Αρχική Σελίδα   English Version


Σελίδα Μαθήματος : Ηλεκτρομαγνητισμός I

Κωδικός Μαθήματος: PCC201 
Εξάμηνο: 3
  Κατηγορία: Υποχρεωτικό
  Διδακτικές Μονάδες: 5
  Μονάδες ECTS:
  Διδάσκων:   Δημήτριος Σκαρλάτος  Δημήτριος Σκαρλάτος- Περισσότερες Πληροφορίες

Περιγραφή Μαθήματος

Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος
Στόχος του μαθήματος είναι οι φοιτητές να κατανοήσουν
(α) Τις βασικές έννοιες και τους νόμους που διέπουν τα φαινόμενα του στατικού ηλεκτρισμού και μαγνητισμού,τις αναλογίες και τις διαφορές που παρουσιάζουν καθώς και και τα κλασσικά πειράματα που τους ανέδειξαν.
(β) Τις βασικές έννοιες και τους νόμους που διέπουν τα φαινόμενα του δυναμικού ηλεκτρισμού και τα κλασσικά πειράματα που τους ανέδειξαν.
(γ) Τις βασικές έννοιες και τους νόμους που διέπουν τα φαινόμενα του ηλεκτρομαγνητισμού και τα κλασσικά πειράματα που τους ανέδειξαν.
(δ) Τις πρακτικές εφαρμογές στην καθημερινή ζωή και την βιομηχανία των ηλεκτροστατικών, μαγνητοστατικών και ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων.

Δεξιότητες
Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες
1. Ικανότητα να επιδεικνύει γνώση και κατανόηση των ουσιωδών εννοιών, και νόμων που σχετίζονται με τα φαινόμενα του στατικού ηλεκτρισμού και μαγνητισμού και του ηλεκτρομαγνητισμού.
2. Ικανότητα ερμηνείας φαινομένων της καθημερινής ζωής που σχετίζονται με τον στατικό ηλεκτρισμό και μαγνητισμό και τον ηλεκτρομαγνητισμό.
3. Ικανότητα επίλυσης σύνθετων προβλημάτων, είτε καθαρά θεωρητικών είτε αναδυόμενων από την καθημερινή εμπειρία.
4. Δεξιότητες μελέτης που χρειάζονται για τη συνεχή επαγγελματική του ανάπτυξη.

Προαπαιτήσεις
Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Απαιτούνται όμως βασικές γνώσεις Μηχανικής, Ολοκληρωτικού Λογισμού και Διανυσματικής Ανάλυσης

Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος
- H Ηλεκτρική αλληλεπίδραση: Ιστορική αναδρομή - Ηλεκτρικό φορτίο / Ιδιότητες ηλεκτρικού φορτίου - Πυκνότητες φορτίου - Νόμος του Coulomb
- To Στατικό Ηλεκτρικό πεδίο στο κενό : Διανυσματική περιγραφή (Ένταση , Ροή του Ηλεκτρικού Πεδίου και Νόμος του Gauss) - Βαθμωτή περιγραφή (Δυναμικό και Διαφορά Δυναμικού) - - Οριακές συνθήκες για την Ένταση και το Δυναμικό - Ενέργεια του ηλεκτροστατικού πεδίου - Ηλεκτρικά Δίπολα - Κίνηση φορτισμένων σωματιδίων σε στατικά ηλεκτρικά πεδία και εφαρμογές
- Αγωγοί σε ηλεκτροστατική ισορροπία : Απομονωμένοι αγωγοί (γενικές ιδιότητες και χωρητικότητα) - Αγωγοί σε εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο - Πυκνωτές και συνδεσμολογίες πυκνωτών
- Διηλεκτρικά: Γενικές Ιδιότητες- Διηλεκτριικά σε εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο / Πόλωση - Νόμος του Gauss παρουσία πολωμένων διηλεκτρικών -Πυκνωτές με διηλεκτρικά
- Αγωγιμότητα : Η έννοια του ηλεκτρικού ρεύματος - Αγωγιμότητα στα στερεά - Αντίσταση και νόμος του Ohm - Συνδεσμολογία αντιστάσεων - Αποτελέσματα ηλεκτρικού ρεύματος και εφαρμογές
- Ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ) και κυκλώματα συνεχούς ρεύματος: Κυκλώματα μιας ΗΕΔ - Σύνθετα κυκλώματα και κανόνες Kirchhoff - Χρονοκυκλώματα RC
- Η Μαγνητική αλληλεπίδραση και οι πηγές της: Ιστορική αναδρομή - Φυσικοί μαγνήτες - Ηλεκτρικό ρεύμα και μαγνητική αλληλεπίδραση
- Το Στατικό Μαγνητικό πεδίο στο κενό : Μαγνητική Επαγωγή - Νόμοι Biot / Savart και Αmpere - Ροή του Μαγνητικού Πεδίου - Νόμος του Gauss στον Μαγνητισμό - Ενέργεια του μαγνητοστατικού πεδίου - Μαγνητικά Δίπολα - Κίνηση φορτισμένων σωματιδίων σε ομογενή στατικά μαγνητικά πεδία και εφαρμογές - Το μαγνητικό πεδίο της Γής
- Μαγνητικά πεδία στην Ύλη: Παραμαγνητισμός - Σιδηρομαγνητισμός - Διαμαγνητισμός
- Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή: Βασικές εκδηλώσεις του φαινομένου - Νόμος του Faraday και κανόνας του Lenz
- Αυτεπαγωγή και Αμοιβαία Επαγωγή: Βασικές έννοιες - Κύκλωμα RL - Ηλεκτρικές ταλαντώσεις
- Εναλλασσόμενα ρεύματα : Γενικά χαρακτηριστικά - Κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος - Μετασχηματιστές
- Ηλεκτρομαγνητισμός : Εξισώσεις Maxwell και Ηλεκτρομαγνητικά κύματα


Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι
- Παραδόσεις στον πίνακα με περίπου 100 αναλυτικά λυμένα παραδείγματα διαφορετικής κλίμακας δυσκολίας
- Παρουσιάσεις με powerpoint
- Επίδειξη βασικών πειραμάτων Ηλεκτρομαγνητισμού (ζωντανά ή μαγνητοσκοπημένα)

Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης
Τελική εξέταση σε όλη την ύλη

Γλώσσα διδασκαλίας
Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην Αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα. 

 



Προτεινόμενη Βιβλιογραφία
Προτεινόμενα Συγγράμματα :
1) Serway and Jewett "Φυσική για Επιστήμονες και Μηχανικούς: Ηλεκτρισμός και Μαγνητισμός - Φώς και Οπτική - Σύγχρονη Φυσική" Μετάφραση στα Ελληνικά της 8ης αμερικανικής έκδοσης. Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2013.
2) D. Halliday, R.Resnick,K.S.Krane "Φυσική, Τόμος ΙΙ". Μετάφραση της 4ης αμερικανικής εκτεταμένης έκδοσης (1992) από τους Α.Ακύλα και Γ.Διαμαντόπουλο. Εκδόσεις Γ.Α.Πνευματικού, 2009.
Κλασσικό σύγγραμμα που δίδαξε  γενεές φυσικών. Ωραία σχήματα, αρκετά κλασσικά παραδείγματα και εξαιρετικές ερωτήσεις κρίσεως στο τέλος κάθε κεφαλαίου. Η φιλοσοφία εισαγωγής στη γενική φυσική που αποπνέει επηρρέασε όλες τις μετέπειτα γενεές σχετικών συγγραμμάτων.Η παρούσα μεταφρασμένη έκδοση αντικατέστησε την μέχρι πρόσφατα χρησιμοποιούμενη 2η μεταφρασμένη έκδοση (1962).
3) H.D.Young  και R.A.Freedman "Πανεπιστημιακή Φυσική, Τόμος Β : Ηλεκτρομαγνητισμός, Οπτική" .Μετάφραση στα Ελληνικά της 11ης αμερικανικής έκδοσης απο ομάδα πανεπιστημιακών. Εκδόσεις Παπαζήση, 2010.
Τα συγγράμματα (1) και (3), αν και ανήκουν στη νεώτερη γενεά σχετικών βιβλίων, έχουν καθιερωθεί πλέον σαν κλασσικά. Απηχούν την ίδια ακριβώς φιλοσοφία στο επίπεδο και την διάρθρωση της ύλης για την διδασκαλία σε εισαγωγικό προπτυχιακό επίπεδο. Στα  πλεονεκτήματά τους συγκαταλέγονται τα λεπτομερή σχήματα και η μεγάλη ποικιλία υποδειγματικά λυμένων παραδειγμάτων και άλυτων προβλημάτων ευρείας κλίμακας δυσκολίας. Κατά συνέπεια μπορούν να αποτελέσουν , όπως και το σύγγραμμα (2),την βάση για επέκταση σε μέσο προπτυχιακό επίπεδο με κατάλληλες παρεμβολές του διδάσκοντος.
 
