Магнитное поле в магнетиках

Электростатическое поле в вакууме

Закон Кулона. Сила электростатического взаимодействия. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля как его силовая характеристика. Напряженность поля неподвижного точечного заряда. Принцип суперпозиции. Силовые линии электрического поля.

Понятие потока векторного поля. Поток вектора напряженности. Электростатическая теорема Гаусса для вектора напряженности.

Применение теоремы Гаусса. Напряженность поля, создаваемого: 1) бесконечной плоской равномерно заряженной пластины, 2) равномерно заряженной сферой (поверхностный заряд), 3) равномерно заряженным шаром (объемный заряд). Электрическое поле в непосредственной близости от заряженной поверхности, скачок нормальной составляющей вектора напряженности при переходе через заряженную поверхность.

Потенциал электростатического поля

Работа сил электрического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Непрерывность касательных составляющих вектора при переходе через заряженную поверхность.

Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле. Понятие потенциала. Эквипотенциальные поверхности. Связь между потенциалом и напряженностью. Уравнение Пуассона для потенциала.

Проводники в электростатическом поле

Проводники во внешнем электрическом поле. Свободные заряды. Условие равновесия зарядов в проводнике. Сила, действующая на поверхностные заряды.

Электроемкость уединенного проводника. Электроемкость системы проводников. Система зарядов в замкнутой проводящей оболочке. Конденсаторы.

Энергия системы зарядов

Энергия системы зарядов. Полная энергия системы зарядов и энергия взаимодействия. Энергия электрического поля. Неустойчивость статической системы электрических зарядов.

Электрический диполь. Электростатическое поле, создаваемое диполем: 1) на оси диполя, 2) на прямой, проходящей через центр диполя и перпендикулярной его оси, 3) в произвольной точке пространства с радиус-вектором r, откладываемым от центра диполя.

Поведение диполя во внешнем электростатическом поле. Энергия диполя во внешнем поле.

Электрический момент в целом нейтральной системы зарядов, его независимость от положения начала отсчета. Эквивалентный диполь.

Полная энергия системы заряженных проводников. Собственная энергия заряженного шара (случай поверхностного заряда и случай объемного заряда).

Электрическое поле в диэлектриках

Конденсатор, заполненный однородным диэлектриком. Сторонние и связанные заряды. Поверхностная плотность связанных зарядов. Диэлектрическая проницаемость. Энергия конденсатора при наличии диэлектрика. Представление энергии через напряженность результирующего электрического поля.

Описание электрического поля в диэлектриках. Вектор поляризации. Поляризация электронная, ориентационная и ионная. Диэлектрическая восприимчивость. Понятия о квазиупругом и жестком диполях. Понятия микроскопического и макроскопического поля.

Связь вектора поляризации с поверхностной плотностью связанных зарядов. Поток вектора поляризации через замкнутую поверхность.

Вектор электрической индукции. Теорема Гаусса для вектора электрической индукции. Граничные условия для вектора электрической индукции. Введение понятия «диэлектрическая проницаемость». Макроскопическое описание поляризации. Формула Клаузиуса-Масотти для неполярных диэлектриков. Поляризация полярных диэлектриков. Ориентация диполей во внешнем поле с учетом теплового движения.

Ограничения на выполнение закона Кулона в диэлектрике. Силы, действующие на заряд. Замечания об энергии электростатического поля в диэлектрике. Полная энергия поля. Энергия среднего макроскопического поля и энергия поляризации диэлектрика.

Самостоятельное изучение (рефераты): Сегнетоэлектрики и их основные свойства. Применение сегнетоэлектриков. Пьезоэффект. Прямой и обратный пьезоэффект. Применение пьезоэффекта.

Постоянный электрический ток

Сила тока и плотность тока. Дрейфовая и тепловая скорости носителей электричества. Условие стационарности тока. Уравнение непрерывности. Электродвижущая сила. ЭДС сторонних сил как характеристика сторонних сил по переносу заряда. Понятие падения напряжения.

Цепь постоянного тока. Закон Ома. Удельное сопротивление проводника, температурная зависимость удельного сопротивления. Закон Ома в дифференциальной форме. Закон Ома для неоднородной цепи. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Правило обхода и система уравнений Кирхгофа. Контактная разность потенциалов. Термо-ЭДС.

Механизмы электропроводности (САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ, рефераты)

Электропроводность металлов. Опыты Тозмена и Стюарта. Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее ограничения. Сверхпроводимость.

Качественные положения квантовой теории электропроводности твердых тел. Собственная и примесная проводимость полупроводников, p-n – переход.

