3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Курский государственный технический университет

В.М. Полунин, Г.Т. Сычев

ФИЗИКА

Электростатика.

Постоянный электрический ток

Конспект лекций

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве конспекта лекций

Курск 2003

УДК 531/534

ББК В21

П 53

Рецензенты:

Доктор физико-математических наук, зав. кафедрой Т и ЭФ КГТУ, профессор А.А. Родионов

Кандидат физико-математических наук, зав. кафедрой общей физики КГУ Ю.А. Неручев

Кандидат технических наук, зав. кафедрой физики КСХА Д.И. Якиревич

Полунин В.М., Сычев Г.Т.

Физика. Электростатика. Постоянный электрический ток: Конспект лекций /Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2003. 196 с.

Конспект лекций составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта-2000, Примерной программы дисциплины «Физика» (2000 г.) и рабочей программы по физике для студентов инженерно-технических специальностей КГТУ (2000 г.).

Изложение материала в данной работе предусматривает знание студентами физики и математики в объеме школьной программы, большое внимание уделено трудным для понимания вопросам, что облегчает студентам процесс подготовки к экзамену.

Конспект лекций по электростатике и постоянному электрическому току предназначен для студентов инженерно-технических специальностей всех форм обучения.

Ил. 96. Библиогр.: 11 назв.

УДК 531/534

ББК В21

П53

 Курский государственный технический университет, 2003

 Полунин В.М., Сычев Г.Т., 2003

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОТ АВТОРОВ 5

Введение 7

Лекция 1. Электростатика в вакууме и веществе. Электрическое поле 12

1.1. Предмет классической электродинамики 12

1.2. Электрический заряд и его дискретность. Теория близкодействия 13

1.3. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей 16

1.4. Поток вектора напряженности электростатического поля 22

1.5. Теорема Остроградского-Гаусса для электрического поля в вакууме 24

1.6. Работа электрического поля по перемещению электрического заряда. Циркуляция вектора напряженности электрического поля 25

1.7. Энергия электрического заряда в электрическом поле 26

1.8. Потенциал и разность потенциалов электрического поля. Связь напряженности электрического поля с его потенциалом 27

1.9. Эквипотенциальные поверхности 30

1.10. Основные уравнения электростатики в вакууме 31

1.11. Некоторые примеры электрических полей, порождаемых простейшими системами электрических зарядов 32

Лекция 2. Проводники в электрическом поле 41

2.1. Проводники и их классификация 41

2.2. Электростатическое поле в полости идеального проводника и у его поверхности. Электростатическая защита. Распределение зарядов в объеме проводника и по его поверхности 42

2.3. Электроемкость уединенного проводника и ее физический смысл 45

2.4. Конденсаторы и их емкость 46

2.5. Соединения конденсаторов 49

2.6. Классификация конденсаторов 53

Лекция 3. Статическое электрическое поле в веществе 54

3.1. Диэлектрики. Полярные и неполярные молекулы. Диполь в однородном и неоднородном электрических полях 54

3.2. Свободные и связанные (поляризационные) заряды в диэлектриках. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации (поляризованность) 57

3.3. Поле в диэлектриках. Электрическое смещение. Диэлектрическая восприимчивость вещества. Относительная диэлектрическая проницаемость среды. Теорема Остроградского-Гаусса для потока вектора индукции электрического поля 60

3.4. Условия на границе раздела двух диэлектриков 62

3.5. Электрострикция. Пьезоэлектрический эффект. Сегнетоэлектрики, их свойства и применение. Электрокалорический эффект 64

3.6. Основные уравнения электростатики диэлектриков 71

Лекция 4. Энергия электрического поля 74

4.1. Энергия взаимодействия электрических зарядов 74

4.2. Энергия заряженных проводников, диполя во внешнем электрическом поле, диэлектрического тела во внешнем электрическом поле, заряженного конденсатора 76

4.3. Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии электрического поля 79

4.4. Силы, действующие на макроскопические заряженные тела, помещенные в электрическое поле 81

Лекция 5. Постоянный электрический ток 82

5.1. Постоянный электрический ток. Основные действия и условия существования постоянного тока 82

5.2. Основные характеристики постоянного электрического тока: величина /сила/ тока, плотность тока. Сторонние силы 83

5.3. Электродвижущая сила (ЭДС), напряжение и разность потенциалов. Их физический смысл. Связь между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов 88

Лекция 6. Классическая электронная теория проводимости металлов. Законы постоянного тока 90

6.1. Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее опытные обоснования. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах 90

6.2. Электрическое сопротивление проводников. Изменение сопротивления проводников от температуры и давления. Сверхпроводимость 96

6.3. Соединения сопротивлений: последовательное, параллельное, смешанное. Шунтирование электроизмерительных приборов. Добавочные сопротивления к электроизмерительным приборам 101

6.4. Правила (законы) Кирхгофа и их применение к расчету простейших электрических цепей 106

6.5. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной формах 108

6.6. Энергия, выделяющаяся в цепи постоянного тока. Коэффициент полезного действия (КПД) источника постоянного тока 109

Лекция 7. Электрический ток в вакууме, газах и жидкостях 112

7.1. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия 112

7.2. Вторичная и автоэлектронная эмиссия 119

7.3. Электрический ток в газе. Процессы ионизации и рекомбинации 121

7.4. Понятие о плазме. Плазменная частота. Дебаевская длина. Электропроводность плазмы 138

7.5. Электролиты. Электролиз. Законы электролиза 145

7.6. Электрохимические потенциалы 147

7.7. Электрический ток через электролиты. Закон Ома для электролитов 149

Лекция 8. Электроны в кристаллах 158

8.1. Квантовая теория электропроводности металлов. Уровень Ферми. Элементы зонной теории кристаллов 158

8.2. Явление сверхпроводимости с точки зрения теории Ферми-Дирака 167

8.3. Электропроводность полупроводников. Понятие о дырочной проводимости. Собственные и примесные полупроводники. Понятие о p-n – переходе 168

8.4. Электромагнитные явления на границе раздела сред 176

заключение 191

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 193