Συμπληρωματική Βιβλιογραφία :
Εισαγωγικού Προπτυχιακού Επιπέδου
1) Μ.Alonso & E.Finn " Θεμελιώδης Πανεπιστημιακή Φυσική, Μέρος ΙΙ : Ηλεκτρομαγνητισμός". Μετάφραση της 2ης αγγλικής έκδοσης του συγγράμματος "Fundamental University Physics, Volume II : Fields and Waves" από τους Ρεσβάνη-Φίλιππα.
 Έχει γαλουχήσει γενεές φυσικών. Παρά την έλλειψη πολλών λυμένων παραδειγμάτων και την σε πολλές περιπτώσεις επιγραμματική παράθεση της ύλης, αποτελεί βιβλίο με ιδιαίτερη προσωπικότητα χωρίς αντίστοιχο στην σχετική βιβλιογραφία.Η αξία του έγκειται στην ιδιαίτερη φιλοσοφία με την οποία αντιμετωπίζει την εισαγωγή στη γενική φυσική, η οποία γίνεται στη βάση των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων.
2) Β.Α.Περράκη "Ηλεκτροτεχνία, Τόμοι I και II". Έκδοση Ευγενιδείου Ιδρύματος, Αθήνα 1989.
Εξαιρετικό βιβλίο ιδιαίτερα για την μελέτη των κυκλωμάτων συνεχούς και εναλλασσομένου ρεύματος και διατάξεων ηλεκτρικών μετρήσεων. Πολλά εύστοχα παραδείγματα.
Εισαγωγικού προς Μέσου Προπτυχιακού Επιπέδου
1) E.M.Purcell "Ηλεκτρισμός και Μαγνητισμός", Τόμος Β της σειράς μαθημάτων Φυσικής Παν/μίου Berkeley. Μετάφραση στα Ελληνικά της 2ης αγγλικής  Έκδοσης από ομάδα πανεπιστημιακών του ΕΜΠ. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις ΕΜΠ.
2) R.Feynman,R.Leighton and M.Sands "Οι διαλέξεις Φυσικής του Feynman - Τόμος Β: Ηλεκτρομαγνητισμός και Ύλη " . Μετάφραση στα Ελληνικά του συγγράμματος των R.Feynman,R.Leighton and M.Sands "The Feynman Lectures on Physics, Volume II", 2nd (definitive) Εdition (2006) από ομάδα πανεπιστημιακών. Εκδόσεις Τζιώλα (2009)
Γραμμένα και τα δύο από μεγάλους επιστήμονες αποτελούν ιδανική γεφύρωση μεταξύ του εισαγωγικού και του μέσου προπτυχιακού επιπέδου. Το επίπεδό τους αντικατοπτρίζει αυτό του μαθήματος, αλλά όχι και την σειρά παράθεσης της ύλης.Τα όποια παραδείγματα παρουσιάζονται εν είδει θεωρίας.Πολύ διαφωτιστικά σχήματα (ιδίως στο πρώτο) και συζήτηση σε βάθος. Η παιδαγωγική διάθεση είναι σαφώς εμφανέστερη στο δεύτερο.
Μέσου  προς Προχωρημένου Προπτυχιακού Επιπέδου
1) D.J.Griffiths, "Εισαγωγή στην Ηλεκτροδυναμική, τόμος I". Μετάφραση στα Ελληνικά της 2ης αγγλικής έκδοσης. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης.
Παρουσιάζει σε ένα απολύτως εύληπτο επίπεδο τον Ηλεκτρομαγνητισμό σαν μια μαθηματική θεωρία, όπως απαιτεί το μέσο προπτυχιακό επίπεδο.Κλασσικά λυμένα και άλυτα προβλήματα, πολλά από τα οποία θα αναλυθούν στο πλαίσιο του μαθήματος.Πολύ καλή εισαγωγή στην απαιτούμενη  διανυσματική ανάλυση που συνιστάται ανεπιφύλακτα. Ένας πολύ μελετηρός δευτεροετής φοιτητής είναι πιθανόν να το διαβάσει πιο εύκολα από τα δύο προηγούμενα.
Προχωρημένου   Προπτυχιακού και Εισαγωγικού Μεταπτυχιακού Επιπέδου
1) M.Nayfeh and M.Brussel "Electricity and Magnetism". Έκδοση Wiley, 1985.(Στα αγγλικά).
Παρά το ότι το επίπεδό του ξεφεύγει από τα πλαίσια του μαθήματος, το βιβλό αυτό αξίζει μνείας. Το μαθηματικό του επίπεδο είναι υψηλότερο από όλα τα προαναφερθέντα, αλλά αποτελεί ιδανικό βιβλίο για εισαγωγή σε μεταπτυχιακό επίπεδο. Περιέχει ασυνίθιστα μεγάλο αριθμό λυμένων παραδειγμάτων για βιβλίο αυτού του επιπέδου και διαπραγματεύεται "εξωτικά" θέματα που δεν συναντώνται εύκολα (π.χ μέθοδος ειδώλων για ρεύματα).Δυστυχώς εκτός κυκλοφορίας και δυσεύρετο. Μόνο για εθελοντές.
Συλλογές Προβλημάτων :
1) "Ασκήσεις και Προβλήματα Φυσικής, Τόμος Β : Ηλεκτρομαγνητισμός". Επιμέλεια ομάδας πανεπιστημιακών.Εκδόσεις Παπαζήση.
Περιέχει λυμένα τα περισσότερα προβλήματα του συγγράμματος του Young που προαναφέρθηκε και αφορούν στο τμήμα του Ηλεκτρομαγνητισμού.
2) J.A. Edminister "Ηλεκτρομαγνητική Θεωρία". Εκδόσεις ΕΣΠΙ.
Μετάφραση στα Ελληνικά του βιβλίου της σειράς Schaum' s Outline Series  "Theory and problems of Electromagnetics".
Περίληψη θεωρίας και πληθώρα ασκήσεων σε ελαφρά υψηλότερο επίπεδο από το προηγούμενο. Ωθεί σε προσεκτική μελέτη γιατί οι λύσεις παρατίθενται με συντομία.
 
