Φυσική III

Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών

Φυσικής

Έτος: 2015

Διδάσκων: Βούλγαρης Γεώργιος, Μαϊντάς Ξάνθος

Περιγραφή Μαθήματος

Στο μάθημα της Φυσικής ΙΙΙ διδάσκεται η κλασική ηλεκτρομαγνητική θεωρία. Στην ανάπτυξη του μαθήματος περιέχονται οι εξής ενότητες-κεφάλαια. Η Ηλεκτροστατική, δηλαδή η μελέτη των στατικών ηλεκτρικών φαινομένων. Το κεφάλαιο αυτό ακολουθείται από την Μαγνητοστατική στην οποία γίνεται η μελέτη της δημιουργίας των μαγνητικών πεδίων από στατικά ηλεκτρικά ρεύματα καθώς και η δράση των πεδίων αυτών επί των ρευμάτων. Στην συνέχεια, εξετάζονται τα χρονικά μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία και η δημιουργία των εξ επαγωγής ηλεκτρικών πεδίων και διατυπώνεται ο νόμος του Faraday. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο γίνεται η μελέτη των ηλεκτρικών κυκλωμάτων με ιδιαίτερη έμφαση στα κυκλώματα των χρονικά μεταβαλλομένων ρευμάτων. Τέλος, αναδεικνύεται η ενοποίηση του ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου (εξισώσεις Maxwell) και μελετάται η κυματική διάδοση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στο κενό.

Video-Διαλέξεις

Διάλεξη 01 (2014-10-22)

Test Ηλεκτροστατική, νόμος του Coulomb, ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, συνεχείς κατανομές, επιφανειακές κατανομές φορτίων, νόμος του Gauss, δυναμικές γραμμές.

Διάλεξη 02 (2014-10-23)

Νόμος του Gauss, πρότυπο των δυναμικών γραμμών, σφαιρικές συντεταγμένες. Σφαιρικές συντεταγμένες, επιφάνειες Gauss, θεώρημα του Gauss.

Διάλεξη 03 (2014-10-29)

Τέσσερις παρατηρήσεις στον νόμο του Gauss. Αποδείξεις τεσσάρων προτάσεων στον νόμο Gauss.

Διάλεξη 04 (2014-10-30)

Δυναμικά. Επίλυση ασκήσεων. Εφαρμογές νόμου Gauss σε κυλινδρικές και σφαιρικές επιφάνειες.

Διάλεξη 05 (2014-11-11)

Επίλυση ασκήσης με σφαιρικές ομόκεντρες επιφάνειες. Επίλυση άσκησης κυλινδικής επιφάνειας μεταβλητής χωρικής πυκνότητας.

Διάλεξη 06 (2014-11-12)

Κυκλοφορία και στροβιλισμός, εξισώσεις Poisson - Laplace, παρατηρήσεις στο δυναμικό, μελέτη ενέργειας ηλεκτροστατικού συστήματος, ενέργεια αλληλεπίδρασης ηλεκτροστατικού πεδίου, ενέργεια στα φορτία ή στον χώρο.

Διάλεξη 07 (2014-11-13)

Ενέργεια αλληλεπίδρασης ηλεκτροστατικού πεδίου, παράδειγμα με δύο αντίθετα φορτία, ενέργεια συστήματος - ενέργεια αλληλεπίδρασης, επίλυση άσκησης με εύρεση συνολικής ενέργειας σημειακού φορτίου, αγωγοί, πυκνωτές.

Διάλεξη 08 (2014-11-18)

Δυναμικό, ενέργεια, άπειρες παράλληλες φορτισμένες επιφάνειες, ομόκεντρες σφαιρικές επιφάνειες - σφαιρικός πυκνωτής. Κυλινδρικός πυκνωτής - άπειρες ομοαξονικές κυλινδρικές επιφάνειες. Δυναμικό σε κυλινδρικό πυκνωτή. Θεώρημα της μοναδικότητας του Δυναμικού. Απόδειξη και περιπτώσεις μη συμμετρίας (μη εφαρμογή του νόμου του Gauss).

Διάλεξη 09 (2014-11-19)

Μέθοδος των Ειδώλων. Σχετικά προβλήματα: γειωμένο άπειρο επίπεδο με ένα και δύο φορτία στον άξονα Ζ. Μελέτη της ασυνέχειας της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου. Μελέτη της ασυνέχειας της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου. Δύναμη αγώγιμου φορτισμένου (εξ'επαγωγής) επιπέδου σε σημειακό φορτίο. Χρήση ηλεκτροστατικής ενέργειας του συστήματος. Γειωμένη σφαίρα. Χρήση μεθόδου των ειδώλων και του θεωρήματος μοναδικότητας.

