Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

13-02-2014_08-51-17 / ИМиТ_Коллоквиум 3, 4

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
27.05.2015
Размер:
266.96 Кб
Скачать

Коллоквиум № 3 по теме: «Электростатика. Электрическое поле в вакууме и веществе. Диэлектрики»

(вопросы, помеченные *, изучаются самостоятельно с обязательным наличием конспекта)

Постоянное электрическое поле в вакууме

1.Виды фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное взаимодействие. Элементарный электрический заряд. Электрический заряд, его свойства. Закон сохранения электрического заряда. *Опыт Иоффе-Милликена по измерению элементарного электрического заряда. Взаимодействие двух точечных зарядов. Закон Кулона в векторной и скалярной формах. *Центральное электрическое поле консервативных сил. *Взаимодействие заряженных тел. *Сила взаимодействия между заряженными телами. Принцип суперпозиции сил Кулона. Пробный электрический заряд. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Графическое изображение электрического поля. Силовые линии поля и правило их направление для электрического поля, созданного положительным и отрицательным зарядом в произвольной точке пространства. Принцип суперпозиции для напряженности электрического поля.

2.Прикладные задачи электростатики. Поток вектора напряженности электрического поля через плоскую площадку. Поток вектора напряженности электрического поля через произвольную замкнутую поверхность. Теорема Остроградского-Гаусса в интегральной форме. Физический смысл теоремы. Напряженность электрического поля точечного заряда, равномерно зараженной сферы, *равномерно объемно заряженного шара, линейно заряженной нити, *объемно заряженного цилиндра, бесконечной равномерно заряженной плоскости, двух разноименно заряженных плоскостей (конденсатора). Графики зависимости напряженности электростатического поля от расстояния от источников поля (точечный заряд, равномерно зараженная сфера, *равномерно объемно заряженный шар, линейно заряженная нить, *объемно заряженный цилиндр, бесконечная равномерно заряженная плоскость, две разноименно заряженные плоскости).

3.Потенцильный характер электростатического поля. Работа сил постоянного электрического поля по перемещению заряда. Циркуляция вектора напряженности электрического поля. *Свойства циркуляции. *Аддитивность циркуляции. Потенциал электрического поля. Принцип суперпозиции полей для потенциала. Связь напряженности поля и потенциала. Градиент потенциала. Представление связи в проекциях на оси координат. Связь работы электрического поля и разности потенциалов. Эквипотенциальные поверхности. Ортогональность эквипотенциальных поверхностей и силовых линий электрического поля. Потенциал электрического поля точечного заряда, равномерно заряженной сферы, бесконечной линейно заряженной нити, бесконечной равномерно заряженной плоскости, двух разноименно заряженных плоскостей (конденсатора), равномерно объемно заряженного шара, объемно заряженного цилиндра. Графики зависимости потенциала электростатического поля от расстояния от источников поля (точечный заряд, равномерно зараженная сфера, равномерно объемно заряженный

шар, линейно заряженная нить, *объемно заряженный цилиндр, бесконечная равномерно заряженная плоскость, две разноименно заряженные плоскости).

*4.Энергия системы дискретно и непрерывно распределенных в пространстве электрических зарядов. Связь энергии с потенциалом и напряженностью электрического поля. Энергия электрического поля. Плотность энергии электрического поля. Энергия электрического поля, создаваемого заряженным шаром.

*5.Электрический диполь. Электрический дипольный момент. Электрическое поле точечного диполя. Мультиполи.

6.Проводники. Распределение зарядов в изолированном проводнике. Индуцированные заряды. Свободные и связанные электрические заряды. Электростатическая индукция. Вектор электрического смещения. Эффект экранирования. Поток вектора электрического смещения. Связь между вектором напряженности и вектором электрического смещения. Теорема Остроградского-Гаусса для вектора электрического смещения в интегральной форме. Ее физический смысл. *Электрическое смещение для поля точечного заряда, равномерно зараженной сферы, равномерно объемно заряженного шара, линейно заряженной нити, объемно заряженного цилиндра, бесконечной равномерно заряженной плоскости, двух разноименно заряженных плоскостей (конденсатора). Принцип суперпозиции полей для вектора электрического смещения. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Электрическая емкость заряженного уединенного проводника. Конденсаторы. Емкость конденсатора. Плоский конденсатор. Емкость плоского конденсатора. Плотность энергии. *Электрическая емкость, плотность энергии и энергия поля шарового и цилиндрического конденсаторов. Соединение конденсаторов. *Взаимная электрическая емкость. *Электрическое поле точечного заряда, расположенного около заземленной плоскости.

