Topic outline

  • Tervetuloa Sähkö ja magnetismi -kurssille!


    Kurssi alkaa IV periodissa. Ensimmäinen luento on tiistaina 28.2. klo 10:15 salissa TU2 ja sitä ennen klo 10:00 on 1. esitehtävän deadline.

    Kurssin suoritus perustuu viikoittain palautettaviin tehtäviin (60%) ja kahteen välikokeeseen (40%). Kurssilla on lähiopetusta, mutta tehtävät palautetaan sähköisesti joten omatoiminen etäopiskelu on mahdollista. Katso tarkemmat tiedot alasivulla "Kurssin toteutus".

    Ilmoittaudu kurssille Sisussa. Opettajilla ei ole oikeuksia puuttua ilmoittautumisiin Sisussa, joten ongelmatapauksissa pitää pyytää apua oppimispalveluilta.

    Kurssin välikokeisiin ei tarvitse ilmoittautua erikseen, vaan kurssi-ilmoittautuminen riittää. Kurssilla järjestetään lisäksi mahdollisuus uusia jompikumpi välikoe rästitenttitilaisuudessa 19.6.2023. Tähän uusintaan avautuu ilmoittautuminen Sisussa 22.5.2023 ja ilmoittautuminen on tehtävä viimeistään 12.6.2023. (Sisussa välikoeuusinta oli virheellisesti myös kurssin opetustapahtumana, joka on peruttu koska sitä ei kuulemma voitu poistaa. Oikea välikoeuusinta näkyy Sisussa erillisenä "Tenttinä".)

    • Täältä löydät tietoa kurssin käytännöistä ja suorituksesta.

    • page icon
      Ohjeita eri aktiviteetteihin Page
      Not available unless: You are a(n) Student

      Täältä löydät ohjeet kaikkien aktiviteettien tekemiseen. 

    • Tällä kysymyspalstalla voit kysyä mitä tahansa kurssiin liittyen: Onko jokin asia "Kurssin järjestelyt" -sivulla tai muissa ohjeissa epäselvä? Jäikö jokin asia vaivaamaan luennon jälkeen? Kysymyksiä laskuharjoitustehtävistä?

      Keskustelupalstan sisältö näkyy pelkästään kurssin osallistujille. (Jos et halua kopioita sähköpostiin, voit lopettaa tilauksen.)

    • Ilmoittaudu mihin laskuharjoitusryhmään haluat ensisijaisesti osallistua tämän ryhmävalinnan kautta. Ilmoittautuminen on auki 27.2. klo 9.00 alkaen. Muista päivittää valintasi jos vaihdat ryhmää! (Älä valitse ryhmää jos et aio osallistua.)

      Ryhmä Aika Paikka
      XXH1 to 8–10 TU1
      XXH2 to 10–12 TU1
      XXH3 to 12–14 TU1
      XXH4 to 14–16 TU1
      XXH5 to 16–18 TU7
      XXH6 pe 8–10 U4/U1
      XXH7 pe 10–12 U4/U1
      XXH8 pe 12–14 U4/U1
      XXH9SV  to 14–16  
      TU6 på svenska


      Ryhmän valinta pitäisi samalla vaikuttaa ryhmän näkyvyyteen MyCoursesin kalenterissa.

    • Kurssin tiedotuskanava. Tämä näkyy kaikille kirjautuneille käyttäjille.
  • Kurssin suoritukseen kuuluu kaksi välikoetta: to 20.4. klo 9.00–12.00 saleissa B ja C sekä ke 31.5. klo 9.00–12.00 salissa U2.

    Kurssilla on lisäksi yksi välikoeuusinta (Sisussa "Tentti" johon pitää ilmoittautua erikseen) ma 19.6. klo 16.30–19.30 salissa AS2. Tässä uusinnassa voit suorittaa puuttuva välikoe tai uusia huonosti mennyt välikoe.

    Uutta: Syyskuussa järjestetään ylimääräinen (ja tämän toteutuksen viimeinen) välikoeuusinta ma 11.9. klo 16:30–19:30 salissa TU2 samaan aikaan kuin muutamat muut ELECin rästitentit ja välikoeuusinnat. Muista ilmoittautua ajoissa!

    Välikoe 1 kattaa luentoviikkojen 1–6 aiheet ja välikoe 2 luentoviikkojen 7–10 aiheet. Kuten Kurssin toteutus -sivulla on kerrottu, kummassakin välikokeessa on yksi käsitteellinen tehtävä ja kaksi laskutehtävää. Molemmat välikokeet ovat pakollisia ja kummankin välikokeen hyväksyttyyn suoritukseen vaaditaan vähintään 20% kokeen maksimipistemäärästä.

