ПРОГРАММА общего курса физики - III семестр (II курс)

ПРОГРАММА общего курса физики - III семестр (II курс)
"Электричество и магнетизм"
Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Дискретность заряда. Закон сохранения заряда.
Напряженность электростатического поля Е произвольного распределения зарядов. Поток вектора Е.
Линии поля Е. Электростатическая теорема Гаусса. Теорема Ирншоу.
Работа по перемещению заряда во внешнем электростатическом поле. Потенциальность
кулоновских сил. Теорема о циркуляции поля Е. Потенциальная энергия заряда в электростатическом
поле, Потенциал поля точечного заряда. Потенциал произвольного распределения зарядов.
Связь потенциала электростатического поля с напряженностью. Дифференциальная форма
электростатической теоремы Гаусса и теоремы о циркуляции поля Е. Уравнения Лапласа и
Пуассона. Скачок электростатического поля Е при переходе через заряженную поверхность.
Электрическое поле симметричных распределений зарядов. Электрическое поле шара с
постоянной плотностью заряда. Электрическое поле длинного цилиндра с постоянной плотностью
заряда. Электрическое поле плоского слоя с постоянной плотностью заряда.
Проводники в электростатическом поле. Поле Е над поверхностью проводника. Краевая задача
электростатики: задача Дирихле, задача Неймана, краевая задача с проводниками. Единственность
решения краевой задачи электростатики. Экранирование электростатического поля проводником.
Метод изображений.
Электроемкость. Емкость уединенного проводника, емкость конденсатора. Плоский,
цилиндрический и сферический конденсаторы, их емкость. Электрическая емкость параллельного и
последовательного соединения конденсаторов.
Энергия взаимодействия неподвижных зарядов в вакууме. Энергия электростатического поля.
Объемная плотность энергии. Энергия поля конденсатора.
Дипольный момент распределения зарядов. Простейший электрический диполь. Потенциал и
напряженность поля диполя. Сила и момент сил, действующих на диполь в электрическом поле.
Энергия жесткого электрического диполя во внешнем поле.
Поляризация диэлектриков во внешнем электростатическом поле. Связь поляризации среды с
распределением связанных зарядов. Два способа вычисления электрического поля, создаваемого
поляризованным диэлектриком.
Вектор электрического смещения D. Уравнения электростатического поля в диэлектриках (для
полей Е и D) в дифференциальной, интегральной форме и для границы раздела двух сред.
Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость среды.
Точечный заряд, расположенный в центре диэлектрического шара, создаваемое им
электрическое поле и его потенциал. Электрическое поле заряженной нити, расположенной по оси
диэлектрического цилиндра. Емкость плоского конденсатора, заполненного двумя слоями
диэлектрика.
Энергия взаимодействия зарядов в присутствии линейных диэлектриков. Энергия
электростатического поля в диэлектриках, объемная плотность энергии.
Электрические силы в диэлектриках. Приближенное (простейшее) выражение для объемной
плотности сил.
Электрическое поле в центре однородно поляризованного шара. Поляризация неполярных
газообразных диэлектриков. Формула Клаузиуса - Моссотти.
Поляризация полярных газообразных диэлектриков.
Пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэлектрики.
Постоянный электрический ток. Сила тока, плотность тока, поверхностная плотность тока.
Уравнение неразрывности как следствие закона сохранения заряда. Закон Ома в
дифференциальной и интегральной формах. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Закон Ома с
учетом сторонних сил.
Уравнения Кирхгофа. Закон Джоуля - Ленца в дифференциальной и интегральной формах.
Закон Джоуля — Ленца для участка цепи с учетом э.д.с.
Эффект Пельтье, эффект Томсона, термопара.
Постоянное магнитное поле. Сила Ампера. Сила Лоренца. Закон Био - Савара - Лапласа. Магнитное
поле прямого провода с током.
Векторный потенциал А магнитного поля. Связь А и В. Уравнение Пуассона для поля А.
Дивергенция поля А стационарных токов.
