Instruction

Name Cr Method of study Time Location Organiser
Elektrodynamiikka II 5 Cr Lecture Course 15.3.2021 - 10.5.2021
Electrodynamics II 5 Cr Examination 21.5.2021 - 21.5.2021
Electrodynamics II 5 Cr Examination 18.6.2021 - 18.6.2021
Name Cr Method of study Time Location Organiser
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 19.2.2021 - 19.2.2021
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 22.1.2021 - 22.1.2021
Electrodynamics II 5 Cr Examination 9.10.2020 - 9.10.2020
Cancelled Electrodynamics II 5 Cr General Examination 5.6.2020 - 5.6.2020
Cancelled Electrodynamics II 5 Cr General Examination 8.5.2020 - 8.5.2020
Elektrodynamiikka II 5 Cr Lecture Course 9.3.2020 - 4.5.2020
Elektrodynamik II 5 Cr Lecture Course 9.3.2020 - 29.4.2020
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 14.2.2020 - 14.2.2020
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 17.1.2020 - 17.1.2020
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 11.10.2019 - 11.10.2019
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 7.6.2019 - 7.6.2019
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 10.5.2019 - 10.5.2019
Electrodynamics II 5 Cr Lecture Course 11.3.2019 - 6.5.2019
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 15.2.2019 - 15.2.2019
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 18.1.2019 - 18.1.2019
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 12.10.2018 - 12.10.2018
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 15.6.2018 - 15.6.2018
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 18.5.2018 - 18.5.2018
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 20.4.2018 - 20.4.2018
Elektrodynamiikka II 5 Cr Lecture Course 12.3.2018 - 7.5.2018
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 19.1.2018 - 19.1.2018
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 15.12.2017 - 15.12.2017
Electrodynamics II 5 Cr General Examination 22.9.2017 - 22.9.2017

Target group

Opintojaksosta vastaa fysikaalisten tieteiden kandiohjelma.

Opintojakso kuuluu pakollisena teoreettisen fysiikan aineopintokokonaisuuteen (FYS2300). Muilla fysikaalisten tieteiden opintosuunnilla opintojakson voi sisällyttää valinnaisiin aineopintoihin.

Opintojakso on tarjolla muiden koulutusohjelmien opiskelijoille. Muiden koulutusohjelmien opiskelijat voivat sisällyttää opintojakson fysikaalisten tieteiden opintokokonaisuuteen (FYS1900), teoreettisen fysiikan opintokokonaisuuteen (FYS1500) tai fysiikan aineopintokokonaisuuteen (FYS2700).

Learning outcomes

Kurssin suorittanut opiskelija osaa ratkaista Maxwellin yhtälöt potentiaaliesityksessä. Hän osaa käsitellä eristeiden, johteiden ja magneettisten aineiden ominaisuuksia, mm. perustella dia- ja paramagnetismin ja laskea energiahävikin ferromagneettisessa syklissä. Hän osaa tarkastella tasoaaltoja kompleksilukuesityksessä, rekonstruoida eri polarisaatiotilat, laskea sähkömagneettisen aallon energian, aallon vaimenemisen johteessa. Opiskelija tuntee vaihenopeuden ja ryhmänopeuden käsitteet sekä niiden eron. Opiskelija osaa laskea heijastus- ja taittumiskertoimet kahden eristeen rajapinnalla ja käsitellä heijastumista johteen pinnalta soveltaen niitä aalotputkiin ja resonanssikaviteetteihin. Hän tuntee ainakin periaatteessa Liénardin ja Wiechertin potentiaalien määrittämisen ja osaa laskea niistä liikkuvan varauksen sähkömagneettisen kentän. Opiskelija tunnistaa Lorentzin tekijän liikkuvien varausten lausekkeista jo ennen suppean suhteellisuusteorian käsittelyä. Tärkeä oivallus on ymmärtää, kuinka suppea suhteellisuusteoria on sisään rakennettuna Maxwellin yhtälöihin. Opiskelija osaa johtaa Lorentzin muunnokset ja soveltaa niitä yksinkertaisiin suppean suhteellisuuteorian ongelmiin. Hän osaa suorittaa laskutoimituksia Minkowskin avaruuden tensoreilla sekä tunnistaa kovarintit ja kontravariantit vektorit. Opiskelija osaa kirjoittaa Maxwellin yhtälöt tensoriformalismissa ja laskea näillä kenttien muunnokset liikkuvien koordinaatistojen välillä sekä tarkastella energian ja liikemäärän säilymislakeja. Opiskelija osaa laskea varatun hiukkasen radan yksinkertaisissa sähkö- ja magneettikenttien geometrioissa. Lopuksi hän oivaltaa kuinka sähkömagnetismi voidaan kirjoittaa kanonisessa formalismissa.

