- •Федеральное агенство по образованию
- •Гоувпо «удмуртский государственный университет»
- •Физический факультет
- •Кафедра теоретической физики
- •Рабочая программа
- •Требования государственного стандарта (гос)
- •Принципы построения курса «Электродинамика»
- •Цель и задачи курса
- •5. Программа курса “Электродинамика” для дневного отделения физического факультета УдГу
- •4. Структура курса
- •6. Содержание лекционного курса «Электродинамика»
- •1. Экспериментальные основы теории электромагнитного поля, 5ч.
- •Уравнения Максвелла для электромагнитного поля в дифференциальной и интегральной форме, 7ч.
- •3. Постоянное электромагнитное поле в вакууме, 12ч.
- •4. Электромагнитные волны в вакууме, 4ч.
- •5. Излучение электромагнитных волн, 5ч.
- •6. Специальная теория относительности, 12ч.
- •Микроскопическая электродинамика
- •Тема 1. Дифференциальные и интегральные теоремы в электродинамике, 2ч.
- •Тема 2 Уравнения электростатики. Прямая и обратная задачи электростатики, 6ч.
- •Тема 3. Мультипольные моменты, 6ч.
- •Тема 4. Магнитостатика, 4ч.
- •Тема 5. Электромагнитные волны в вакууме. Поляризация
- •Тема 6. Волновое поле точечного заряда, 2ч.
- •Тема 7. Дипольное и магнитно-дипольное излучение, 6ч.
- •Тема 8. Специальная теория относительности, 10ч.
- •8.10.* Найти силу взаимодействия между двумя зарядами, движущимися с одинаковыми скоростями.
- •Макроскопическая электродинамика
- •Тема 9. Электростатическое поле проводников, 6ч.
- •Тема 10. Электростатическое поле в диэлектриках, 4ч.
- •Тема 11. Постоянный ток, 2ч.
- •Тема 12. Постоянное магнитное поле в средах, 4ч.
- •Тема 13. Квазистационарное приближение в случае линейных проводников, 2ч.
- •Тема 14. Релаксация заряда. Вихревые токи. Скин–эффект, 2ч.
- •Тема 15. Электромагнитные волны в средах. Дисперсия, 6ч.
- •Тема 16. Волноводы и резонаторы, 2ч.
- •Вопросы для самоконтроля
- •Вопросы для самоконтроля по понятийному аппарату Макроскопической электродинамики
- •Литература
- •Вопросы по расширенному курсу «Электродинамика»
Тема 15. Электромагнитные волны в средах. Дисперсия, 6ч.
15.1.
В низкочастотном приближении комплексная
диэлектрическая проницаемость проводника
может быть представлена в виде:
.
Найти коэффициенты преломления
и поглощения
(
)
как функции проводимости и частоты и
изучить их поведение при
и при
.
15.2.
Получить выражение для диэлектрической
проницаемости
в высокочастотном пределе, когда
заряженные частицы можно рассматривать
как свободные.
15.3.
Эффективная проводимость среды,
содержащей
электронов в одном кубическом сантиметре,
определяется выражением
на частоте
,
где
и
- заряд и масса электрона соответственно.
Пользуясь уравнениями Максвелла,
получить выражение для скорости
распространения электромагнитных волн
в такой среде.
15.4.*
Диэлектрическая проницаемость среды,
состоящей из атомов, рассматриваемых
в осцилляторном приближении, имеет вид:
,
где
-
число электронов в единице объема,
,
- заряд и масса электрона;
,
и
- постоянные. Показать, что данная формула
удовлетворяет дисперсионным соотношениям
Крамерса-Кронига.
15.5.*
Найти зависимость частоты
электромагнитного поля от волнового
вектора
в плазменной среде при условии, что
частота электромагнитного поля больше
плазменной частоты
.
Волновые пакеты
15.6.
Построить одномерный волновой пакет
,
,
взяв в качестве амплитудной функции
кривую вида:
,
где
,
и
- постоянные. Найти связь между шириной
пакета
и интервалом волновых чисел
,
вносящих основной вклад в суперпозицию.
15.7.*
Волновой пакет образован суперпозицией
плоских волн с разными частотами
.
Амплитудная функция имеет вид
,
где
,
и
- постоянные. Найти зависимость амплитуды
пакета
от
времени.
15.8.*
Найти фазовую
и групповую
скорости распространения волн в среде,
диэлектрическая проницаемость которой
описывается выражением
,
где
и
-некоторые константы.
15.9.*
Показать, что произведение фазовой
и групповой
скоростей волны, распространяющейся в
плазме с диэлектрической проницаемостью
,
равно
.
Отражение и преломление волн
15.10. Плоско поляризованная волна падает нормально на поверхность металла с проводимостью . Найти коэффициент отражения.
15.12. Определить изменения фаз и полей плоской монохроматической электромагнитной волны при ее отражении от поверхности металла (при нормальном падении).
15.13. Определить силу, действующую на стенку, от которой отражается (с коэффициентом отражения ) падающая на нее плоская электромагнитная волна.
15.14.*
Найти глубину
проникновения внешнего переменного
электромагнитного поля в металл в
случае, когда частота поля
значительно меньше частоты столкновений
между электронами.
15.15.* Плоскополяризованная волна падает нормально на пластину толщиной и диэлектрической проницаемостью . Найти амплитуды волн, отраженной от плоскопараллельной пластины и прошедшей через нее.
Тема 16. Волноводы и резонаторы, 2ч.
16.1.
Определить собственные моды электромагнитных
колебаний в объемном прямоугольном
резонаторе со сторонами
и идеально проводящими стенками.
16.2. Определить возможные типы волн в круглом волноводе радиуса , считая его стенки идеально проводящими. Определить граничную частоту для такого волновода.
16.3. Определить типы волн, которые могут распространяться в прямоугольном волноводе с идеально проводящими стенками (длины сторон и ). Найти для них закон дисперсии и зависимость компонент поля от координат.
16.4.
Определить фазовую и групповую скорости
волн в прямоугольном и круглом волноводах
с идеально проводящими стенками.
Построить их зависимости от
.
