Electrodinámica y radiación de sincrotón
Código: 100173Créditos: 6
| Titulación | Tipo | Curso |
|---|---|---|
| Física | OP | 4 |
Profesor/a de contacto
- Nombre :
- Emili Bagan Capella
- Correo electrónico :
- emili.bagan@uab.cat
Idiomas de los grupos
Puede consultar esta información al final del documento.
Prerrequisitos
No existen requisitos previos. No obstante, es recomendable haber superado la asignatura de Electromagnetismo y las asignaturas obligatorias de Matemáticas del Grado en Física.
Objetivos
La asignatura consta de dos partes. La primera presenta los aspectos más importantes de la formulación lagrangiana y hamiltoniana de la electrodinámica clásica. Se reobtienen las ecuaciones de Maxwell a partir de primeros principios (principio de relatividad, principio de mínima acción, etc.). También se estudian las leyes de conservación, la invariancia gauge y las ecuaciones de movimiento de una carga en el campo electromagnético.
La segunda parte trata de la radiación de partículas relativistas. Comienza con una introducción al concepto de radiación. Se estudia en profundidad la radiación emitida por cargas relativistas, incluyendo la Bremsstrahlung, y se particulariza el estudio al caso de un acelerador lineal y de un sincrotrón. También se analizan el espectro y otras características de la radiación de sincrotrón. Finalmente, se presenta una breve introducción a la cuantización del campo electromagnético.
El objetivo de la primera parte del curso es que el alumnado adquiera una visión estructurada y unificada de la electrodinámica clásica, así como los conocimientos necesarios para comprender con mayor profundidad temas avanzados, como la teoría cuántica de la radiación. El objetivo de la segunda parte es proporcionar una visión general, aunque relativamente profunda, de las cuestiones teóricas y de algunos aspectos más aplicados relacionados con la radiación de partículas relativistas, tales como los aceleradores lineales, las fuentes de luz de sincrotrón y sus posibilidades de aplicación experimental.
Resultados de aprendizaje
- Comunicar eficazmente información compleja de forma clara y concisa, ya sea oralmente, por escrito o mediante TIC, y en presencia de público, tanto a audiencias especializadas como generales.
- Razonar críticamente, poseer capacidad analítica, usar correctamente el lenguaje técnico, y elaborar argumentos lógicos.
- Trabajar autónomamente, usar la propia iniciativa, ser capaz de organizarse para alcanzar unos resultados, planear y ejecutar un proyecto.
- Trabajar en grupo, asumiendo responsabilidades compartidas e interaccionando profesional y constructivamente con otros con absoluto respeto a sus derechos.
- Discernir entre las hipótesis implícitas al problema tratado y las consecuencias de eliminarlas y por tanto, aprender a generalizar la solución.
- Describir la forma en que las ecuaciones de Maxwell se obtienen a partir de primeros principios como la relatividad y el principio de mínima acción.
- Describir la trascendencia de la invariancia gauge en la electrodinámica.
- Describir la producción de radiación mediante partículas relativistas.
- Describir el efecto de los campos en el movimiento de las cargas.
- Obtener las ecuaciones de movimiento y la evolución de partículas relativistas en interacción.
- Calcular cantidades conservadas a partir de lagrangianos con campos relativistas escalares y vectoriales.
- Plantear y resolver la ecuación de movimiento de una carga en el seno de algunos campos electromagnéticos sencillos.
- Calcular la potencia radiada por partículas relativistas aceleradas.
- Ilustrar la aplicabilidad de la metodología desarrollada, en otros campos científicos.
- Reconocer los fundamentos teóricos sobre los que se sustenta la teoría cuántica de la radiación.
- Reconocer la trascendencia de la invariancia gauge en la formulación del modelo estándar de las interacciones fundamentales.
- Reconocer los fundamentos teóricos sobre los que se sustenta el funcionamiento de aceleradores de partículas y la producción de radiación.
- Utilizar métodos aproximados para desacoplar la evolución de sistemas complejos en partes más simples.
- Utilizar correctamente el álgebra lineal y tensorial en espacios no euclídeos.
- Manipular y resolver ecuaciones diferenciales en derivadas parciales.
- Utilizar de la teoría de grupos en la descripción de las simetrías.
- Identificar situaciones que necesitan un cambio o mejora.