Постоянное электрическое поле в веществе

*1.Полярные и неполярные молекулы. Электрический момент молекулы. Диэлектрики с неполярными и полярными молекулами, кристаллические диэлектрики. Упругий и жесткий диполи. Упругая поляризация ионного или электронного смещения, ориентационная (дипольная) поляризация, спонтанная поляризация. Влияние внешнего электрического поля и хаотического теплового движения дипольных молекул на состояние и ориентацию диполей. Энергия диполя во внешнем электрическом поле. Момент сил, действующих на диполь. Диполь в неоднородном электрическом поле. Условия равновесия диполя.

*2.Поляризация диэлектрика. Поляризованность - вектор поляризации. Диэлектрическая восприимчивость вещества диэлектрика. Связь диэлектрической проницаемости и диэлектрической восприимчивости. Связь вектора поляризации с вектором напряженности электрического поля и вектором электрического смещения. Связь электрического дипольного момента и поляризуемости молекулы. Связь диэлектрической восприимчивости с поляризуемостью молекул и их концентрацией. Связь диэлектрической проницаемости с поляризуемостью и концентрацией молекул для неполярных (уравнение Клаузиуса – Мосотти) и с поляризуемостью, концентрацией молекул и температурой для полярных (уравнение Дебая – Ланжевена) диэлектриков.

Зависимость поляризуемости от концентрации молекул. Зависимость поляризованности от напряженности внешнего электрического поля для полярных и неполярных диэлектриков в слабых и сильных полях. Зависимость поляризованности, диэлектрической проницаемости, восприимчивости и напряженности поля в диэлектрике от температуры для неполярных и полярных диэлектриков. Графики зависимостей.

*3.Электрическое поле диполя в произвольной точке пространства, на оси диполя, на оси симметрии диполя, проходящей через «центр тяжести» диполя.

*4.Граничные условия для электрического поля на границе двух диэлектриков.

*5.Специальные классы диэлектриков. Сегнетоэлектрики. Домены - области самопроизвольной поляризуемости. Зависимость вектора поляризации от напряженности электрического поля. Явление диэлектрического гистерезиса. Коэрцитивная сила. Остаточная поляризованность. Температура Кюри. Закон Кюри-Вейса. Поведение сегнетоэлектрика ниже и выше температуры Кюри. Зависимость поляризованности от напряженности внешнего электрического поля для сегнетоэлектриков. Зависимость поляризованности, напряженности электрического поля в диэлектрике, диэлектрической проницаемости и восприимчивости от температуры для сегнетоэлектриков. Графики зависимости диэлектрической проницаемости от напряженности внешнего электрического поля и температуры сегнетоэлектриков. Пьезоэлектричество. Прямой и обратный пьезоэффект. Электрострикция. Пироэлектричество. Электрокалорический эффект.

Коллоквиум № 4 по теме: «*Постоянный электрический ток»

(вопросы, помеченные *, изучаются самостоятельно с обязательным наличием конспекта)

1.Ток проводимости, конвекционный ток, ток смещения. Линии тока. Вектор плотности тока. Сила тока. Полный электрический заряд. Зависимость силы тока от времени и ее математический смысл. Скорость дрейфа и хаотического движения заряженных частиц в электрическом поле. Закон сохранения заряда. Поток вектора плотности электрического тока. Проводимость вещества, удельная проводимость вещества. Сопротивление, удельное сопротивление. Геометрический смысл сопротивления. Температурная зависимость сопротивления и удельного сопротивления. График зависимости. Закон Ома для участка цепи в интегральной и дифференциальной формах.

2.Сторонние силы. Работа сторонних сил при переносе носителей тока. Электродвижущая сила. Напряжение на неоднородном участке цепи. Работа результирующей силы на неоднородном участке цепи. Закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной и дифференциальной формах. Закон Ома для полной цепи. Ток короткого замыкания.

3.Разветвленные цепи. Законы Кирхгофа и их применение. Правила Кирхгофа. Метод компенсации для точного измерения ЭДС. Мостик Уитстона. Шунты к амперметру и добавочные сопротивления к вольтметру.

4.Расчет сопротивления соединения проводников методом эквивалентного замещения. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Мощность тока. Мощность тока при параллельном и последовательном соединении сопротивлений. Зависимость силы тока и мощности от времени. Закон Джоуля-Ленца для замкнутого участка цепи с ЭДС. КПД источника тока. Максимальные ток, полная мощность, полезная мощность и КПД. Анализ зависимости силы тока, мощности и КПД от внутреннего сопротивления источника ЭДС и внешнего сопротивления. Графики зависимостей. Свойства электрической цепи.

5.Уравнения непрерывности и стационарности электрического тока в интегральной форме.

6.Цепь, состоящая из конденсатора и проводника. Переходные процессы в цепях. Зависимость от времени тока в цепи, напряжения и заряда на конденсаторе. Время релаксации.