    Ohjeet

    Ota välikokeeseen mukaan:

    • opiskelijakortti tai muu kuvallinen henkilötodistus (esim. henkilö- tai ajokortti)
    • kirjoitusvälineet (kynä, pyyhekumi, viivoitin,...)
    • käsin kirjoitettu A4-kokoinen (molemmat puolet) muistilappu/kaavakokoelma


    Kokeissa on sallittu edellä mainittu muistilappu, muttei muita omia papereita, oppikirjaa tai laskinta.

    Salijako ilmoitetaan MyCourses-uutisena ennen välikoetta.

    Kun saavut välikokeeseen, odota salin ulkopuolella, kunnes opiskelijat pyydetään saliin sisään. Saavu paikalle 15 minuuttia ennen kokeen alkua jotta saadaan koe alkamaan ajallaan. Salin pöydille on valmiiksi jaettu koepaperit. (Tehtävät löytyvät ruotsinkielellä tehtäväpaperin kääntöpuolelta.) Kun tulet saliin sisään, ota henkilötodistus, kirjoitusvälineet ja muistilappu mukaan, jätä laukkusi ja muut tavarat käytävälle, ja mene istumaan vapaalle paikalle, johon on jaettu koepaperit. Älä koske koepapereihin ennen kuin siihen on annettu lupa.

    Kun koe on julistettu alkaneeksi, voit avata koepaperit, ja alkaa tehdä koetta. Kokeesta saa poistua aikaisintaan 35 minuuttia kokeen nimellisen alkamisen jälkeen ja koe loppuu täsmälleen 3 tuntia todellisen alkamisen jälkeen. Tehtävät tulee tehdä yliopiston konseptipapereille, jotka on valmiiksi jaettu pöydille. Muista merkitä kaikkiin käyttämiisi konseptipapereihin nimesi ja opiskelijanumerosi niille osoitettuihin paikkoihin. Palauta kaikki konseptipaperit (myös tyhjät ja suttupaperit) salin eteen kokeen valvojalle, kun olet saanut kokeen tehtyä. Ruksi selvästi yli suttupaperit ja vastauspaperin kohdat joita et halua arvosteltavan. Tehtäväpaperin voit pitää. Varaudu todistamaan henkilöllisyytesi opiskelijakortin tai muun henkilötodistuksen avulla! Kirjaa myös nimesi osallistujalistaan. Jos kokeen palautuksessa on ruuhkaa, siirry jonoon odottamaan ilman keskustelua.

  • (27.2.–3.3.)

    Luennolla esitellään lyhyesti kurssin toteutus ja sisältö. Tarkempi kuvaus löytyy Kurssin toteutus -sivulla.

    Viikon keskeisimmät asiat ovat sähkövarauksen luonne, sähkövarauksien väliset voimat ja miten sähköinen voima liittyy sähkökenttään. Muita tärkeitä käsitteitä ovat varausten säilymislaki, johde ja eriste, sähköstaattinen induktio, sähkökentän kenttäviivat sekä sähködipoli.

    Keskeiset laskutehtävät ovat Coulombin lain soveltaminen ja varausjoukon/-jakauman kentän laskeminen (pistevarauksen kenttä sekä superpositioperiaate).

  • (6.–10.3.)

    Viikon ydinaines on sähkökentän vuo ja Gaussin laki sekä Gaussin lain soveltaminen.

    Gaussin lain avulla on mahdollista ratkaista sähkökenttä joissakin riittävän symmetrisissa tapauksissa. Lisäksi Gaussin lain avulla voidaan päätellä, että nettovaraus jakautuu johteen pinnalle. Yksi olennainen asia on oppia tunnistamaan milloin sähkökenttä on laskettavissa Gaussin lain avulla ja milloin sähkökenttä täytyy laskea pistevarausten summana tai integraalina.

  • (13.–17.3.)

    Viikon ydinaines on sähköpotentiaali ja miten se liittyy potentiaalienergiaan ja sähkökenttään. Potentiaalin voi laskea annetulle varausjakaumalle (tai esim. pistevarausjoukolle) tai annetulle kentälle. Toisaalta kenttä on potentiaalin negatiivinen gradientti.

  • (20.–24.3.)

    Luvussa 24 keskeiset käsitteet ovat kondensaattori, kapasitanssi ja kondensaattoriin varastoitunut energia sekä eristeet, eristevakio, permittiivisyys ja läpilyöntikestävyys. Ideaalinen levykondensaattori (eristeen kanssa) on yksinkertainen mutta varsin käyttökelpoinen malli jota käytetään monessa esimerkissä. Gaussin laki pätee edelleen, mutta sen soveltamisessa kannattaa erottaa vapaa ja sidottu varaus, josta sidottu varaus mallinnetaan eristevakion avulla.