Contenidos
Relatividad especial (notación covariante). Formulación lagrangiana y hamiltoniana de la electrodinámica clásica. Lagrangiano de interacción. Cargas en campos electromagnéticos. Invariancia gauge. Lagrangiano del campo libre. Ecuaciones de Maxwell en forma covariante y vectorial. Tensor energía-momento. Simetrías y leyes de conservación. El vector de Poynting.
Potenciales de Liénard-Wiechert. Aspectos generales de la radiación de partículas relativistas. Fórmula de Larmor y su generalización relativista. Bremsstrahlung. Aceleradores lineales. Radiación de sincrotrón. Características generales de la radiación de sincrotrón. Distribución angular. Espectro de la radiación de sincrotrón. Polarización de la radiación. Distribución espectral integrada. Cuantización del campo electromagnético (formalismo de Gupta-Bleuler).
Actividades formativas y Metodología
| Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|
| Trabajo individual | 92 | 3,68 | 1, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 |
| Clases de Teoría y de Problemas | 49 | 1,96 | 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 |
Clases de teoría y de problemas correspondientes a los temas del programa. Se propondrán dos entregas de problemas, que se tendrán en cuenta en la evaluación si contribuyen a mejorar la calificación.
Evaluación
Actividades de evaluación continuada
| Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|---|
| Entrega de Problemas | 20% | 0 | 0 | 3, 4, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 22 |
| Primer parcial | 40-50% | 3 | 0,12 | 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 |
| Segundo parcial | 40-50% | 3 | 0,12 | 1, 2, 3, 5, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20 |
| Examen final | 100% | 3 | 0,12 | 1, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 14, 16, 19, 20, 21 |
Evaluación continua: Se realizarán dos exámenes (cada uno con una parte de teoría y otra de problemas) y dos entregas de ejercicios. La calificación de cada parcial, N (sobre 10), se calculará a partir de la nota de la entrega correspondiente, L (sobre 2), y de la nota del examen, E (sobre 10), mediante la fórmula:
N = L + (10 − L) · E / 10
La calificación final será la media de los dos parciales, siempre que la calificación de cada uno de ellos sea, como mínimo, de 3,5 puntos sobre 10.
Quienes no superen la asignatura mediante la evaluación continua, así como quienes deseen mejorar la calificación obtenida, podrán presentarse al examen final. Este examen abarcará toda la asignatura y la calificación obtenida, que no incluirá las entregas, sustituirá a la calificación obtenida durante el curso únicamente si es superior.
Evaluación única: El alumnado que haya optado por esta modalidad deberá realizar una prueba final que constará de un examen de teoría (45%), en el que deberá responder a una serie de cuestiones sobre los contenidos de la asignatura, y de un examen de problemas (45%), en el que deberá resolver una serie de ejercicios. Además, deberá entregar una colección de problemas (10%), preparada previamente en casa, que deberá defender el día del examen, explicando detalladamente su resolución y respondiendo a las preguntas que se le puedan formular. Todas estas pruebas se realizarán el mismo día, a la misma hora y en el mismo lugar que el segundo examen parcial de la evaluación continua.
Bibliografía
J.D. Jackson, Electrodinámica Clásica Ed. Alhambra, 1980.
L.D. Landau E.M. Lifshitz, Teoría Clásica de Campos Ed. Reverté (Curso de física teórica, vol.2), 1981.
J. Costa Quintana, F. López aguilar, Interacción Electromagnética. Teoría Clásica. Reverté, 2007.
E. Bagan, Notes d'Electrodinàmica clàssica, UAB (serie Materials, Num. 47) 1998.
J. Llosa, A. Molina, Relativitat Especial amb aplicacions a l´electrodinamica clàssica. Publicacions i Edicions Universitat de Barcelona, 2004.
P.J. Duke, Synchrotron Radiation : Production and properties. OUP Oxford (Series on Synchrotron Radiation), 2008.
E. Bagan, Problemes d' Electrodinàmica clàssica, UAB (serie Materials, Num 51) 1998.
Software
Esta asignatura no utiliza ningún programario en particular.
Grupos e idiomas de la asignatura
La información proporcionada es provisional hasta el 30 de noviembre. A partir de esta fecha, podrá consultar el idioma de cada grupo a través de este enlace. Para acceder a la información, será necesario introducir el CÓDIGO de la asignatura
| Tipo de docencia | Grupo | Idioma | Semestre | Turno |
|---|---|---|---|---|
| (TE) Teoría | 1 | Catalán | primer cuatrimestre | manaña-mixto |
| (PAUL) Prácticas de aula | 1 | Catalán | primer cuatrimestre | manaña-mixto |