- •Часть II. Электричество и магнетизм.
- •Цель обучения
- •Содержание лекционного курса «Электричество и магнетизм» Семестр 3
- •Раздел 1. Электростатика /1а, 1б, 2б, 3б, 4б, 6б, 7б/
- •1.1. Предмет классической электродинамики. Электрическое поле. Напряженность электрического поля.
- •1.2. Основные уравнения электростатики в вакууме.
- •1.3. Электростатическое поле в диэлектриках.
- •1.4. Проводники в электростатическом поле. Конденсаторы. Энергия электрического поля.
- •Раздел 2. Постоянный электрический ток /1а, 1б, 2б, 3б, 4б, 6б, 7б/
- •2.1. Постоянный электрический ток.
- •2.2. Основы классической теории электропроводности металлов.
- •2.3. Электрический ток в различных средах.
- •Раздел 3. Магнитное поле постоянного тока. /1а, 1б, 2б, 3б, 4б, 7б, 8б/
- •Раздел 4. Квазистационарные электромагнитные поля. Электромагнитные колебания и волны /2а, 1б, 2б, 3б, 5б, 7б, 8б/
- •4.4. Общие свойства и характеристики волновых процессов.
- •Лекция 1 Предмет классической электродинамики. Электрическое поле. Напряженность электрического поля.
- •1. Электростатика
- •1.1. Электрические заряды. Способы получения зарядов. Закон сохранения электрического заряда.
- •1.2. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона. Применение закона Кулона для расчета сил взаимодействия протяженных заряженных тел.
- •1.3. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.
- •Лекция 2 Основные уравнения электростатики в вакууме.
- •1.4. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса.
- •Применение теоремы Гаусса для расчета электрических полей.
- •Работа сил поля по перемещению заряда. Потенциал и разность потенциалов электрического поля.
- •1.7. Связь между напряженностью и потенциалом электрического поля. Градиент потенциала. Теорема о циркуляции электрического поля.
- •1.8. Эквипотенциальные линии и поверхности и их свойства.
- •1.9. Потенциалы простейших электрических полей.
- •Лекция 3 Электростатическое поле в диэлектриках.
- •1.10. Поляризация диэлектриков. Свободные и связанные заряды. Основные виды поляризации диэлектриков.
- •2) Деформационная или электронная поляризация (неполярные диэлектрики).
- •3) Ионная поляризация (кристаллы).
- •4) Сегнетоэлектрики и пироэлектрики.
- •1.11. Вектор поляризации и вектор электрической индукции.
- •1.12. Напряженность электрического поля в диэлектрике.
- •Лекция 4 Проводники в электростатическом поле. Конденсаторы. Энергия электрического поля.
- •1 .15. Равновесное распределение зарядов на проводниках.
- •1.16. Электроемкость проводников. Конденсаторы.
- •1.17. Вычисление емкости простых конденсаторов.
- •1.18. Соединение конденсаторов.
- •1) Последовательное соединение.
- •2) Параллельное соединение.
- •1.19. Энергия системы неподвижных точечных зарядов.
- •1.20. Энергия заряженного проводника и заряженного конденсатора.
- •1.21. Энергия электростатического поля.
- •Лекция 5
- •2. Постоянный электрический ток
- •2.1. Характеристики тока. Сила и плотность тока. Падение потенциала вдоль проводника с током.
- •2.2. Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление проводников.
- •2.3. Дифференциальная форма закона Ома.
- •2.4. Сторонние силы. Эдс источника тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи.
- •Напряжение на зажимах источника тока.
- •2.6. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
- •2.8. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца.
- •2.9. Кпд источника тока.
- •Лекция 6 Основы классической теории электропроводности металлов.
- •2.10. Природа носителей тока в металлах.
- •2.11. Основные положения классической электронной теории проводимости металлов Друде – Лоренца.
- •2.12. Вывод законов Ома, Джоуля-Ленца и Видемана-Франца на основе теории Друде-Лоренца.
- •2.13. Затруднения классической теории электропроводности металлов. Сверхпроводимость металлов. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости.
- •Лекция 7 Электрический ток в различных средах.
- •2.14. Электрический ток в электролитах. Законы электролиза Фарадея.
