FT504: Elektromagnetisme og optik

Det Naturvidenskabelige Studienævn

Undervisningssprog: På dansk eller engelsk afhængigt af underviser
EKA: N500039112, N500039122, N500039102
Censur: Intern prøve, en bedømmer, Ekstern prøve
Bedømmelse: Bestået/Ikke bestået, 7-trinsskala
Udbudssteder: Odense
Udbudsterminer: Forår
Niveau: Bachelor

STADS ID (UVA): N500039101
ECTS-point: 10

Godkendelsesdato: 06-11-2023


Varighed: 1 semester

Version: Arkiv

Kommentar


Indgangskrav

Ingen

Faglige forudsætninger

Studerende, der følger kurset, forventes at:

  • Have kendskab til FT501: Matematik (10 ECTS) eller MM536: Calculus (10 ECTS), FT500: Mekanik og Termodynamik (10 ECTS), og FT502: Elektronik (5 ECTS).

Formål

Kurset har til formål at gøre den studerende fortrolig med fundamental viden indenfor elektromagnetisme og optik.
Kurset giver et fagligt grundlag for at studere elektrodynamik og optiske fænomener på et grundlæggende niveau og på kurser, der er placeret senere i uddannelsen.

I forhold til uddannelsens kompetenceprofil har kurset eksplicit fokus på at:

  • Give færdigheder i at undersøge fysiske fænomener teoretisk og eksperimentelt
  • Give viden om fysikkens grundlæggende teorier og deres formulering og eksperimentelle metode

Målbeskrivelse

For at opnå kursets formål er det læringsmålet for kurset, at den studerende kan:

Viden

  • definere elektriske og magnetiske felter, og centrale begreber som ladnings- og strømtæthed samt fluxtæthed og elektrisk potential,
  • anvende grundlæggende formler der beskriver vekselvirkningerne mellem elektriske ladninger og kraften fra magnetiske felter på elektriske ladninger og strømme,
  • redegøre for Coulombs og Gauss’ lov og forklare lovenes anvendelse til bestemmelse af elektriske og magnetiske felter,
  • redegøre for Ampéres lov og Biot-Savarts lov og forklare lovenes anvendelse til bestemmelse af magnetiske felter, 
  • redegøre for Faradays lov og forklare lovens anvendelse til bestemmelse af inducerede elektriske felter ved tilstedeværelsen af varierende magnetiske felter,
  • redegøre for materialers vekselvirkning med elektriske og magnetiske felter gennem polarisation, konduktion og magnetisering bestemt af materialeegenskaberne hhv. permitivitet, ledningsevne og permeabilitet,
  • redegøre for grænsebetingelserne for elektriske og magnetiske felter,
  • definere og redegøre for begreberne resistans og kapacitans samt selvinduktans og gensidig induktans, 
  • forklare opbygningen af magnetiske kredsløb og deres analogi til elektriske kredsløb samt redegøre for forskellige kredsløbsmodeller, som baserer sig på de indgående materialers lineære eller ulineære permeabilitet, 
  • forklare opbygningen og funktionen af en én-faset transformer,
  • fortolke Maxwells ligninger som grundlag for elektromagnetiske bølger,
  • beskrive interferensfænomener mellem harmoniske bølger i en og to rumlige dimensioner,
  • matematisk beskrive grundlæggende diffraktionsfænomener.

Færdigheder

  • anvende Coulombs lov og Gauss’ lov for elektriske felter til at beregne elektrostatiske kræfter, felter og potentialer for forskellige ladningsfordelinger,
  • anvende Gauss’ lov for magnetiske felter samt Biot-Savarts lov og Ampéres lov til at beregne magnetiske felter for forskellige strømfordelinger,
  • anvende Faradays lov til at beregne inducerede elektromotoriske kræfter og inducerede elektriske felter ved tilstedeværelsen af varierende magnetiske felter. 
  • benytte viden om det elektriske felts opførsel i og omkring ledere og dielektrika, og de tilsvarende grænsebetingelser til at udregne kapacitans i simple konfigurationer bestående af elektriske ledere og dielektrika. 
  • benytte viden om det magnetiske felts opførsel i og omkring ledere og de tilsvarende grænsebetingelser til at udregne selvinduktans og gensidig induktans i simple konfigurationer af ledere og magnetiske materialer. 
  • opstille kredsløbsmodeller for magnetiske kredsløb, herunder én-faset transformere, 
  • forklare hvordan et optisk mikroskop virker og skitsere afbildnings- og belysningsstrålegangen,
  • udføre en matematisk beskrivelse af basale diffraktionsfænomener og forklare de fundamentale begrænsninger disse sætter på opløsningen af optiske instrumenter.
  • udføre eksperimenter i elektromagnetisme og optik.

Kompetencer

  • analysere forskellige fænomener med elektriske og magnetiske felter og deres effekt på ladede partikler,
  • analysere eksperimentelle opstillinger vist i kursuslærebogen,
  • benytte beregninger, metoder og teknikker inden for elektromagnetisme i praktiske anvendelser i forbindelse med generering eller detektering af elektriske og magnetiske felter, 
  • vurdere forskellige dielektriske og magnetiske materialers indflydelse på elektriske og magnetiske feltfordelinger, 
  • dimensionere og analysere magnetiske kredsløb, herunder én-fasede transformere, 
  • anvende geometrisk optik, analysere strålegangen i optiske systemer med op til to komponenter,
  • planlægge og udføre eksperimenter i elektromagnetisme og optik,
  • udfærdige fyldestgørende rapporter over de foretagne eksperimenter, herunder diskussion af resultaterne.