Διάλεξη 10 (2014-11-20)

Επίλυση προβλημάτων με τη μέθοδο των ειδώλων. Γειωμένη επιφάνεια σφαίρας, μελέτη εσωτερικά και εξωτερικά της σφαίρας. Διέδρη γωνία, πλειονοπολικό ανάπτυγμα. Εύρεση δυναμικού σε μεγάλες αποστάσεις.

Διάλεξη 11 (2014-12-02)

Εύρεση δυναμικού σε μεγάλες αποστάσεις. Πλειονοπολικό ανάπτυγμα. Επίλυση άσκησης με τρία φορτία. Επίλυση ασκήσεων - ειδικές περιπτώσεις.

Διάλεξη 12 (2014-12-16)

Μαγνητικές Δυνάμεις, μονοδιάστατα ρεύματα, χωρικά ρεύματα. Γραμμικό ρεύμα, επιφανειακά ρεύματα, εφαρμογές.

Διάλεξη 13 (2015-01-07)

Μαγνητοσταστική, εξίσωση συνέχειας, εφαρμογές. Ευθύγραμμος ρευματοφόρος αγωγός.

Διάλεξη 14 (2015-01-15)

Επανάληψη στην μαγνητοστατική, μετασχηματισμός βαθμίδας.

Διάλεξη 15 (2015-01-14)

Επίλυση προβλημάτων χωρίς και με εφαρμογή του νόμου του Ampere. Προβλήματα στον νόμο του Ampere. Άπειρη κυλινδρική επιφάνεια ακτίνας R διαρρέεται από ρεύμα I. Εύρεση μαγνητικού πεδίου.

Διάλεξη 16 (2015-01-20)

Άπειρο ρεύμα με μορφή κυλίνδρου και εύρεση του μαγνητικού πεδίου και της διεύθυνσής του.

Διάλεξη 17 (2015-01-20)

Εισαγωγή στο φαινόμενο της επαγωγής, τρία πειράματα. Νόμος του Faraday, ολοκληρωτική και διαφορική μορφή του.

Διάλεξη 18 (2015-01-21)

Επανάληψη των τριών πειραμάτων. Νόμος του Faraday. Νόμος του Ampere και εισαγωγή του ρεύματος μετατόπισης. Νόμος των Ampere-Maxwell. Εξισώσεις Maxwell. Κυματικές εξισώσεις στο κενό. Χρονικά εξαρτώμενο βαθμωτό και διανυσματικό δυναμικό. Συμμετρία βαθμίδας.

Διάλεξη 19 (2015-01-27)

Επίλυση ασκήσεων.

Διάλεξη 20 (2015-02-04)

Πυκνότητα ενέργειας του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, άνυσμα Poynting. Θεώρημα Poynting.

Διάλεξη 21 (2015-02-10)

Διάλεξη 22 (2015-01-08)

Μαγνητική επαγωγή : πειράματα του Faraday, νόμος (κανόνας) του Lentz, μαγνητική ροή, γεννήτρια, δύναμη Laplace. Νόμος του Faraday, Παραδείγματα.

Διάλεξη 23 (2015-01-15)

Ασκήσεις, αρχή λειτουργίας Betatron. Επαγωγή και πηνία, Συντελεστής αυτεπαγωγής, κύκλωμα RL.

Διάλεξη 24 (2015-01-22)

Κυκλώματα επαγωγής.

Διάλεξη 25 (2015-01-22)

Ιστορική αναδρομή, ηλεκτρικό ρεύμα, φορά ρεύματος. Αντίσταση, νόμος του Ohm. Ειδική αντίσταση, αγωγιμότητα. Ημιαγωγοί, εξάρτηση από τη θερμότητα. Υπεραγωγιμότητα, ιδιότητες υλικών, γαλβανική στήλη, ενεργειακές ζώνες.

Διάλεξη 26 (2015-01-22)

Εναλλασσόμενη τάση, κύκλωμα με αντίσταση, ενεργός τιμή, κύκλωμα με αυτεπαγωγή.

Διάλεξη 27 (2015-01-29)

Κύκλωμα RLC. Περιστρεφόμενα διανύσματα στο κύκλωμα RLC.

Διάλεξη 28 (2015-02-05)

Κυκλώματα σε σειρά και παράλληλα. Ισχύς, ταλάντωση σε κύκλωμα LC. Ταλάντωση σε κύκλωμα RLC. Μεταβατική κατάσταση. Συντονισμός σε RLC σε σειρά. Καμπύλη συντονισμού.

Διάλεξη 29 (2015-02-05)

Συντονισμός σε κύκλωμα RLC παράλληλα, μετασχηματιστής.