Передмова

Вивчення дисципліни «Фізика» для спеціальності “Обладнання харчових та переробних виробництв” в університеті економіки і торгівлі відбувається протягом трьох семестрів на денному, та двох семестрів на заочному відділенні. При цьому аудиторні заняття передбачають лекційні та лабораторні заняття. Практичні ж заняття не передбачені зовсім. Впровадження кредитно-модульної системи організації навчального процесу приводить до змін у навчальних робочих планах вивчення дисципліни. За останні роки аудиторне навчальне навантаження на студентів невпинно зменшується, що веде до зростання ролі їх самостійної роботи. Тому видання цього методичного посібника допоможе самостійно опановувати курс загальної фізики як студентам інженерних спеціальностей денної, так і заочної форми навчання. Цей посібник може бути застосований як при тестуванні студентів при проведенні модульного або ректорського контролю знань, так і для підготовки до виконання лабораторних робіт та їх захисту, а також для контролю та самоконтролю знань у вигляді контрольних робіт.

Мета і завдання дисципліни, її місце у навчальному процесі

Дисципліна «фізика» разом із курсами вищої математики, хімії та інформатики складають основу теоретичної підготовки фахівців інженерного профілю вищих навчальних закладів – тобто, ту фундаментальну базу, без якої неможливе повноцінне вивчення дисциплін циклу професійної та практичної підготовки майбутніх інженерів-механіків. Потреба вивчення фізики студентами цієї спеціальності обумовлена все більшим застосуванням фізичних методів та приладів у різних галузях харчового виробництва, саме тому сучасному фахівцю-механіку необхідно мати належну фізико-технічну підготовку.

Внаслідок вивчення дисципліни «Фізика» студенти повинні знати:

• основні фізичні величини, одиниці їх вимірювань, основи теорії похибок та правила оброблення результатів вимірювань;

• фундаментальні поняття і теорії класичної та сучасної фізики з тим, щоб ефективно опанувати спеціальні навчальні дисципліни та використати знання фізичних закономірностей у майбутній роботі;

• методи розв'язування практичних фізичних задач та проблем;

• принципи дії приладів, в тому числі електронно-обчислювальної апаратури;

Студенти повинні уміти:

• проводити математичну і статистичну обробку результатів вимірювань;

• користуючись фізичними положеннями, законами і теоріями, застосовувати набуті теоретичні та практичні знання для вивчення спеціальних дисциплін та в майбутній роботі за спеціальністю;

• пояснювати фізичні процеси та явища, які відбуваються під час роботи різного роду механізмів, що використовуються у практичній діяльності;

• застосовувати сучасні фізичні методи і прилади на практиці.

Таким чином, основною метою дисципліни «Фізика» є послідовне вивчення студентами основних законів і положень фізики для пізнання загальних закономірностей явищ природи; використання даних законів у оперативному розв'язанні проблем; освітлення можливих прикладних застосувань фізичних методів і приладів у практичній діяльності фахівця інженерного профілю. Надані у посібнику тестові завдання, допомагають кращому засвоєнню знань та досягненню цієї мети.

Зміст модулю № 3 «ОСНОВИ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ»

Розділ 3.1.Електростатика. Речовина у електричному полі.

Взаємодія електричних зарядів. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона. Електростатичне поле, його характеристики та зв’язок між ними. Графічне зображення електростатичних полів. Принцип суперпозиції. Потік вектора напруженості. Теорема Остроградського-Гауса та її застосування. Діелектрики, провідники, напівпровідники. Види діелектриків. Поляризація діелектриків. Електричне поле у діелектриках. Вектор електричного зміщення. Сегнетоелектрики. П’єзоелектрич-ний ефект. Статична електрика. Провідники у електричному полі. Розподіл зарядів у провідниках. Електроємність відокремленого провідника. Енергія зарядженого провідника. Конденсатори. Електроємність конденсаторів. З'єднання конденсаторів. Енергія зарядженого конденсатора. Енергія електричного поля. Об'ємна густина енергії електричного поля.

Розділ 3.2. Закони постійного струму.

Постійний електричний струм і його характеристики. Класична теорія провідності металів і її дослідне обгрунтування. Закони Ома та Джоуля-Ленца у диференціальній формі. Закон Відемана-Франца. Різниця потенціалів і напруга. ЕРС джерела струму. Узагальнений закон Ома у інтегральній формі, межа його придатності. Закон Джоуля–Ленца у інтегральній формі. Струм у газах. Плазма. Робота виходу електронів з металу. Контактні і термоелектричні явища. Термопари. Термоелектронна емісія. Вакуумні електронні прилади, їх будова принцип дії і застосування.

Розділ 3.3. Електромагнетизм. Електромагнітна індукція.

Матеріальність магнітного поля. Дослід Ерстеда. Магнітна індукція. Магнітні силові лінії. Закон Біо-Савара-Лапласа і його застосування до розрахунку магнітних полів прямолінійного та кільцевого струмів. Вихровий характер магнітного поля. Дія магнітного поля на провідник із струмом. Сила Ампера. Напруженість магнітного поля. Рух заряджених частинок у магнітному полі. Сила Лоренца. Релятивістське тлумачення взаємодії провідника зі струмом і рухомого заряду. Рух заряджених частинок у електричному і магнітному полях. Ефект Холла. МГД-генератор. Дія магнітного поля на контур зі струмом. Магнітний момент контуру зі струмом. Теорема Остроградського-Гауса для магнітної індукції. Робота переміщення провідника зі струмом у магнітному полі.

Явище електромагнітної індукції. Досліди Фарадея. Основний закон електромагнітної індукції. Закон Фарадея. Правило Ленца. Електронний механізм електромагнітної індукції. Явища само- і взаємоіндукції. Індуктивність соленоїда. Тран-сформатори та їх використання. Енергія провідника зі струмом. Об'ємна густина енергії магнітного поля. Магнітні моменти електрона, атома. Магнітні властивості речовини. Типи магнетиків та їх природа. Природа діа- та парамагнетизму. Феромагнетизм. Використання феромагнетиків у науці та техніці. Магнітний гістерезис. Магнетики у зовнішньому магнітному полі. Поняття про ферити. Основи електромагнітної теорії Максвелла. Вихрове електричне поле. Струм зсуву. Рівняння Максвелла у інтегральній формі для електромагнітного поля. Відносний характер електричної і магнітної складових електромагнітного поля.