PHYS 314

PHYS 314: Electromagnetic Theory

Syllabus

 

Textbook: David J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, 3rd ed.
 

I. Electrostatics

            1.   The Electric Field
                        •      Coulomb’s law

                        •      electric field
                        •      continuous charge distribution
                        •      the divergence of  electric field
                        •      Gauss’ law in differential form
                        •      the Dirac delta function

            2.   Electric Potential
                        •      the curl of electric field and electric potential
                        •      Poisson’s equation and Laplace’s equation
                        •      potential of continuous charge distribution
                        •      electrostatic energy
                        •      electrostatic boundary conditions for field and potential
                        •      conductors

            3.   Special Techniques
                        •      the uniqueness theorem
                        •      solving the Laplace equation; boundary value problems
                        •      the method of images
                        •      multipole expansions of the electric potential
                        •      electric dipoles; torques and forces on electric dipoles

            4.   Electric Fields in Matter
                        •      polarization
                        •      the potential of a polarized object
                        •      bound volume and surface charges
                        •      linear dielectrics
                        •      the field inside a dielectric
                        •      the electric displacement 
                        •      Gauss’ law in the presence of dielectrics
                        •      boundary conditions and boundary value problems
                        •      energy in dielectric systems

II. Magnetostatics

            1.   The Magnetostatic Field
                        •      the magnetic force
                        •      motion of charged particles in magnetic and electric fields
                        •      Biot-Savart law
                        •      Ampère’s law
                        •      magnetic vector potential
                        •      multipole expansions of the magnetic field
                        •      magnetic dipoles; torques and forces on magnetic dipoles

            2.   Magnetic Fields in Matter
                        •      paramagnetism, diamagnetism, and ferromagnetism
                        •      bound volume and surface currents
                        •      the auxiliary field
                        •      magnetic susceptibility and permeability
                        •      Ampère’s law and boundary condition with magnetic materials

III. Electrodynamics

            1.   Electromagnetic Induction
                        •      motional emf
                        •      Faraday’s law
                        •      Lenz’s law
                        •      inductance
                        •      energy in magnetic fields

            2.   Maxwell’s Equations and Electromagnetic Waves
                        •      the Ampère-Maxwell law
                        •      electromagnetic wave equation
                        •      solutions to the wave equation
                        •      complex representation of monochromatic plane waves
                        •      polarization
                        •      energy and momentum transport by electromagnetic waves
                        •      Poynting vector

            3.   Electromagnetic Waves in Media
                        •      propagation through non-conducting media
                        •      transmission and reflection at boundaries
                        •      laws of geometric optics; Fresnel’s equations
                        •      propagation through conducting media, skin depth
                        •      propagation through plasmas; plasma frequency
                        •      dispersion in dielectrics
                        •      absorption coefficient and index of refraction

IV. Generation of Electromagnetic Radiation

             1.   Dipole Radiation

                        •      retarted potentials
                        •      electric and magnetic dipole radiation
                        •      the Larmor formula

            2.   Radiation from a Point Charge
                        •      Lienard-Wiechert potentials
                        •      the fields of a point charge in motion
                        •      power radiated by an accelerating point charge