    Luvussa 25 keskeiset käsitteet ovat virta, resistanssi ja virtapiiri sekä sähkömotorinen voima. Ohmin laki piirisuureille lienee tuttu ja tässä se määritellään myös sähkökentälle, virrantiheydelle ja resistiivisyydelle. Yksinkertaisen vastuksen resistanssi voidaan laskea resistiivisyyden ja geometrian avulla (vertaa sylinterivastus ja levykondensaattori). Sähkömotorinen voima (smv) lienee viikon käsitteellisesti hankalin asia. Oikeassa smv:n lähteessä on aina sisäinen resistanssi joka pienentää napajännitettä, kun virta kulkee lähteen läpi. [Sisäisen resistanssin olemuksesta löytyy lisätietoja esim erään tunnetun paristovalmistajan dokumentaatiosta.]

  • (27.–31.3.)

    Liikkuva sähkövaraus (ja virta) synnyttää magneettikentän ja toisaalta magneettikentässä liikkuvaan varaukseen ja virtaan kohdistuu magneettinen voima. Tällä viikolla tutustutaan magneettikenttään ja magneettiseen voimaan, kun ulkoinen magneettikenttä on annettu.

    Viikon ydinasiat ovat magneettikenttä (käsitteenä) ja magneettinen voima joka kohdistuu liikkuvaan varaukseen tai virtajohtoon. Lisäksi tutustutaan magneettidipoliin, Hallin ilmiöön ja muutamiin sovelluksiin.

  • (3.–14.4. sisältäen pääsiäisloman, eli viikon tauon luentojen ja laskareiden välillä)

    Viikon ydinasia on liikkuvan varauksen ja erityisesti virran aiheuttama magneettikenttä. Magneettikentän laskemiseen on tarjolla yleispätevä Biot–Savartin laki ja sopivan symmetrisessä tapauksessa helpompi lävistyslaki eli [integraalimuotoinen] Ampèren laki. Suoran virtalangan magneettikentän suuruus ja suunta kannattaa muistaa.

    Magnetoitumiseen liittyvät käsitteet diamagneettinen, paramagneettinen ja ferromagneettinen aine käsitellään myös, mutta Bohrin magnetoni jää pois.

  • (24.–28.4)

    Viikon ydinasia on sähkömagneettinen induktio: muuttuva magneettivuo indusoi Faradayn lain mukaan sähkömotorisen voiman (smv), joka puolestaan voi synnyttää virran. Indusoituneen smv:n ja virran suunnan voi myös päätellä Lenzin lain avulla. Kun virtapiirin osa liikkuu, tilannetta on usein hyödyllistä käsitellä liike-smv:n avulla.

    Viikon muita keskeisiä käsitteitä ovat pyörrevirrat, siirrosvirta ja induktanssi sekä sovellusten kannalta tärkeät kelat ja muuntajat.

    Siirrosvirralla täydennettyä Ampèren lakia tarvitaan seuraavalla viikolla.

  • (2.–5.5.)

    Luentoviikon ydinaineena on sähkömagneettiset tasoaallot. Tasoaaltoratkaisu johdetaan aluksi askeltasoaallon avulla, mutta sinimuotoinen tasoaalto on paljon hyödyllisempi malli esim. radioaalloille tai valolle. Tasoaaltojen perusominaisuudet (mm. etenemisnopeus ja vektorisuunnat) ja sinimuotoiseen tasoaaltoon liittyvät käsitteet (aallonpituus, taajuus, aaltoluku jne.) on syytä osata tämä viikon jälkeen.

    Luennot pohjautuvat Young & Freedmanin kirjan lukuun 32.

  • (8.–12.5.)

    Tällä viikolla tutustutaan valon luonteeseen ja etenemiseen (käsittely pätee sopivin oletuksin sähkömagneettisille aalloille yleensä). Valosäteen tai tasoaallon käyttäytyminen kahden aineen tasorajapinnassa (heijastuminen ja taittuminen) on viikon keskeisin aihe, joka luo pohjan geometrisen optiikan teorialle. Dispersio ja polarisaatio ovat myös tärkeitä käsitteitä.

    Miksi taivas ei ole violetti? Katso explain xkcd / 1145: Sky Color ja siellä erityisesti neljännen kappaleen kaksi jälkimmäistä linkkiä.

  • (15.–19.5. mutta helatorstaina ei ole opetusta)

    Tällä viikolla käsitellään ns. fysikaalista optiikkaa jossa valon aaltoluonne on keskeisessä roolissa. Viikon molemmat ydinaiheet interferenssi (YF 35) ja diffraktio (YF 36) liittyvät kahden tai useamman koherentin aallon yhteisvaikutukseen. Molemmissa tapauksissa aaltojen matkaerosta syntyvä vaihe-ero on keskeinen asia ilmiöiden ymmärtämiseen. Heijastuksissa voi lisäksi syntyä suhteellinen puolenaallon vaihesiirto.

  • (22.–26.5.)

    Jäikö jonkin viikon tehtävät tekemättä? Näillä rästitehtävillä voit kerätä 12 bonuspistettä, eli saman verran kuin tavallisen luentoviikon tehtävillä.