Moderni fysiikka ja kenttäteoria
| Rakennetyyppi: | Opintojakso |
|---|---|
| Koodi: | IX00BE88 |
| OPS: | I-SA STV2022 |
| Taso: | Insinööri (AMK) |
| Opiskeluvuosi: | 4 (2025-2026) |
| Lukukausi: | Syksy |
| Laajuus: | 5 op |
| Vastuuopettaja: | Mäkelä, Jarmo |
| Opetuskieli: | Suomi |
Suoritus ennakkoon? Katso toteutukset lukuvuonna 2022-2023.
Osaamistavoitteet
Tällä kurssilla päästään soveltamaan Reaalianalyysin ja Kompleksianalyysin kursseilla opittuja taitoja fysikaalisten ongelmien ratkaisuun. Kurssin keskeisimmän sisällön muodostaa sähkömagneettinen kenttäteoria, jonka perustana ovat Maxwellin yhtälöt. Samalla tavoin kuin klassinen mekaniikka kokonaisuudessaan voidaan johtaa Newtonin laeista, voidaan sähköoppi kokonaisuudessaan, ainakin mikäli rajoitutaan tarkastelemaan ainoastaan sähkö- ja magneettikenttiä, johtaa Maxwellin yhtälöistä. Loppujen lopuksi miltei kaikki nykyaikainen teknologia perustuu Maxwellin yhtälöihin. Kurssilla opitaan määrittämään sähkö- ja magneettikenttien ominaisuuksia eri tilanteissa Maxwellin yhtälöitä ratkaisemalla. Tämän lisäksi kurssilla perehdytään lyhyesti atomi- ja ydinfysiikan perustana olevaan Schrödingerin yhtälöön, sekä sen ratkaisuihin ja ominaisuuksiin.
Sisältö
1) Lyhyt vektorianalyysin kertaus,
2) Maxwellin yhtälöt,
3) Staattiset sähkökentät,
4) Staattiset magneettikentät,
5) Hitaasti muuttuvat kentät,
6) Nopeasti muuttuvat kentät: Sähkömagneettiset aallot,
7) Kvanttifysiikan alkeita: Fotonit, aaltohiukkasdualismi ja epätarkkuusperiaate,
8) Schrödingerin yhtälö,
9) Hiukkanen potentiaalilaatikossa,
10) Tunneloituminen,
11) Kvanttimekaaninen harmoninen oskillaattori
12) Vetyatomi,
13) Monielektroniset atomit,
14) Molekyylit,
15) Kiinteän olomuodon fysiikkaa,
16) Ydinfysiikan alkeita.
Opiskelumateriaali
Kirjallisuutta: L. Solymar: Lectures on Electromagnetic Theory (Oxford University Press)