 


Χρήσιμα Αρχεία

Σημειώσεις
 Σημειώσεις #0(Μαθηματικό Τυπολόγιο)  2013-11-01
 Σημειώσεις #1 (Ο Νόμος του Gauss)  2013-10-15
 Σημειώσεις #2 (Οριακές Συνθήκες για την Ένταση και το Δυναμικό)  2013-10-15
 Σημειώσεις #3 (Ενέργεια του Ηλεκτροστατικού Πεδίου)  2013-10-16
 Σημειώσεις #5 (Το Ηλεκτρικό Δίπολο)  2012-11-01
 Σημειώσεις #6 (Διηλεκτρικά)  2013-11-07
 Σημειώσεις #8 (Εναλλασσόμενα Ρεύματα)  2013-01-10

Ασκήσεις
 Προβλήματα Σειρά#1 (Η Ηλεκτρική Αλληλεπίδραση)  2013-10-08
 Προβλήματα Σειρά#2 (Το Στατικό Ηλεκτρικό Πεδίο στο Κενό)  2013-10-15
 Προβλήματα Σειρά#3 (Αγωγοί σε Ηλεκτροστατική Ισορροπία)  2013-10-10
 Προβλήματα Σειρά#4 (Διηλεκτρικά)  2013-10-15
 Προβλήματα Σειρά#5 ( Ηλεκτρικό Ρεύμα και Αγωγιμότητα Στερεών)  2013-10-15
 Προβλήματα Σειρά#6 (Κυκλώματα Συνεχούς Ρεύματος)  2013-10-15
 Προβλήματα Σειρά#7 (Το Στατικό Μαγνητικό Πεδίο στο Κενό)  2014-01-14
 Προβλήματα Σειρά#8 (Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή)  2014-01-14

Αποτελέσματα Εξετάσεων
 Αποτελέσματα Εξετάσεων Σεπτέμβριος 2016  2016-09-28