Fysik TFYA68. Föreläsare/kursansvarig: Weine Olovsson

Relevanta dokument
Fysik TFYA86. Föreläsare/kursansvarig: Weine Olovsson

Fysik TFYA68 (9FY321)

Föreläsning 2 1. Till varje punkt i rummet tilldelas en vektor. ( ) = T ( x, y, z,t) ( ) = v x

Fysik TFYA68 (9FY321) Föreläsning 6/15

Fysik TFYA68. Föreläsning 5/14

Fysik TFYA86. Föreläsning 8/11

Fysik TFYA68. Föreläsning 2/14

Tentamen för FYSIK (TFYA68)

Tentamen för FYSIK (TFYA86)

Tentamen för FYSIK (TFYA86)

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (9FY321)

Fysik TFYA68. Föreläsning 11/14

Tentamen för FYSIK (TFYA86)

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (9FY321)

Tentamen för FYSIK (TFYA86)

Tentamen för FYSIK (TFYA86 och 68)

Föreläsning 13, SF1626 Flervariabelanalys

Fysik TFYA86. Föreläsning 10/11

VEKTORANALYS Kursprogram VT 2018

Föreläsning 4 1. Den andra av Maxwells ekvationer i elektrostatiken

Övningsuppgifter/repetition inom elektromagnetism + ljus (OBS: ej fullständig)

Fysik TFYA86. Föreläsning 9/11

8. Planeringen finns på hemsidan. a. Vad som tas upp på föreläsningarna b. Vilka tal som löses på lektionerna c. Rekommenderade hemuppgifter som

Integraler av vektorfält Mats Persson

Elektromagnetiska fält och Maxwells ekavtioner. Mats Persson

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

Svaren på förståelsedelen skall ges på tesen som skall lämnas in.

Elektromagnetiska falt och Maxwells ekavtioner

Vektoranalys II. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

Formelsamling. Elektromagnetisk fältteori för F och Pi ETE055 & ETEF01

Sensorer, effektorer och fysik. Grundläggande fysikaliska begrepp som är viktiga inom mättekniken

0. Introduktion, matematisk bakgrund

Dugga i elektromagnetism, sommarkurs (TFYA61)

Kroklinjiga koordinater och räkning med vektoroperatorer. Henrik Johanneson/(Mats Persson)

Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som ska lämnas in

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 21 oktober, 2006

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (1:a omtentan), tisdag 17 juni 2014, kl 9:00-14:00

1.1 Gradienten i kroklinjiga koordinatsystem

Föreläsning 8. Ohms lag (Kap. 7.1) 7.1 i Griffiths

* Läsvecka 1 * Läsvecka 2 * Läsvecka 3 * Läsvecka 4 * Läsvecka 5 * Läsvecka 6 * Läsvecka 7 * Tentamenssvecka. Läsvecka 1

Tenta svar. E(r) = E(r)ˆr. Vi tillämpar Gauss sats på de tre områdena och väljer integrationsytan S till en sfär med radie r:

1 Några elementära operationer.

Kursen är en obligatorisk kurs på grundnivå för en naturvetenskaplig kandidatexamen Fysik.

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM234 och FFM232)

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 8 januari, 2007

Cartesiska kooordinater r = xˆx + yŷ + zẑ är de vanligaste men inte nödvändigtvis. Val av koordinatsystem beror på det problem vi vill studera.

Vektoranalys I. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

Integraler av vektorfalt. Exempel: En partikel ror sig langs en kurva r( ) under inverkan av en kraft F(r). Vi vill

Lösningsförslag Inlämningsuppgift 1 elstatikens grunder

ANDREAS REJBRAND Elektromagnetism Coulombs lag och Maxwells första ekvation

r 2 Arbetet är alltså endast beroende av start- och slutpunkt. Det följer av att det elektriska fältet är konservativt ( E = 0).

6. Räkna ut integralen. z dx dy dz,

Bra tabell i ert formelblad

Maxwell insåg att dessa ekvationer inte var kompletta!! Kontinutetsekvationen. J = ρ

Vektoranalys III. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

Flervariabelanalys E2, Vecka 5 Ht08

Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som ska lämnas in

Formelsamling till Elektromagnetisk

y= x dx = x = r cosv $ y = r sin v ,dxdy = rdrdv ' 2* så får vi att

Vågrörelselära och optik

Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som ska lämnas in

Allmant behover vi tre parametrar u 1 u 2 u 3 for att beskriva engodtycklig punkt i rummet. Vi kan

Fysik TFYA86. Föreläsning 11/11

Tentamen Elektromagnetism

VIKTIGA TILLÄMPNINGAR AV GRUNDLÄGGANDE BEGREPP

TATA44 ösningar till tentamen 13/01/ ) Paraboloiden z = 2 x 2 y 2 skär konen z = x 2 + y 2 då x 2 + y 2 = 2 x 2 y 2. Med

Repetition kapitel 21

FFM232, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

Poissons ekvation och potentialteori Mats Persson

Rep. Kap. 27 som behandlade kraften på en laddningar från ett B-fält.

elektrostatik: laddningar I vila eller liten rörelse utan acceleration

OBS! Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som skall lämnas in.

Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som ska lämnas in

Elektrodynamik. Elektrostatik. 4πε. eller. F q. ekv

Kapitel 33 The nature and propagation of light. Elektromagnetiska vågor Begreppen vågfront och stråle Reflektion och brytning (refraktion)

Lösningar till tentamen i Elektromagnetisk fältteori för Π3 & F3

Välkommen till Elektromagnetisk fältteori F3 (ETE055) & Π3 (ETEF01)

Kursprogram för ETE110 Modellering och simulering inom fältteori, läsåret 2008/2009

Tentamensskrivning i Ellära: FK4005e Fredag, 11 juni 2010, kl 9:00-15:00 Uppgifter och Svar

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i : Vågor,plasmor och antenner. Totala antalet uppgifter: 6 Datum: Examinator/Tfn: Hans Åkerstedt/ Skrivtid:

Strålningsfält och fotoner. Våren 2016

TFYA58, Ht 2 Elektromagnetism och Labbar i vågrörelselära

TMV036 Analys och Linjär Algebra K Kf Bt, del C

Elektriska och magnetiska fält Elektromagnetiska vågor

14. Elektriska fält (sähkökenttä)

r 2 C Arbetet är alltså endast beroende av start- och slutpunkt. Det följer av att det elektriska fältet är konservativt ( E = 0).

Övningar. Nanovetenskapliga tankeverktyg.

Kvantmekanik. Kvantmekaniken: De naturlagar som styr förlopp i den mikroskopiska världen (och i den makroskopiska!) Kvantmekanik.

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Magnetostatik, induktans (och induktion) kvalitativa frågor och lösningsmetodik

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (2:a omtentan), fredag 30 augusti 2013, kl 9:00-14:00

The nature and propagation of light

Lösningar till tentamen i Elektromagnetisk fältteori för Π3 & F3

.4-6, 8, , 12.10, 13} Kinematik Kinetik Kraftmoment Vektorbeskrivning Planetrörelse

1.1 Stokes sats. Bevis. Ramgard, s.70

Transkript:

Fysik TFYA68 Föreläsare/kursansvarig: Weine Olovsson weolo@ifm.liu.se 1

Kursinformation: Fysik TFYA68 Kursansvarig (FÖ+LE): Weine Olovsson LE + LAB1: Alexander Lindmaa LAB2: Jonas Wissting Maria Pihl Administratör: Agne Virsilaite Maras weolo@ifm.liu.se alexande@ifm.liu.se wiss@ifm.liu.se marpi452@student.liu.se agnvi@ifm.liu.se Se hemsida för uppdaterad information, föreläsningar etc. http://www.ifm.liu.se/edu/coursescms/tfya68/ 2

Lite om min bakgrund 50% Forskning vid IFM inom teoretisk spektroskopi 50% Applikationsexpert vid NSC Röntgenabsorptionsspektra Kärnelektronernas bindingsenergier datorsimuleringar vid superdatorer fasta tillståndets fysik, materialfysik www.nsc.liu.se 3

TFYA68 och andra kurser Mekanik (TFYY68) -> Fysik (TFYA68) avslutande fysikdel i D-programmet... ersätter tidigare kurs, Elektromagnetism (TFYA48) Elektromagnetism (9FY321) för lärarstudenter EM-föreläsningar & lektioner LAB1 & LAB2 Ej föreläsningar KM, ljus Översikt och breddningskurs 4

Kurslitteratur University Physics with modern Physics, 13ed, Young & Freedman Föreläsningar (.pdf kursens hemsida)... också D- och H-fält Physics Handbook, Nordling & Österman Formelblad (.pdf kursens hemsida) } på tentamen (+miniräknare, formelblad medföljer) LAB1: Simuleringar med finita-element metoden inom elektromagnetism, Peter Münger LAB2: Labbhäfte i optik Bra bredvidläsningslitteratur: Elektromagnetism, Från bärnsten till fältteori, Lars Alfred Engström (Physics, Alonso & Finn) 5

Kurstillfällen Föreläsningar: 14 st Lektioner: 10 st Laborationer: LAB1: Finita elementmetoden i EM, 4h + 2h LAB2: Ljus, 4h } Obligatoriska! Se hemsida för uppdaterad information, föreläsningar etc. http://www.ifm.liu.se/edu/coursescms/tfya68/ 6

Kursens innehåll (1) Elektromagnetism (2) Ljus Elektromagnetiska vågor (3) Kvantmekanik + materialuppbyggnad Översikt och breddningskurs 7

