FYSA2011 Sähkömagnetismi (4 op)

Avaa opintojakson esite Sisussa
Opinnon taso:
Aineopinnot
Arviointiasteikko:
0-5
Suorituskieli:
suomi
Vastuuorganisaatio:
Fysiikan laitos
Opetussuunnitelmakaudet:
2024-2025, 2025-2026, 2026-2027, 2027-2028

Kuvaus

  • Sähköstatiikan ja sähkömagnetismin perusteiden kertaus (sähkö- ja magneettikentät sekä niitä vastaavat potentiaalit, Lorentzin voima ja sähkömagneettinen induktio)

  • Poissonin ja Laplacen yhtälöt ja yksikäsitteisyyslause

  • Maxwellin yhtälöiden integraali- differentiaaliesitykset

  • sähkömagneettisten kenttien jatkuvuusehdot

  • sähköinen ja magneettinen dipoli, sähköpolarisoituma, magnetoituma

  • sähkömagneettisen kentän energia ja Poyntingin vektori

  • Lorentzin muunnos ja sähkömagneettisen kentän suhteellisuusteoreettinen käsittely

  • sähkömagneettisen säteilyn muodostuminen ja siirtäminen

  • sähkömagneettisten ilmiöiden tietokonesimuloiminen.  

Osaamistavoitteet

Opintojakson suoritettuaan opiskelija

  • osaa käyttää teoreettisen fysiikan induktiivista tapaa matemaattisesti johtaa tunnetuista peruslauseista uusia fysikaalisten ilmiöiden matemaattisia kuvauksia
  • erityisesti osaa johtaa matemaattisia menetelmiä käyttäen kokeellisiin havaintoihin pohjautuvista integraalimuotoisista lauseista vastaavat differentiaalimuotoiset Maxwellin yhtälöt ja niistä edelleen sähkömagneettisen aaltoyhtälön
  • tuntee sähkömagneettiset perusprobleemat: tunnetuista varauksista ja virroista syntyvän staattisen kentän, kentän varauksiin ja johtimiin aiheuttaman voiman, kentän muutoksesta indusoituneen virran, varausten ja virran muutoksesta syntyvän sähkömagneettisen kentän ja varauksellisen hiukkasen radan laskemisen ja osaa käyttää soveltuvia menetelmiä niiden ratkaisemiseen
  • osaa integroida kentät peruslaeista, tuntee kenttien skalaaripotentiaalin ja osaa ratkaista potentiaalin Laplacen ja Poissonin yhtälöiden avulla
  • osaa kuvata sähköpolarisoituman ja magnetoituman syntymisen aineen mikroskooppisella tasolla, sekä kuvata sähköpolarisoituman polarisaatiovarauksen ja magnetoituman magnetoitumavirtojen avulla
  • tuntee sähkömagneettisten kenttien jatkuvuusehdot aineiden rajapinnoissa ja osaa laskea kenttien muutokset perustapauksissa
  • tuntee Poyntingin lauseen, osaa laskea Poyntingin vektorin sekä tuntee näiden yhteyden sähkömagneettisten kenttien säilymislakeihin ja energian siirtymisen kenttien välityksellä
  • hallitsee matemaattisesti sähkö- ja magneettikenttien Lorentzin muunnoksen
  • tuntee sähkömagneettisen säteilyn syntymekanismit: muuttuvan sähködipolin kenttä ja kiihtyvässä liikkeessä olevan sähkövarauksen säteily
  • osaa soveltaa numeerisia ohjelmistoja ongelmanratkaisuun, käyttää simulaatioita

Esitietojen kuvaus

  • FYSP1040 Sähköopin perusteet

  • FYSP1050 Sähkömagnetismin perusteet,

  • MATP211-213 Calculus 1-3

  • MATA181-182 Vektoricalculus 1-2

  • MATA114 Differentiaaliyhtälöt 

Kirjallisuus

  • David J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics (4th edition). Pearson, 2013. ISBN-13: 9781292021423.
  • Hannu Koskinen, Elektrodynamiikka, Limes ry, 2017