Timing

Opintojakso järjestetään vuosittain kevätlukukaudella 4.periodissa.

Suositeltu suoritusajankohta fysikaalisten tieteiden kandiohjelmassa: 2. opiskeluvuosi, periodi IV. Katso tarkemmat opintosuuntakohtaiset ohjeet opintojen ajoitusmalleista.

Contents

Maxwellin yhtälöiden ratkaiseminen (ratkaisu potentiaaliesityksessä, mittainvarianssi, Greenin funktiot)

Sähkömagneettisista väliaineista (molekulaarinen polarisoituvuus ja molekulaarinen magneettikenttä, johtavuuden klassinen selitys, para- ja diamagnetismista, ferromagnetismi, sähkömagneettinen kenttä rajapinnalla, suprajohtavuus sekä plasma lyhyesti)

Sähkömagneettiset aallot (tasoaallot eristeessä, aaltojen polarisaati, sähkömagneettisen aallon energia, tasoaallot johteessa, aaltopaketti ja ryhmänopeus, palloaallot)

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen (heijastuminen ja taittuminen kahden eristeen rajapinnalla, heijastuminen johteen pinnalta, aaltoputket ja resonanssikaviteetit)

Liikkuvan varauksen kenttä (Liénardin ja Wiechertin potentiaalit, vakionopeudella ja kiihtyvässä liikkeessä liikkuvan varauksen kenttä, sähkömagneettisesta säteilystä)

Elektrodynamiikka ja suhteellisuusteoria (Lorentzin muunnos, tensorilaskentaa, Lorentzin muunnokset ja dynamiikka, elektrodynamiikan kovariantti formulointi, kenttien ja potentiaalien muunnokset, säilymislait)

Varatun hiukkasen liike sähkömagneettisessa kentässä (säteilyhäviöiden vaikutus, liike homogeenisissa ja staattisissa kentissä, magneettiset kulkeutumisilmiöt, lyhesti liikeyhtälö kanonisessa formalismissa ja adiabaattiset invariantit)

Activities and teaching methods in support of learning

Viikottaiset luennot ja arvioitavaksi palautettavat laskuharjoitukset.

Study materials

Kurssikirja: H. Koskinen, Elektrodynamiikka, Limes ry 2017 (luvut 10-16)

Suositeltavaa oheilukemistoa:

Reitz, Milford, Christie, Foundations of Electromagnetic Theory, Addison-Wesley (useita painoksia)

Feynman, Leighton, Sands, The Feynman lectures on Physics, Vol II, Addison-Wesley (avoin verkkoversio http://feynmanlectures.caltech.edu)

Jackson, Classical Electrodynamics, Wiley (useita painoksia)

Assessment practices and criteria

Käytetään normaalia arvosteluasteikkoa 0 - 5. Kotitehtävät määräävät 25% loppuarvosanasta.

Recommended optional studies

Erittäin suositeltavaa ottaa viimeistään samalla lukukaudella kurssit

FYS2012 Fysiikan matemaattiset menetelmät IIa

FYS2013 Fysiikan matemaattiset menetlmät IIb

Additional information

Kurssi luennoidaan luennoitsijasta riippuen joko suomen tai englannin kielellä. Vaihto-oppilaille järjestetään mahdollisuus tehdä laskuharjoitukset englanniksi ja suorittaa loppukoe englanniksi/ruotsiksi.

Completion methods

Kurssi opetetaan 7 viikon mittaisena luentokurssina, joihin liittyy viikottaiset laskuharjoitukset. Kurssi on mahdollista suorittaa etänä lukemalla kurssikirja, palauttamalla kotitehtävät assistenteille sähköisesti.

Kurssin suoritus muodostuu arvosteltavista laskuharjoitustehtävistä sekä loppukokeesta. Luennoitsijan kanssa sopien kurssin voi suorittaa myös suoraan tentissä.