Tentamen Ungerfärligt Innehåll: 1/3 konceptuella frågor 1/3 typexempel 1/3 vanliga räkneuppgifter EM KM/MAT OP x x x x x x - Kommer ge exempel under kursens gång Tentamen: Fysik (TFYA68): EM+KM/MAT+OP Elektromagnetism (TFYA48): EM (+OP) Elektromagnetism (9FY321): EM Datum för tentamen: v. 22, onsdag 28/5, 14:00-19:00 Hjälpmedel: Physics Handbook, miniräknare, formelblad medföljer tentamen 8

Studieförslag University Physics, 13th ed. - Läs gärna igenom Kapitel innan föreläsningar Uppgifter: Lös uppgifter (rekommenderade eller välj själv) UP Lektionsuppgifter Exempel från UP och föreläsningar Test your understanding questions (svar finns!) UP Discussion questions UP Extra: Lös uppgifter från gamla kursboken av Lars Alfred Engström (s. 5) 9 Repetera under kursen gång

En kort introduktion (1) Elektromagnetism (2) Ljus (3) Kvantmekanik och materialuppbyggnad 10

Elektromagnetism Elektron (grekiska) = bärnsten Magnet: från Magnesia i antikens Grekland Kompassnål: användes långt tillbaka i Kina Thales från Miletos (624-546 f.kr) Experimentella undersökningar: Skilde mellan elektriska och magnetiska fenomen Visade att jorden är en magnetisk dipol Visade att magnetiska dipoler är odelbara William Gilbert (1544-1603) 11

Elektromagnetism 1 av 4 fundamentala krafter: Svag kärnkraft Stark kärnkraft håller ihop atomkärnan Gravitation massa (m) Elektromagnetism två olika laddningar (+, -) Mycket starkare än gravitation! 12

Elektromagnetism (1) Elektrostatik: stillastående laddningar, ingen ström (2) Magnetostatik: konstant ström (3) Induktion och elektromotorisk kraft: tidsvarierande fält Maxwells ekvationer: Sammanfattning + viktigt tillägg ljus som EM-vågor 13

Elektromagnetism De flesta av de fenomen vi upplever i vardagen (natur/teknik)... Ljus, synligt eller ej EM-våg Elektronik TV, radio, mobiltelefoni,... Nervimpulser (våra 5 sinnen) Kvantelektrodynamik (QED) Nobelpriset i Fysik 1956 (Feynman, Schwinger, Tomonaga) Är elektromagnetism fortfarande relevant? - Ja, för makroskopiska effekter! 14

Ljus Ljus - de elektromagnetiska vågor vi uppfattar Behöver inget medium, kan färdas i vakuum (ingen eter!) - jmf ljudvågor 15

Ljus Diffraktion (ljusets vågbeteende): Spalt, punktkällor Interferensmönster Refraktion (vågbrytning mellan medium): Elektromagnetisk våg: 16

Kvantmekanik + materialuppbyggnad (TFYA68) Kvantmekanik - hur naturen beter sig på mikroskopisk nivå Schrödingerekvationen Heisenbergs osäkerhetsprincip x p ~ 2 Våg-partikel dualism - ljus som fotoner - elektroner, protoner som vågor Atomer Solida material Elektronik 17

Matematiska grundbegrepp repetition av matematik I denna kurs använder vi integralform 18

Vektor Vektor (exempel): ~r = a ˆx + b ŷ + c ẑ Enhetsvektor: ˆr = ~r ~r Vektoraddition: ~r = X i ~r i ~r =(a 2 + b 2 + c 2 ) 1/2 ~r i ~r Punktprodukten skalär Kryssprodukten vektor ˆx ˆx =1 ˆx ŷ = ẑ 19

Olika beteckningar Riktningsbeteckningar: in i planet ut ur planet Öppna ytor: < ˆn högerhandsregeln > ˆn Slutna ytor: ˆn ˆn ˆn Normalriktning, normalen definieras i riktning utåt, vinkelrät mot ytan ˆn ˆn ˆn 20

Fält Ger information för varje koordinat, t ex (x, y, z, t) (1) Skalärfält (storlek) (2) Vektorfält (storlek & riktning) Temperatur: T (r,t)=t (x, y, t) Vind: ~v(r,t)= ~v(x, y, t) = [v x (r,t),v y (r,t)] V Potential Laddningstäthet 21 Vektorfält i elektromagnetismen: ~E ~ D ~ B ~ H

Cartesiskt (fast) koordinatsystem ˆx ˆx = ŷ ŷ = ẑ ẑ =1 ˆx ŷ = ˆx ẑ = ŷ ẑ =0 ˆx ŷ = ẑ ŷ ẑ = ˆx ẑ ˆx = ŷ ˆx ẑ = ŷ ẑ ŷ = ˆx ŷ ˆx = ẑ Infinitesimal förflyttning: d ~ l = dxˆx + dyŷ + dzẑ d ~ S = ds ˆn ˆx ẑ ŷ Volymselement: d = dx dy dz Exempel: ytelement (z fix): d ~ S = ± dx dy ẑ 22

