Electrodynamics of Condensed Matter

2020/2021

Academic Year

RUS

Instruction in Russian

3

ECTS credits

Delivered at:

Faculty of Physics

Course type:

Compulsory course

When:

4 year, 3 module

Instructor

Vergeles, Sergey S.

Программа дисциплины

Аннотация

Курс Электродинамики сплошных сред рассчитан на студентов 4-го курса бакалавриата. Он содержит в себе классические результаты этой области знания. Изучение этого курса предполагается после освоения учащимися курсов “Электричество и магнетизм”, “Теория поля”, “Квантовая механика”, “Статистическая физика” и “Физика сплошных сред”. Это даёт возможность сформулировать законы электродинамики в сплошных средах используя адекватные физические понятия и математический аппарат. Курс начинается с рассмотрения электростатики, включая электростатику кристаллов. Затем изучается магнитостатика, включая ферромагнетизм. После этого рассматриваются электромагнитные волны в однородных изотропных средах и в кристаллах. Потом уделяется внимание отражению на поверхности и скин-эффекту. Далее следует изучение резонаторов и направленных волн в волноводах различной геометрии. В курсе также присутствуют такие темы как магнитная гидродинамика и рассеяние света на малых частицах. Наконец, рассматриваются нелинейные эффекты – генерация второй и третьей гармоник, а также самофокусировка.

Цель освоения дисциплины

• Знать и уметь теоретически описывать электростатику диэлектриков различных типов, включая жидкости, кристаллы, пьезоэлектрики и сегнетоэлектрики.
• Знать и уметь теоретически описывать системы постоянных токов, их термодинамику, а также ферромагнитные явления.
• Знать основные свойства распространения электромагнитных волн в однородных неизотропных средах и преломления этих волн на границах раздела.
• Знать и уметь теоретически описывать распространение направленных электромагнитных волн в основных типах волноводов
• Знать простейшие эффекты в магнитной гидродинамике
• Знать физические свойства нелинейных эффектов в электродинамике – генерации второй и третьей гармоник и самофокусировки.

Планируемые результаты обучения

• студент должен уметь теоретически описывать электростатику диэлектриков различных типов, включая жидкости, кристаллы, пьезоэлектрики и сегнетоэлектрики.
• студент должен уметь теоретически описывать системы постоянных токов, их термодинамику, а также ферромагнитные явления.
• студент должен уметь описывать распространение электромагнитных волн в однородных неизотропных средах и преломление этих волн на границах раздела
• студент должен уметь описывать распространение электромагнитных волн в однородных неизотропных средах и преломление этих волн на границах раздела.
• студент должен уметь теоретически описывать распространение направленных электромагнитных волн в основных типах волноводов
• студент должен уметь теоретически описывать простейшие эффекты в магнитной гидродинамике
• студент должен уметь теоретически описывать физические свойства нелинейных эффектов в электродинамике – генерации второй и третьей гармоник и самофокусировки.

Содержание учебной дисциплины

• Электростатика.
  Электростатика анизотропных неограниченных в пространстве тел. Термодинамика диэлектриков. Электрострикция. Пьезоэлектрики. Сегнетоэлектрики Электростатика ограниченных в пространстве тел: коэффициенты деполяризации для эллипсоида; удлинённое тело во внешнем поле.
• Магнитостатика
  Магнитостатика, постоянные токи. Термодинамика магнетиков. Гиромагнитные явления. Ферромагнетизм. Понятие о ферромагнетиках, ферримагнетиках а антиферромагнетиках. Обменное взаимодействие. Одноосные ферромагнетики: энергия магнитной анизотропии, лёгкая ось и лёгкая плоскость; кривая намагниченности. Ферромагнетик вблизи точки Кюри. Доменная структура: доменные стенки, поверхностное натяжение. Однодоменные частицы.
• Электромагнитные волны.
  Электромагнитные волны в однородных средах. Дисперсия электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн и тензор напряжений в диспергирующих средах. Анизотропные среды. Симметрия диэлектрической проницаемости. Уравнение Френеля, лучевой вектор. Одноосные кристаллы: обыкновенная и необыкновенная волны. Двойное преломление в электрическом поле. Магнитооптические эффекты. Пространственная дисперсия; естественная оптическая активность в изотропных средах.
• Неоднородные среды.
  Отражение и преломление волн на поверхности. Скин-эффект, поверхностный импеданс. Поверхностные плазмоны. Рассеяние света на малых частицах. Резонансное рассеяние. Направленные волны в различных геометриях: металлические волноводы, диэлектрические пластины; слабо волноведущие диэлектрические волноводы. Условие согласования волноводов. Электромагнитные резонаторы.
• Движение непрерывных сред.
  Движение твёрдых тел в электромагнитном поле. Электромагнитные волны во вращающемся твёрдом теле. Электродинамика проводящей жидкости, магнитная гидродинамика. Магнитное динамо. Волны Альфвена.
• Нелинейные эффекты.
  Нелинейная электродинамика. Преобразование частот. Генерация второй и третьей гармоник. Самофокусировка. Вынужденное комбинационное рассеяние.

Элементы контроля

• Контрольные работы
  Выполняется одна или две контрольные работы на усмотрение преподавателя
• Домашние задания
• Экзамен
  Устный экзамен в формате беседы по курсу.

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (3 модуль)
  0.3 * Домашние задания + 0.3 * Контрольные работы + 0.4 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. - Теоретическая физика. Т.8 Электродинамика сплошных сред - Издательство "Физматлит" - 2005 - 656с. - ISBN: 5-9221-0123-4 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2234
• Теоретическая физика. Т.8: Электродинамика сплошных сред, Ландау, Л. Д., 2016

Рекомендуемая дополнительная литература

• Сборник задач по электродинамике : учеб. пособие для вузов, Батыгин, В. В., 1970