. Запись и воспроизведение голограмм. Применение голографии.

Лекция 25. Поляризация света.

Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Закон Брюстера. Распространение электромагнитных волн в одноосных кристаллах. Двойное лучепреломление. Поляризация света при двойном лучепреломлении. Поляризационные призмы и поляроиды.