Suoritustavat

Tapa 1

Kuvaus:
Kurssi suoritetaan viikoittain palautettavilla harjoitustehtävillä, viikon luentoihin liittyvään ennakkomateriaaliin (aikaisemmilla kursseilla opitun kertausta) perustuvilla kertauskuulusteluilla ja kahdella välikokeella, tai lopputentillä.
Arviointiperusteet:
Harjoitustehtävien painoarvo 20 - 30 %, välikokeiden 70 - 80 %. Kertauskuulusteluiden suorituksella voi tarvittaessa korvata kummankin välikokeen huonoimman tehtävän (korkeintaan 25 % välikokeen pisteistä). Ensimmäisessä lopputentissä voidaan ottaa luentokurssin laskuharjoituspisteet huomioon samalla painoarvolla kuin kurssi välikokeilla suoritettaessa. Mikäli lopputentin arvosana on parempi, jos se lasketaan vain tenttipisteiden perusteella, harjoitustehtäviä ei huomioida. Lopputentin tehtäviä ei voi hyvittää kertauskuulusteluiden tuloksilla.
Opetusajankohta:
Periodi 3
Valitaan kaikki merkityt osat

Tapa 2

Kuvaus:
Tämä suoritustapa on niille opiskelijoille, joille ensisijainen suoritustapa ei ole mahdollinen erityisistä syistä (esim. kieli, etäopiskelu, erityiset opintojärjestelyt). Ota yhteys kurssin vastuuopettajaan ennen tähän suoritustapaan ilmoittautumista.
Arviointiperusteet:
Arvioitavat kotitehtävät, 40 - 60 % lopullisesta arvosanasta, ja kotitentti tai tentti, 40 - 60 % lopullisesta arvosanasta.
Valitaan kaikki merkityt osat
Suoritustapojen osat
x

Osallistuminen opetukseen (4 op)

Tyyppi:
Osallistuminen opetukseen
Arviointiasteikko:
0-5
Arviointiperusteet:
<p>Harjoitustehtävien painoarvo 20 - 30 %, välikokeiden 70 - 80 %. Kertauskuulusteluiden suorituksella voi tarvittaessa korvata kummankin välikokeen huonoimman tehtävän (korkeintaan 25 % välikokeen pisteistä). Ensimmäisessä lopputentissä voidaan ottaa luentokurssin laskuharjoituspisteet huomioon samalla painoarvolla kuin kurssi välikokeilla suoritettaessa. Mikäli lopputentin arvosana on parempi, jos se lasketaan vain tenttipisteiden perusteella, harjoitustehtäviä ei huomioida. Lopputentin tehtäviä ei voi hyvittää kertauskuulusteluiden tuloksilla.</p>
Suorituskieli:
suomi
Työskentelytavat:

Luennot, harjoitustehtävät, välikokeet tai loppukuulustelu.  Kurssi suoritetaan viikoittain palautettavilla harjoitustehtävillä, viikon luentoihin liittyvään ennakkomateriaaliin (aikaisemmilla kursseilla opitun kertausta) perustuvilla kertauskuulusteluilla ja kahdella välikokeella, tai lopputentillä.

Oppimateriaalit:

Luentomateriaalit, harjoitustehtävien esimerkkiratkaisut, muu mahdollinen materiaali, kurssikirja

Kirjallisuus:
  • David J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics (4th edition). Pearson, 2013. ISBN-13: 9781292021423.

Opetus

x

Itsenäinen työskentely (4 op)

Tyyppi:
Itsenäinen työskentely
Arviointiasteikko:
0-5
Arviointiperusteet:
<div><div><div><div>Arvioitavat kotitehtävät, 40 - 60 % lopullisesta arvosanasta, ja kotitentti tai tentti, 40 - 60 % lopullisesta arvosanasta</div></div></div></div>
Suorituskieli:
suomi
Työskentelytavat:

Itseopiskelu.  .

Oppimateriaalit:

Lähtökohtaisesti samat kuin luentokurssilla ml. kurssikirja.

Opetus