upatras eclass | Φυσική ΙΙ

CMNG2165 - Δημήτρης Κουζούδης

Περιγραφή Μαθήματος

Το μάθημα χωρίζεται σε δυο κεντρικές ενότητες με ποσοστό κάλυψης 80-20 % αντίστοιχα. Μέσα σε κάθε κυρίως ενότητα υπάρχουν πολλές θεματικές ενότητες:

1. Ηλεκτρομαγνητισμός (80%) :
Ηλεκτρικό φορτίο, νόμος του Coulomb, ηλεκτρικό πεδίο, νόμος του Gauss, ηλεκτρικό δυναμικό, διηλεκτρικά και πυκνωτές, ρεύμα, αντίσταση, νόμος Ohm, κυκλώματα, μαγνητικά πεδία, επαγωγή, νόμος Faraday, αυτεπαγωγή, εναλασσόμενα ρεύματα, ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
2. Οπτικής (20%) :
Φύση φωτός, ανάκλαση, διάθλαση, κάτοπτρα, φακοί, συμβολή, περίθλαση.

Δ. Κουζούδης

Περίγραμμα
Περιεχόμενο μαθήματος

1. ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ - Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ COULOMB

2. ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΠΕΔΙΑ

3. Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS

4. ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ? ΔΥΝΑΜΙΚΟ

5. ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ στις ΤΡΕΙΣ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ

6. ΠΥΚΝΩΤΕΣ - ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ

7. ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ και ΝΟΜΟΣ του OHM

8. ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ

9. Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ AMPERE

10. ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΕΠΑΓΩΓΗ

11. ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

12. ΤΟ ΦΩΣ

13. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΟΠΤΙΚΗ
Μαθησιακοί στόχοι

Στο τέλος του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει αναπτύξει τις παρακάτω δεξιότητες:
1. Ικανότητα να επιδεικνύει γνώση και κατανόηση των θεμελιωδών εννοιών του ηλεκτρομαγνητισμού και της οπτικής.
2. Ικανότητα να εφαρμόζει αυτή τη γνώση για την επίλυση σύνθετων φυσικών προβλημάτων.
3. Ικανότητα να εφαρμόζει τη μεθοδολογία για την επίλυση μη οικείων προβλημάτων
4. Ικανότητα να αλληλεπιδρά με άλλους για την επίλυση προβλημάτων επιστημονικής φύσης.
Βιβλιογραφία

