FK4010 - Eddy Ardonne Fysikum

Elektromagnetism - FK4010 - VT 2013 - 12hp

På den här websidan lägger vi ut material för kursen i elektromagnetism inom kandidatprogrammet vt 2013.

Om du avser att följa kursen bör du noga läsa igenom informationen som ges här samt att återkomma till denna sida med jämna mellanrum för att få ta del av senaste nytt.

Nyheter

Registrering

Alla som följer kursen måste registrera sig hos Marieanne på studentexpeditionen.
Fortlöpande information (t.ex. om schemaändringar) kommer i första hand att ges på hemsidan samt meddelas på föreläsningarna.

Kursschema

Schemat för föreläsningarna, osv. finns här som pdf fil, här i .ics-format och här i html.

Kursinnehåll

En kompakt beskrivning över kursens omfattning:
Coulombs lag. Elektriska och magnetiska fält. Lorentz-kraft. Elektrisk potential. Elektrostatisk energi. Gauss lag. Elektrisk ström, resistans, effektutveckling. Kontinuitets-ekvationen (laddningens bevarande). Energitäthet hos de elektriska och magnetiska fälten. Elektromotorisk spänning. Magnetiska fält kring elektriska strömmar. Biot-Savarts lag och Ampères lag. Den magnetiska kraften som en relativistisk effekt. Magnetisk induktion. Faradays lag. Maxwells komplettering av Ampères lag Maxwells ekvationer i vacuum. Induktans. Magnetisk kraft på strömförande ledare. Kretsteori - transienta och stationära förlopp, Kirchoffs lagar, visardiagram, komplexa metoden. Elektriska och magnetiska fält i materiella medier - Maxwells ekvationer. Polarisation, hysteres. Maxwells ekvationer på differentiell form - Nabla-operatorn, Gauss sats, Stokes sats. Poissons och Laplaces ekvationer, bildladdningsmetoden. Vektorpotentialen och gauge-transformationer. Elektromagnetisk vågrörelse. Poynting-vektorn, Poyntings teorem.

Lärare

(e-postadresser vid fysik.su.se inom parentes)

  • Eddy Ardonne (ardonne)
    Kursansvarig; Föreläsningar
    tfn 5537 8763, rum A5:1083

  • Matthias Danninger (danning)
    Laborationer
    tfn 5537 8152, rum A4:1011
  • António Pereira (antonio)
    Demonstrationshandledning; Frågestunder; Labredovisning
    tfn 5537 8683, rum A3:1021

  • Pawel Klimek (pawel.klimek)
    Demonstrationshandledning; Laborationer
    tfn 5537 8152, rum A4:1011
  • Henning Zettergren (henning)
    Frågestunder
    tfn 5537 8634, rum C4:3027

  • Joel Johansson (joeljo)
    Räkneövningar
    tfn 5537 8661, rum A5:1047
  • David Milstead (milstead)
    Labredovisning
    tfn 5537 8663, rum A4:1021

  • Alley Hameedi (alley.hameedi)
    Räkneövningar
    tfn 5537 8704, rum A3:1031

Kurslitteratur

Kursen är baserat på:
Grant & Phillips, Electromagnetism (Second Edition)

För Räkneövningarna används
Selldén, Räkneövningar i elektromagnetims, 8:e upplagan (Köpes på studentexpeditionen).

Brevidläsning:

Bokningar

För att underlätta administrationen bokas grupper via nätet.

Du behöver inte ange ditt fullständiga namn om du inte vill - bara det är något så när entydigt
(om du absolut inte vill ha ditt namn på nätet kan du använda ett alias, men i så fall måste du meddela mig (Eddy), annars raderar jag namn som inte svarar mot namnlistan för studenter på kursen.

Det är lämpligt att du väljer samma grupp i Labgruppen som i Demogruppen!

Räkneövningar

Räkneövningarna utgår från de problem som finns samlade i räkneövningshäftet - "Räkneövningar i elektromagnetism, 8:e upplagan".

På prov låter vi de två räkneövningsgrupperna ha lite olika karaktär. I räkneövningsgruppen R2 går läraren systematiskt igenom de valda uppgifterna, visar deras lösningar och diskuterar dem. I räkneövningsgruppen R1 ska vi försöka med ett mer aktivt deltagande från studenterna. Man kan fritt välja att gå i den ena eller andra gruppen, och man kan byta grupp när som helst. För att få en uppfattning om intresset för den ena eller andra typen av räkneövning är det dock bra om du preliminärt registrerar dig antingen i R1 eller R2, bereonde på vilken typ av räkneövningar som du tror skulle passa dig bäst.

För att boka plats, föll den här länken: boka räkenövningsgrupp.

Planering av räkneövningar:

En lista med bra problem för att öva sig på finns här.

Det finns lösingar till udda och jämna problem.
Tänk på att det är väsentligt att du försöker lösa problemen själv först, gärna med hjälp av lärobok och föreläsningsanteckningar.
Se även Räknestuga!