Ротор и дивергенция магнитного поля В. Теоремы о циркуляции и потоке поля В в
интегральной форме. Скачок поля В при переходе через токонесущую поверхность.
Магнитное поле бесконечного соленоида. Магнитное поле внутри и снаружи длинного
цилиндрического проводника с заданной плотностью тока. Магнитное поле плоского слоя с током.
Магнитный диполь. Момент сил, действующий на магнитный диполь в магнитном поле. Энергия
диполя в магнитном поле. Сила, действующая на диполь в магнитном поле. Векторный
потенциал А поля магнитного диполя. Магнитное поле В магнитного диполя.
Намагниченность и ее связь с токами намагничения. Напряженность магнитного поля. Магнитная
проницаемость. Циркуляция поля Н и поток поля В в интегральной форме, дифференциальной
форме и для токонесущей поверхности. Два способа вычисления магнитного поля, создаваемого
намагниченной средой.
Магнитное поле симметричных токов при симметричном расположении магнитных сред.
Магнитное поле провода с током в цилиндрической оболочке из магнитного материала. Магнитное поле
длинного намагниченного цилиндра в характерных точках.
Магнитное поле в катушке с замкнутым сердечником. Магнитное поле в зазоре сердечника.
Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Обобщение Максвелла.
Коэффициент взаимной индукции. Теорема о равенстве коэффициентов взаимной индукции.
Индуктивность.
Индуктивность длинного соленоида. Индуктивность катушки с замкнутым сердечником.
Механическая работа магнитных сил при перемещении витка с током в магнитном поле.
Механическая работа магнитных сил взаимодействия системы токов.
Магнитная энергия взаимодействия системы токов. Энергия магнитного поля. Объемная плотность
энергии магнитного поля. Энергия магнитного поля соленоида.
Плотность потока электромагнитной энергии. Вектор Пойнтинга и его связь с энергией
электромагнитного поля.
Гипотеза Максвелла о токах смещения. Система уравнений Максвелла.
Метод последовательных приближений при решении уравнений Максвелла для квазистационарных
электромагнитных полей.
Токи Фуко.
Электрические цепи переменного тока. Связь тока и напряжения для конденсатора и катушки
индуктивности. Реакция RC-цепочки на ступеньку напряжения, реакция RL-цепочки на ступеньку
напряжения. Интегрирующая RC-цепочка. Дифференцирующая RC-цепочка. Экстратоки
размыкания электрической цепи, содержащей индуктивность.
Комплексные токи, напряжения, сопротивления. Резонанс напряжений. Резонанс токов. Метод
векторных диаграмм для описания переменных токов и напряжений.
Трансформатор.
Преобразование электромагнитных полей при переходе в движущуюся систему отсчета.
Эффект Холла.
Теорема Лармора. Гиромагнитное отношение. Диамагнетизм.
Парамагнетизм. Ферромагнетизм.
Сверхпроводники. Сверхпроводящее кольцо с индуцированным током. Сохранение магнитного
потока через сверхпроводящий виток. Эффект Мейснера. Отталкивание тока (и магнита) от своего
изображения в сверхпроводнике, "гроб Магомета".
Скин - эффект.
Элементы квантовой теории твердого тела, полупроводники. Зоны уровней энергии: валентная
зона, запрещенная зона, зона проводимости.
Переменные электромагнитные поля. Дифференциальные уравнения для потенциалов
электромагнитного поля. Калибровка потенциалов. Уравнение Даламбера. Запаздывающие
потенциалы. Осциллятор. Вибратор Герца. Вектор Герца. Излучение постоянного по направлению
осциллирующего диполя.
Разряд в газе: искровой, дуговой, тлеющий, коронный.
Электродвигатели постоянного и переменного тока. Шаговые двигатели.
Поражение электрическим током и электробезопасность.
Литература.
1. Д. В. Сивухин. Общий курс физики. Электричество. М: Наука, 1983.
2. И. Е. Тамм. Основы теории электричества. М.: Наука, 1989.
3. Берклиевский курс. М.: Мир, 1984.