PDF (1 MB) - FMI

4 LUKU 1. JOHDANTOpuolen lukukauden aikana. Kurssin toinen puolikas sisältää asioita, jotkamenevät syvemmälle sekä teoriaan että käytäntöön. Joitain asioita käsitelläänmyös hieman syvällisemmin kuin RMC:ssä on tehty ja siltä osin oppikirjaksisuositellaan uusinta painosta Cronströmin ja Lippaan oppikirjastaJohdatus sähködynamiikkaan ja suhteellisuusteoriaan (Limes 2000, tästäeteenpäin viite CL).Kurssin lähtötasoksi sähköopin osalta oletetaan fysiikan peruskurssienhallinta. Viitemateriaalina ovat Kaarle ja Riitta Kurki-Suonionoppikirjat Vuorovaikutuksista kenttiin – sähkömagnetismin perusteet (viitataanlyhenteellä KSII) ja Aaltoliikkestä dualismiin (viitataan lyhenteelläKSIII) (Limes ry., useita painoksia). Joillakin opiskelijoilla saattaa olla taustallaperuskurssin sijasta fysiikan approbatur, mikä tietenkin hyvin opiskeltunariittää sekin.Yksi elektrodynamiikan opiskelun vaikeuksista on varsin vaativien matemaattistenapuneuvojen tarve. Tällä kurssilla opiskelijan oletetaan hallitsevanfysiikan matemaattisia menetelmiä MAPU I–II:n ja FYMM I:n tasolla.Myös FYMM II olisi hyödyllinen, mutta koska monet teoreettisen fysiikanopiskelijat ottavat elektrodynamiikan kurssin jo toisen vuoden keväällä,tätä ei varsinaisesti edellytetä. FYMM II:n opiskelu viimeistään tämänkurssin rinnalla on kuitenkin erittäin suositeltavaa.Tärkeimpiä matemaattisiaapuneuvoja kerrataan kurssin laskuharjoituksissa. Laskuharjoitustehtävienomakohtainen suorittaminen on olennainen osa kurssin sisältämänmateriaalin oppimista!1.2 Hieman taustaaKlassinen elektrodynamiikka on yksi fysiikan peruskivistä. Se saavutti formaalisestinykyasunsa vuonna 1864, kun James Clerk Maxwell julkaisi ensimmäisenpainoksen kuuluisasta teoksestaan ”Treatise on Electricity andMagnetism”. Vaikka Maxwell olikin yksi fysiikan tutkimuksen jättiläisistä,hänen teoreettinen rakennelmansa perustui tietenkin aiempien fyysikoidentöille, joista mainittakoon tässä 1700-luvulta vaikkapa Cavendish, Coulomb,Franklin, Galvani, Gauss ja Volta sekä aiemmalta 1800-luvulta Ampère, Arago,Biot, Faraday, Henry, Savart ja Ørsted.Yksi tärkeimmistä Maxwellin teorian ennustuksista oli valon nopeudellaetenevän sähkömagneettisen aallon olemassaolo, jonka Heinrich Hertz onnistuitodentamaan rakentamallaan värähtelypiirillä vuonna 1888. Pian tämänjälkeen tultiin yhteen fysiikan historian suurista murroskausista. Osa ongelmistaliittyi suoraan elektrodynamiikkaan, jonka kummallisuuksiin kuuluivatesim. liikkeen indusoiman jännitteen ja sähkömotorisen voiman ekvivalenssisekä valon nopeuden vakioisuus. Juuri tällaisia ongelmia selittämään