Cylindriskt (rörligt) koordinatsystem ˆR ˆR = ˆ ˆ = ẑ ẑ =1 0 apple <2 ˆR ˆ = ˆR ẑ = ˆ ẑ =0 ˆR ˆ = ẑ ˆ ẑ = ˆR ẑ ˆR = ˆ ˆR ẑ = ˆ R ẑ ˆ = ˆ ˆR = ˆR ẑ Volymselement: d = dr Rd dz Infinitesimal förflyttning: d ~ l = dr ˆR + Rd ˆ + dzẑ Exempel ytelement (z fix): d ~ S = ± RdR d ẑ 23

ˆr ˆr = ˆ ˆ = ˆ ˆ =1 ˆr ˆ = ˆr ˆ = ˆ ˆ =0 Sfäriskt (rörligt) koordinatsystem 0 apple <2 0 apple apple r 0 ˆr ˆ = ˆ ˆ ˆ = ˆr ˆ ˆr = ˆ ˆr ˆ = ˆ ˆ = ˆ ˆr = ˆ ˆr ˆ Volymselement: d = dr rd r sin d = r 2 sin d d dr Infinitesimal förflyttning: d ~ l = drˆr + rd ˆ + r sin d ˆ Exempel ytelement på sfären: d ~ S = r 0 d r 0 sin d ˆr 24

Samband med det cartesiska koordinatsystemet Cylindriska koordinater: ˆR = cos ˆx +sin ŷ ˆ = sin ˆx + cos ŷ ẑ = ẑ Sfäriska koordinater: ˆr =sin cos ˆx +sin sin ŷ + cos ẑ ˆ = cos cos ˆx + cos sin ŷ sin ẑ ˆ = sin ˆx + cos ŷ Uttryck ~r, använd sambandet: â = d~r da d~r da 25 Projektionerna inkluderas med formelbladet!

Integration Skalär Vektor linje C dl C d ~ l yta S ds S d ~ S OBS: infinitesimala delar volym d OBS: Vektorvärd integrand Se lektionsexempel! 26

Linjeintegral ring I Z ~F d ~ l ~F d ~ l C C sluten kurva öppen kurva C > C > b a OBS! ändrar tecken beroende på riktning! Z b a ~F d ~ l = Z a b ~F d ~ l Jmf gravitation. a ~F. b 27

Arbete (jmf Mekanik) Arbete: W = Z C ~F d ~ l Kraft multiplicerad med förflyttning i kraftens riktning [Nm = J] Potentiell energi : W p = Z C F~ A d ~ l = En yttre krafts arbete för att övervinna kraftfältet! Z C ~F d ~ l Kraftjämvikt: ~F A + ~ F = ~0 Om vi har ett konservativt kraftfält! 28

Konservativt kraftfält Definition av konservativt kraftfält: I ~F d ~ l =0 C för varje sluten kurva C Exempel: gravitation ~F g = m~g För konservativa fält är det möjligt att definiera en potential V I elektrostatiken (inga strömmar) har vi: I C ~E d ~ l =0 från Faradays lag 29 MW ekv.

Flödesintegral Sluten yta Öppen yta E = S I Z ~E d ~ S E = S ~E d ~ S d ~ S = ds ˆn d ~ S i fältets riktning ~E d ~ S riktad utåt Integration: positivt omlopp (högerhandsregeln) - Hur mycket flödar genom en yta S? - Kommer senare diskutera Gauss sats (även kallad Gauss lag) 30

Gradient - Om vi vet W p hur få fram kraftfältet ~ F? Infinitesimal ändring: dw p = ~ F d ~ l Gradient av skalär: dw p = (grad W p ) d ~ l ~rw p ~F = (grad W p ) Exempel (sf. koord.): (grad W p )= @W p @r ˆr + 1 r @W p @ ˆ + 1 r sin @W p @ ˆ Formler i PH! 31

Elektrostatik University Physics: Kapitel 21 University Physics: Kapitel 22 32

Maxwells ekvationer I denna kurs används integralformen av MW ekv. I Gauss sats: S ~E d ~ S = Q in 0 I Gauss sats (magn.): S ~B d ~ S =0 I I Faradays lag: C ~E d ~ l = Amperes lag: C ~H d ~ l = Z Z S S @ ~ B @t d~ S = 0 (elektrostatiken) ~ J d ~ S + Z S @ ~ D @t d~ S James Clerk Maxwell (1831-1879) Sammanfattning av tidigare kunskap Ett viktigt tillägg! 33 = 0 (magnetostatiken)