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ
Εισαγωγή στην έννοια του ηλεκτρικού πεδίου. Ηλεκτρικό πεδίο φορτισμένης πηγής. Ορισμός έντασης ηλεκτρικού πεδίου και μονάδες. Υπολογισμός έντασης ηλεκτρικού πεδίου σε απλές συμμετρικές γεωμετρίες: Σημείο, γραμμή, επιφάνεια. Παραδείγματα ήδη υπολογισμένων εντάσεων ηλεκτρικών πεδίων για πιο σύνθετες γεωμετρίες.
ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ
Εισαγωγή στις έννοιες του ηλεκτρικού φορτίου και της φόρτισης. Οι φορείς του ηλεκτρικού φορτίου, ηλεκτρόνια-πρωτόνια. Ουδέτερα άτομα και διαχωρισμός σε μονωτές - αγωγούς ηλεκτρικού φορτίου. Παρουσίαση και περιγραφή του Νόμου του Coulomb. Τρόποι μεταβολής φορτίου μεταξύ σωμάτων. Τριβή, επαφή, επαγωγή και εξουδετέρωση. Κατανόηση μέσα από παραδείγματα και ασκήσεις.
Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS
Ορισμός και ερμηνεία των δυναμικών γραμμών. Παραδείγματα δυναμικών γραμμών σημειακού φορτίου, σφαίρας, γραμμής και φύλλου. Ορισμός της ηλεκτρικής ροής διαμέσου επιφάνειας. Ερμηνεία και διατύπωση του Νόμου του Gauss. Εφαρμογές του Ν. Gauss: Υπολογισμός ηλεκτρικού πεδίου συμπαγούς σφαίρας, κοίλης σφαίρας, γραμμής, φύλλου και επίπεδου πυκνωτή.Ένταση ηλεκτρικού πεδίου σε αγωγούς χρησιμοποιώντας το Ν. του Gauss.
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ
Ορισμός της ηλεκτρική δυναμικής ενέργειας. Συντηρητικές δυνάμεις. Σύγκριση με τη βαρυτική ενέργεια. Σύγκριση μηχανικού με ηλεκτρικό έργο. Ορισμός και σχέσεις του ηλεκτρικού δυναμικού. Διαφορά δυναμικού και παραδείγματα εφαρμογών. Κατανόηση και επεξήγηση μέσω αντιπροσωπευτικών προβλημάτων και ασκήσεων για το σπίτι.
ΠΥΚΝΩΤΕΣ - ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ
Ορισμός χωρητικότητας πυκνωτή.Ανάλυση γεωμετρίας και χαρακτηριστικών μεγεθών επίπεδου πυκνωτή. Μελέτη πιο σύνθετης γεωμετρίας : η περίπτωση του κυλινδρικού πυκνωτή. Ορισμός διηλεκτρικών και τιμές διηλεκτρικής σταθεράς για χαρακτηριστικά υλικά. Τάση και χωρητικότητα πυκνωτών σε σειρά. Τάση και χωρητικότητα πυκνωτών σε παράλληλη διάταξη. Υπολογισμός δυναμικής ενέργειας πυκνωτή. Επεξήγηση και κατανόηση μέσω χαρακτηριστικών παραδειγμάτων.
ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΣΤΙΣ 3 ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ
Ηλεκτρικό Δυναμικό σημειακού φορτίου στο χώρο. Δυναμικό σε Καρτεσιανές Συντεταγμένες. Ηλεκτρικό δυναμικό και πεδίο σε πολικές και σε κυλινδρικές συντεταγμένες. Υπολογισμός ηλεκτρικούπεδίου και δυναμικού σε σφαιρικές συντεταγμένες. Υπολογισμός Δυναμικού μιας οποιασδήποτε κατανομής Φορτίου. Ορισμός και χρήση ισοδυναμικών επιφανειών. Κατανόηση μέσα από αντιπροσωπευτικά παραδείγματα και προβλήματα.
ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ - ΝΟΜΟΣ TOY OHM
Κατανόηση της κίνησης του φορτίου μέσα σε αγωγούς με βάση τη διαφορά δυναμικού. Ορισμός και επεξήγηση του ηλεκτρικού ρεύματος, μονάδες, πυκνότητα ρεύματος. Εισαγωγή στην ηλεκτρική αντίσταση και στο Νόμο του Ohm. Ακίνητα κι κινούμενα φορτία σε ρευματοφόρους αγωγούς. Ορισμός της ειδικής αντίστασης και της αγωγιμότητας. Έργο, ηλεκτρική ισχύς και ενέργεια μεταφοράς φορτίων. Εναλλασσόμενο ρεύμα και εναλλασσόμενη τάση ? ενεργές τιμές τους. Επεξήγηση και κατανόηση μέσω αντιπροσωπευτικών προβλημάτων.
ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ
Εξοικείωση με τις έννοιες του μαγνητισμού και του μαγνητικού πεδίου. Κινούμενο φορτίο σε μαγνητικό πεδίο και μαγνητική δύναμη. Κανόνες φοράς και κατεύθυνσης της δύναμης ? εξωτερικό γινόμενο διανυσμάτων. Ροπή σε ρευματοφόρο βρόγχο (κάθετα, παράλληλα, τυχαία γωνία). Ευθύγραμμοι και τυχαίου σχήματος ρευματοφόροι αγωγοί μέσα σε μαγνητικό πεδίο: παραγωγή μαγνητικού πεδίου και δύναμη μεταξύ ρευματοφόρων αγωγών : ο Νόμος των Biot-Savart. Κατανόηση μέσα από χαρακτηριστικά παραδείγματα.
Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ AMPERE
Εισαγωγή και ερμηνεία του Νόμου του Ampere. Χρήση και εφαρμογή του Νόμου του Ampere για τον υπολογισμό του μαγνητικού πεδίου κυλινδρικού αγωγού, συστοιχίας αγωγών, ζεύγους συστοιχιών αγωγών και σωληνοειδούς. Σχεδιασμός δυναμικών γραμμών για κυλινδρικούς αγωγούς. Χαρακτηριστικά του πηνίου και πλεονεκτήματα από την χρήση του ως ηλεκτρομαγνήτη. Ορισμός σχετικής μαγνητικής διαπερατότητας και τιμές της για διάφορα υλικά.
ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΕΠΑΓΩΓΗ
Εισαγωγή στην έννοια της μαγνητικής ροής και ορισμός του μαθηματικού τύπου της. Ορισμός και ερμηνεία του Νόμου του Faraday σε ρευματοφόρο πλαίσιο (βρόχο) ? Νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Τρόποι μεταβολής μαγνητικής ροής και ορισμός της ηλεκτρεγερτικής δύναμης (ΗΕΔ). Εισαγωγή στην έννοια της αυτεπαγωγής, μονάδες και τρόπος μέτρησης. Μαθηματική έκφραση της ενέργειας σωληνοειδούς. Κατανόηση μέσα από αντιπροσωπευτικά παραδείγματα.
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ
ΤΟ ΦΩΣ
Εισαγωγή στο φως και στη δυική φύση του (κυματική, σωματιδιακή). Ορισμός ηλεκτρομαγνητισμού, ιδιότητες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Εξαγωγή μαθηματικού τύπου υπολογισμού ολικής ενέργειας ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Χωρική πυκνότητα ενέργειας και ένταση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Αλληλεπίδραση ύλης φωτός ? δείκτης διάθλασης φωτός μέσα από υλικά. Κατανόηση και επεξήγηση μέσα από αντιπροσωπευτικά προβλήματα.
ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΟΠΤΙΚΗ
Η κυματική φύση του φωτός: διάθλαση, ανάκλαση, απορρόφηση. Γωνίες πρόσπτωσης, ανάκλασης και διάθλασης και ο νόμος της ανάκλασης. Επίπεδα κάτοπτρα και αποστάσεις αντικειμένου, ειδώλου και εστίασης. Ορισμός ακτίνας καμπυλότητας σε καμπύλη και σε σφαίρα για σφαιρικά κάτοπτρα και φακούς. Σφαιρικά κάτοπτρα, οπτικός άξονας, εστιακό σημείο και σχηματισμός ειδώλων. Ο νόμος της διάθλασης σε διαφορετικά υλικά, δείκτης διάθλασης και ολική ανάκλαση. Περιγραφή γεωμετρίας και ιδιοτήτων φακών και σχηματισμός ειδώλων από λεπτούς φακούς: αποκλίνοντες και συγκλίνοντες. Χαρακτηριστικά προβλήματα.
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ
Σημειώσεις του μαθήματος, λυμένες ασκήσεις, προβλήματα για το σπίτι.
ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΕΣ
Τα αποτελέσματα από τις 2 προόδους ή της τελικής εξέτασης αυτού του εξαμήνου
ΠΡΟΟΔΟΙ - ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