Frågestunder (tutorials)

Frågestunderna (s.k. tutorials) är till för dig som t.ex. vill ha olika teoriavsnitt förklarade eller diskuterade, eller kanske vill få tips om hur problem skall lösas. Meningen är att ni skall vara aktiva, och innehållet, dvs frågor och diskussionsämnen, bestäms till stor del av era egna önskemål (skicka gärna läraren förslag till genomgång av specifika frågor via epost).

Frågestunderna är frivilliga, och du behöver förstås inte gå varje gång.

Demonstrationer

Demonstrationerna är en obligatorisk del av labkursen. De utförs i lag om två (i undantagsfall tre) studenter.
Den första dagen ägnas åt att förbereda experimentet (det finns åtta olika experiment att välja mellan).
Den andra dagen skall demolaget genomföra sitt experiment inför resten av demogruppen på ett pedagogiskt sätt.
Assistenterna, och ytterligare en eller två lärare är närvarande och bedömer presentationerna och ger antingen
godkänt eller (mycket sällan) kompletteringsuppgifter.

Demonstrationsavdelningen ligger i stora huset på plan 4, bortom studentexpeditionen.

Det finns åtta demonstrationer att fördelas mellan studenterna i varje demonstrationsgrupp.
Antalet studenter per demonstration är idealt två, men tre kan accepteras i nödfall.

Observera att det är inte nödvändigt att printa ut alla demonstrationer.
Printa ut den del som är aktuell för din egen demonstration.

Här följer en kort beskrivning av demonstrationerna:

Elektrostatik I: Grundläggande elektrostatik. (Elektroskop och plattkondensator.)
Elektrostatik II: Mycket höga spänningar. Urladdningar. Faradays bur. (Bandgenerator - bredvidläsning I och II ).
Magnetism I: Magnetiskt fält och magnetiska krafter.
Magnetism II: Helmholtzspole. Bestämning av e/m för elektronen.
Induktion I: Faradays lag på olika sätt.
Induktion II: Mycket höga inducerade spänningar (gnistinduktor), virvelströmmar.
Transformatorn I: Järn i magnetfält, transformator, svetsning, Jakobs stege.
Transformatorn II: Elöverföring. Effektförluster.

För att boka plats, föll den här länken: boka demostrationsgrupp.
Se till att boka i den labgrupp du tillhör (A, B eller C).

Laborationer

Labkursen består av en demonstrationsövning (nämnd ovan) och två laborationer och utgör tillsammans med teorin en integrerad del av hela kursen.
Laborationer som inte godkänts innan början av vårterminen 2013 måste göras om.

Den första laborationen, elektriska mätningar är enkel och syftar till att man ska lära sig använda instrumenten i labbet. Den redovisas genom att man visar assistenterna vilka värden man fick innan man går.

Den andra, magnetiska fält, är mer krävande och redovisas i en labrapport. För att eventuella fel i analysen ska kunna korrigeras ska en sammanställning av resultaten (inte en labrapport!) inlämnas i förväg för genomgång av lärare.
Båda labbarna äger rum på andra våningen i labhuset (Roslagstullsbacken 33).

Här följer en kort beskrivning av laborationerna:

Elektriska mätningar: - Elektrisk mätningar med övningar på oscilloskop.
Magnetism: - Mätning på magnetiska fält i toroid.

För att boka plats, föll den här länken: boka labgrupp.

Labrapport för laboration 2
Ytterligare anvisningar för labrapporten som ska skrivas om laboration två finns i den här filen. Den här filen innehåller även gammal information om en muntlig redovisnign, som inte gäller längre. Men anvisningar som handlar om vad labrapporten ska innehålla gäller fortfarande.
Ett exempel av en labrapport (från experimentella metoder) kan laddas ner här, för att se vad som förväntas i en labrapport.

Inlämning av rapporten
Labrapporten ska lämnas in via e-post till båda António och Eddy. Du behöver inte lämna in en pre-rapport, och inlämningsdag som stär i schemat gäller inte. Desuttom finns det inga muntliga redovisningar, så de tillfällen i schemat gäller inte häller. Sista dag för att lämna in labrapporten är:

Dataanalys

För analysen av laboration 2 krävs tillgång till dator. Datorsalar upplåts för detta ändamål vid vissa schemalagda tider, och en assistent finns närvarande eller kan kontaktas vid behov av hjälp.

Duggor

För att stimulera till inläsning i tid ges två övningsskrivningar (duggor). Duggorna kommer att innehålla många ganska enkla frågor och problem.
Ppoäng på duggorna ger tenta-poäng som kan tillgodoräknas för betyg E, D, C, B eller A på tentan.
Full poäng på duggorna ger tenta-poäng som motsvara 15%.

På duggorna får man använda en kalkylator, Physics Handbook (eller motsvarande) och läroboken.

Gamla duggor med lösningar (som pdf filer):

Tetamen

Läsårets tentamensschemat finns här.

Gamla tentor med lösningar (som pdf filer):

Ser även den gamla websidan för ellära kursen FK4005e-VT2011.