- •2.15. Электропроводность газов. Основные виды газового разряда. Плазма.
- •2.16. Электрический ток в вакууме. Работа выхода электрона из металла. Явление термоэлектронной эмиссии.
- •Лекция 8
- •3. Магнитостатика
- •Постоянное магнитное поле.
- •3.1. Взаимодействие проводников с током. Закон Ампера.
- •3.2. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей.
- •Лекция 9 Контур с током в магнитном поле.
- •3.4. Магнитный момент тока.
- •3.5. Магнитное поле на оси кругового витка с током.
- •3.6. Момент сил, действующих на контур с током в магнитном поле.
- •3.7. Энергия контура с током в магнитном поле.
- •3.8. Контур с током в неоднородном магнитном поле.
- •3.9. Работа, совершаемая при перемещении контура с током в магнитном поле.
- •Лекция 10 Основные уравнения магнитостатики в вакууме.
- •3.10. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса в магнитостатике. Вихревой характер магнитного поля.
- •3.11. Теорема о циркуляции магнитного поля. Магнитное напряжение.
- •3.12. Магнитное поле соленоида и тороида.
- •1) Магнитное поле на оси прямого длинного соленоида.
- •2) Магнитное поле на оси тороида.
2.2. Основы классической теории электропроводности металлов.
Открытие электрона. Природа носителей тока в металлах. Основные положения классической электронной теории проводимости металлов Друде-Лоренца. Вывод законов Ома, Джоуля - Ленца и Видемана - Франца на основе классической теории электропроводности металлов. Электрическое сопротивление металлов. Затруднения классической теории. Открытие явления сверхпроводимости металлов. Открытие явления высокотемпературной сверхпроводимости диэлектриков (керамик).
2.3. Электрический ток в различных средах.
Электропроводность газов. Процессы ионизации и рекомбинации. Газовый разряд, основные виды газового разряда. Понятие о плазме. Природа носителей заряда в электролитах. Закон Ома для электролитов. Законы электролиза Фарадея. Применение электролиза в металлургии, других технологических процессах. Электрический ток в вакууме. Явление термоэлектронной эмиссии. Работа выхода электрона из металла. Закон Богуславского – Лэнгмюра. Формула Ричардсона. Электронные лампы.
Раздел 3. Магнитное поле постоянного тока. /1а, 1б, 2б, 3б, 4б, 7б, 8б/
(12 часов)
3.1. Магнитное поле.
Взаимодействие элементов тока. Закон Ампера. Магнитное поле. Напряженность магнитного поля в вакууме. Магнитная индукция. Единицы измерения. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей. Магнитное поле кругового витка с током и прямолинейного отрезка проводника с током. Собственное магнитное поле движущегося заряда.
3.2. Контур с током в постоянном магнитном поле.
Магнитный момент контура с током. Момент сил, действующий на контур с током в магнитном поле. Энергия контура с током в магнитном поле. Работа перемещения проводника с током в постоянном магнитном поле.
3.3. Основные уравнения магнитостатики в вакууме.
Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля. Соленоидальность магнитного поля. Представление о монополе Дирака. Теорема о циркуляции магнитного поля в вакууме. Напряженность магнитного поля внутри прямого длинного соленоида и тороида.
3.4. Магнитное поле в веществе.
Намагничивание вещества. Молекулярные токи Ампера. Вектор намагниченности. Вектор напряженности магнитного поля в веществе. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества. Граничные условия на поверхности раздела двух магнетиков.
3.5. Основы электронной теории магнетизма.
Магнитные моменты атомов и молекул. Орбитальный магнитный момент электрона. Теорема Лармора. Природа диа- и парамагнетизма. Элементы теории ферромагнетизма. Точка Кюри. Закон Кюри - Вейсса. Доменная структура. Техническая кривая намагничивания ферромагнетиков. Квантовая природа ферромагнетизма. Ферри- и антиферромагнетики. Эффект Мейснера.
3.6. Движение заряженных частиц в постоянных электрическом и магнитном полях.
Отклонение заряженных частиц электрическим и магнитным полями. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в однородном постоянном магнитном поле. Масс-спектро-граф. Ускорители заряженных частиц. Эффект Холла.