Электродинамика конденсированных сред

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.03.02. Физика

Кто читает: Факультет физики

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 4-й курс, 3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Вергелес Сергей Сергеевич

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 48

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Курс Электродинамики сплошных сред рассчитан на студентов 4-го курса бакалавриата. Он содержит в себе классические результаты этой области знания. Изучение этого курса предполагается после освоения учащимися курсов “Электричество и магнетизм”, “Теория поля”, “Квантовая механика”, “Статистическая физика” и “Физика сплошных сред”. Это даёт возможность сформулировать законы электродинамики в сплошных средах используя адекватные физические понятия и математический аппарат. Курс начинается с рассмотрения электростатики, включая электростатику кристаллов. Затем изучается магнитостатика, включая ферромагнетизм. После этого рассматриваются электромагнитные волны в однородных изотропных средах и в кристаллах. Потом уделяется внимание отражению на поверхности и скин-эффекту. Далее следует изучение резонаторов и направленных волн в волноводах различной геометрии. В курсе также присутствуют такие темы как магнитная гидродинамика и рассеяние света на малых частицах. Наконец, рассматриваются нелинейные эффекты – генерация второй и третьей гармоник, а также самофокусировка.

Цель освоения дисциплины

Знать и уметь теоретически описывать электростатику диэлектриков различных типов, включая жидкости, кристаллы, пьезоэлектрики и сегнетоэлектрики.
Знать и уметь теоретически описывать системы постоянных токов, их термодинамику, а также ферромагнитные явления.
Знать основные свойства распространения электромагнитных волн в однородных неизотропных средах и преломления этих волн на границах раздела.
Знать и уметь теоретически описывать распространение направленных электромагнитных волн в основных типах волноводов
Знать простейшие эффекты в магнитной гидродинамике
Знать физические свойства нелинейных эффектов в электродинамике – генерации второй и третьей гармоник и самофокусировки.

Планируемые результаты обучения

студент должен уметь теоретически описывать электростатику диэлектриков различных типов, включая жидкости, кристаллы, пьезоэлектрики и сегнетоэлектрики.
студент должен уметь теоретически описывать системы постоянных токов, их термодинамику, а также ферромагнитные явления.
студент должен уметь описывать распространение электромагнитных волн в однородных неизотропных средах и преломление этих волн на границах раздела
студент должен уметь описывать распространение электромагнитных волн в однородных неизотропных средах и преломление этих волн на границах раздела.
студент должен уметь теоретически описывать распространение направленных электромагнитных волн в основных типах волноводов
студент должен уметь теоретически описывать простейшие эффекты в магнитной гидродинамике
студент должен уметь теоретически описывать физические свойства нелинейных эффектов в электродинамике – генерации второй и третьей гармоник и самофокусировки.

Содержание учебной дисциплины

Электростатика.
Электростатика анизотропных неограниченных в пространстве тел. Термодинамика диэлектриков. Электрострикция. Пьезоэлектрики. Сегнетоэлектрики Электростатика ограниченных в пространстве тел: коэффициенты деполяризации для эллипсоида; удлинённое тело во внешнем поле.
Магнитостатика
Магнитостатика, постоянные токи. Термодинамика магнетиков. Гиромагнитные явления. Ферромагнетизм. Понятие о ферромагнетиках, ферримагнетиках а антиферромагнетиках. Обменное взаимодействие. Одноосные ферромагнетики: энергия магнитной анизотропии, лёгкая ось и лёгкая плоскость; кривая намагниченности. Ферромагнетик вблизи точки Кюри. Доменная структура: доменные стенки, поверхностное натяжение. Однодоменные частицы.
Электромагнитные волны.
Электромагнитные волны в однородных средах. Дисперсия электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн и тензор напряжений в диспергирующих средах. Анизотропные среды. Симметрия диэлектрической проницаемости. Уравнение Френеля, лучевой вектор. Одноосные кристаллы: обыкновенная и необыкновенная волны. Двойное преломление в электрическом поле. Магнитооптические эффекты. Пространственная дисперсия; естественная оптическая активность в изотропных средах.
Неоднородные среды.
Отражение и преломление волн на поверхности. Скин-эффект, поверхностный импеданс. Поверхностные плазмоны. Рассеяние света на малых частицах. Резонансное рассеяние. Направленные волны в различных геометриях: металлические волноводы, диэлектрические пластины; слабо волноведущие диэлектрические волноводы. Условие согласования волноводов. Электромагнитные резонаторы.
Движение непрерывных сред.
Движение твёрдых тел в электромагнитном поле. Электромагнитные волны во вращающемся твёрдом теле. Электродинамика проводящей жидкости, магнитная гидродинамика. Магнитное динамо. Волны Альфвена.
Нелинейные эффекты.
Нелинейная электродинамика. Преобразование частот. Генерация второй и третьей гармоник. Самофокусировка. Вынужденное комбинационное рассеяние.

Элементы контроля

Контрольные работы
Выполняется одна или две контрольные работы на усмотрение преподавателя
Домашние задания
Экзамен
Устный экзамен в формате беседы по курсу.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (3 модуль)
0.3 * Домашние задания + 0.3 * Контрольные работы + 0.4 * Экзамен

Программа дисциплины