Betygsättning

Full poäng på duggorna ger tentapoäng som motsvara 15%.
Duggapoäng räknas om till tenta poäng entligt den här filen dugga till tenta poäng. Duggapoäng gäller en termin, och adderas till poäng som man får på tentan.
Betygsättning på tentan (max 40 poäng) är:

För att klara kursen måste man får godkännd på demonstrationen och laborationerna. Om man får vällgodkännd på laboration 2, då höjs tentabetyget ett steg, om tenta betyget var minst E (så det gäller inte om tenta betyget först var Fx, och en A höjs inte).

Räknestugan

Om du behöver hjälp med något, är du välkommen på den allmänna räknestugan, torsdager kl. 15:00-18:00 i sal FP41.

Kursforum

Vi kommer att inrätta ett kursforum där kursansvarig, och en assistent träffar några representanter för studenterna vid några tillfällen under kursen.
Tanken är att eventuella problem ska tas upp till diskussion, och i möjligaste mån åtgärdas, under kursens gång.
Studentrepresentanterna i kursforum kan bidra till utformningen av kursutvärderingsenkäten och resultatet av den skall också diskuteras i ett avslutande möte.
Mer information finns här, och här finns en lista för intresseanmälan som ämnesrådet (FÄR) gjort.

För att anmäla dig till Kursforum, föll den här länken Anmälan till Kursforum.

Synpunkter

Om du har synpunkter på kursen, kontakta Eddy Ardonne, någon annan lärare, eller någon av representanterna i kursforum. Kanske kan vi åtgärda det som du reagerat på under kursens gång, kanske för kommande års studenter.

Detaljerat kursinnehåll

Läsanvisningar för varje föreläsning finns i den här filen, som uppdateras regelbunden.

Sektionen av `Electromagnetism' (Grant & Phillips) som behandlas i kursen:

Chapter 1 (Forces and energy in electrostatics):
  • 1.1 Electric charge
  • 1.2 The electric field
  • 1.3 Electric fields in matter (1.3.1, 1.3.2, 1.3.3)
  • 1.4 Gauss' law (1.4.1, 1.4.2, 1.4.3, 1.4.4)
  • 1.5 Electrostatic energy (1.5.1, 1.5.2, 1.5.3, 1.5.4, 1.5.5)

Chapter 2 (Dielectrics):
  • 2.1 Polarization
  • 2.2 Relative permittivity and electric susceptibility (2.2.2: only until equation 2.11)
  • 2.3 Macroscopic Fields in Dielectrics (2.3.1, 2.3.2)
  • 2.4 Energy in the presence of dielecteics

Chapter 3 (Electrostatic Field Calculations):
  • 3.1: Poisson's equation and Laplace's equation (not 3.1.2)
  • 3.3: Boundary conditions and field patterns (not 3.3.2)
  • 3.6: Summary of electrostatics

Chapter 4 (Steady Currents and Magnetic Fields):
  • 4.1 Electromotive force and conduction (4.1.1)
  • 4.2 The magnetic field (4.2.1, 4.2.2: only pages 125-126)
  • 4.3 The magnetic dipole (4.3.1)
  • 4.4 Ampere's law (4.4.1: only equation 4.31, 4.4.2, 4.4.3)
  • 4.5 The differential form of Ampere's law (4.5.1, 4.5.2, 4.5.3)
  • 4.6 Forces and torques on coils (not 4.6.1)
  • 4.7 The motion of charged particles in electric and magnetic fields (4.7.1, 4.7.2)

Chapter 5 (Magnetic Materials):
  • 5.1 Magnetization (excluding 5.1.1-5.1.3)
  • 5.2 The macroscopic magnetic field inside media (5.2.2: only equation 5.19)
  • 5.3 The field vector H (5.3.1, a discussion of hysteresis: pages 201-203)
  • 5.5 Summary of magnetostatics

Chapter 6 (Electromagnetic induction and magnetic energy):
  • 6.1 Electromagnetic induction (6.1.1, 6.1.2, 6.1.4)
  • 6.2 Self-inductance and mutual inductance (6.2.1, 6.2.2)
  • 6.3 Energy and forces in magnetic fields (6.3.1, 6.3.4)
  • 6.4.1 The measurement of magnetic fields

Chapter 8 (Linear Circuits):
  • 8.1 Networks (8.1.1, 8.1.2)

Chapter 10 (Maxwell's equations):
  • 10.1 The equation of continuity
  • 10.2 Displacement current
  • 10.3 Maxwell equations

Chapter 7 (Alternating currents and transients):
  • 7.1 Alternating current generators
  • 7.2 Amplitude, phase and period
  • 7.3 Resitance, capacitance and inductance in AC circuits
  • 7.4 Phasor diagram and complex impedance
  • 7.5 Power in AC circuits
  • 7.6 Resonance
  • 7.7 Transients

Chapter 11 (Elektromagnetic waves):
  • 11.1 Electromagnetic waves in free space
  • 11.4 Energy in Electromagnetic waves
  • Poyntings theorem