Indhold

Kurset indeholder følgende faglige hovedområder:

  • Elektrisk ladning og elektriske felter. Coulombs lov og Gauss’ lov for elektriske felter.
  • Elektrisk potentiel energi og det elektriske potential.
  • Elektriske materialeegenskaber. Permitivitet, konduktans og forskydningsfelt.
  • Kapacitans.
  • Magnetiske felter og det magnetiske felt fra en strøm. Ampéres lov og Bio-Savarts lov.
  • Lorentzkraften på en elektrisk leder.
  • Faradays induktionslov.
  • Induktans.
  • Magnetiske egenskaber af materialer, magnetisering, permeabilitet, magnetisk feltstyrke (H-felt) og hysteresekurve
  • Transformere og magnetiske kredsløb
  • Maxwell ligningerne på integral og differentiel form
  • Elektromagnetiske bølger
  • Lysbølger (Huygens princip: brydning og reflektion)
  • Spejle og linser (optiske instrumenter, øjet, teleskopet og mikroskopet)
  • Interferens fænomener
  • Diffraktion (diffraktion og opløsningsevne)
  • Laboratorieøvelser inden for elektromagnetisme og optik

Litteratur

Se itslearning for pensumlister og yderligere litteraturhenvisninger.

Eksamensbestemmelser

Forudsætningsprøve a)

Tidsmæssig placering

Forår

Udprøvninger

Deltagelse i laboratorieøvelserne

EKA

N500039112

Censur

Intern prøve, en bedømmer

Bedømmelse

Bestået/Ikke bestået

Identifikation

Fulde navn og SDU brugernavn

Sprog

Følger, som udgangspunkt, undervisningssprog

Hjælpemidler

Oplyses på kurset

ECTS-point

0

Uddybende information

Deltagelse i de eksperimentelle laboratorieøvelser og godkendelse af laboratorierapporter.
Forudsætningsprøven er en forudsætning for deltagelse i eksamenselement a).

Forudsætningsprøve b)

Tidsmæssig placering

Forår

Udprøvninger

Godkendelse af opgaver

EKA

N500039122

Censur

Intern prøve, en bedømmer

Bedømmelse

Bestået/Ikke bestået

Identifikation

Fulde navn og SDU brugernavn

Sprog

Følger, som udgangspunkt, undervisningssprog

Hjælpemidler

Oplyses på kurset

ECTS-point

0

Uddybende information

Godkendelse af 3 ud af 4 obligatoriske opgavesæt
Forudsætningsprøven er en forudsætning for deltagelse i eksamenselement a).

Eksamenselement a)

Tidsmæssig placering

Juni

Forudsætninger

Type Forudsætningsnavn Forudsætningsfag
Delprøve Forudsætningsprøve a) N500039101, FT504: Elektromagnetisme og optik
Delprøve Forudsætningsprøve b) N500039101, FT504: Elektromagnetisme og optik

Udprøvninger

Skriftlig eksamen

EKA

N500039102

Censur

Ekstern prøve

Bedømmelse

7-trinsskala

Identifikation

Fulde navn og SDU brugernavn

Sprog

Følger, som udgangspunkt, undervisningssprog

Varighed

5 timer

Hjælpemidler

Eksamen er med begrænset hjælpemidler. Det er kun lærebøger, ordbøger, noter, kompendier, formelsamlinger, indbygget standardlommeregner i hhv. Windows/MAC og tegneprogrammer der er tilladt. 
Internet er ikke tilladt. Du må dog gå ind på kursets hjemmeside i itslearning i forbindelse med åbning af system "DE – Digital Eksamen". Noter fra kurset, som du ønsker at anvende som hjælpemidler, skal downloades til din computer senest dagen før eksamenen. Under eksamenen er det ikke sikkert at alt kursusmateriale er tilgængeligt for dig.

ECTS-point

10

Vejledende antal undervisningstimer

96 timer per semester

Undervisningsform

På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.

  • Introfase (forelæsning) - Antal timer: 48
  • træningsfase: Antal timer: 48, heraf 30 timer eksaminatorier og 18 timer laboratorie

Introfasen består af forelæsninger hvor kursets centrale emner indtroduces. Stoffet trænes derefter ved opgaveregning i eksaminatorietimer og ved øvelser i laboratorie. 

Aktiviteter i studiefasen 

  • Studie af lærebog
  • Løsning af opgaver
  • Forberedelse til laboratorieøvelser og efterfølgende udfærdigelse af rapporter

Ansvarlig underviser

Navn E-mail Institut
Christos Tserkezis ct@mci.sdu.dk Center for Polariton-driven Light-Matter Interactions (POLIMA)
Sofie Marie Koksbang koksbang@cp3.sdu.dk Fysik

Yderligere undervisere

Navn E-mail Institut By
Christos Tserkezis ct@mci.sdu.dk Mads Clausen Instituttet (MCI)
Francesca Serra serra@sdu.dk Fysik
Rene Lynge Eriksen rle@mci.sdu.dk Mads Clausen Instituttet (MCI)
Sofie Marie Koksbang koksbang@cp3.sdu.dk Institut for Fysik, Kemi og Farmaci

Skemaoplysninger

Administrationsenhed

Fysik, kemi og Farmaci

Team hos Uddannelsesjura & Registratur

NAT

Udbudssteder

Odense

Anbefalede studieforløb

Profil Uddannelse Semester Udbuds periode

Overgangsordninger

Overgangsordninger beskriver, hvordan et kursus erstatter et andet kursus, når der ændres i et studieforløb.
Hvis der er lavet en overgangsordning for et kursus vil den fremgå af oversigten.
Se overgangsordninger for alle kurser på Det Naturvidenskabelige Fakultet.