Электропроводность растворов (электролитов) и расплавов. Законы Фарадея. Ток в газах. Основные типы разрядов в газе. Электрический ток в вакууме. Электронная эмиссия.

Магнитное поле постоянного тока

Магнитное поле постоянного тока. Рамка с током как пробное тело для исследования магнитного поля. Магнитный момент рамки. Силовая характеристика магнитного поля – вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Определение магнитной индукции на основе закона Ампера. Замкнутость силовых линий магнитного поля тока. Сила Лоренца. Сила Ампера как результат коллективного действия на проводник носителей электричества под действием силы Лоренца.

Закон Био-Савара-Лапласа. Вычитание магнитных полей на основе закона Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле, создаваемое движущимся зарядом (n << c).

Теорема Гаусса для вектора B. Теорема о циркуляции магнитного поля. Вычисление магнитных полей с помощью теоремы о циркуляции.

Силовое взаимодействие двух замкнутых токов. Магнитный диполь в однородном и неоднородном внешних магнитных полях. Поле магнитного диполя. Движение заряженной частицы в магнитном поле.

Природа магнитной силы. Формулы преобразования полей E и B при переходе из одной ИСО в другую, инварианты этих преобразований.

Магнитное поле в магнетиках

Понятие о молекулярных токах (токах Ампера). Вектор намагниченности и его связь с молекулярными токами. Напряженность магнитного поля. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества. Классификация магнетиков. Граничные условия для векторов и . Магнитная защита.

Магнитные свойства атомов и молекул. Гиромагнитное отношение. Диамагнитный эффект. Ларморова процессия. Диамагнетизм. Парамагнетизм.

Самостоятельное изучение (рефераты): Ферромагнетики и их основные свойства. Кривая намагничивания, гистерезис, остаточная намагниченность, коэрцитивная сила. Точка Кюри. Ферромагнитные материалы и их применение.

Электромагнитная индукция

Индукция тока в движущихся проводниках. Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Общий характер закона электромагнитной индукции. Токи Фуко.

Самоиндукция. Коэффициент самоиндукции (индуктивность). Индуктивность длинного соленоида. Токи замыкания и размыкания цепи, содержащей индуктивность.

Взаимная индукция.

Энергия магнитного поля.

Переменный электрический ток (САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ, рефераты)

Квазистационарные токи. Условие квазистационарности. Метод векторных диаграмм. Закон Ома для цепи переменного тока. Скин-эффект. Работа и мощность переменного тока.

Электромагнитное поле

Ток смешения и полный ток, замкнутость полного тока. Гипотезы Максвелла.

Система уравнений Максвелла в интегральной форме записи. Следствия.

Электромагнитные волны

Электромагнитное поле в свободном пространстве. Скорость распространения электромагнитных волн. Основные свойства электромагнитных волн.

Энергия, переносимая электромагнитными волнами. Давление и импульс электромагнитной волны.

Литература

1. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. В 5-ти томах. Т.2.Электричество и магнетизм. – М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ». 2002.

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.III. Электричество. – М.: ФИЗМАЛИТ. МИФИ. 2004.

4. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Т.2.: Электрические и электромагнитные явления. – Изд-во «Лань»; С.-Петербург, Москва, Краснодар, 2007.

5. Новоселов В.В., Овчинников С.В. Физика: Электричество и магнетизм: Учебное пособие для студентов, обучающихся по естественнонаучным направлениям. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2010. – 264с. (Есть электронный вариант)

М.Н. Куликов

С.В.Овчинников

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1) Сформулируйте закон сохранения электрических зарядов.

2) Сформулируйте закон Кулона и определите область его действия.

3) Введите понятие напряженности электростатического поля.

4) Что такое пробный заряд?

5) Запишите выражение для напряженности поля, создаваемого точечным зарядом.

6) Расскажите о принципе суперпозиции.

7) Расскажите, как вводится понятие силовой линии напряженности.

8) Сформулируйте электростатическую теорему Гаусса для вектора напряженности. Определите область ее действия.

9) Запишите выражение для напряженности электростатического поля, создаваемого бесконечной равномерно заряженной пластиной.

10)Запишите выражение для напряженности электростатического поля, создаваемого равномерно заряженной сферой (поверхностный заряд).

11)Запишите выражение для напряженности электростатического поля, создаваемого равномерно заряженным шаром (объемный заряд).

12)Сформулируйте теорему о циркуляции вектора напряженности электростатического поля. В чем ее смысл?

13)Как вводится понятие потенциала электростатического поля?

14)Что такое эквипотенциальная поверхность?

15)Поясните связь между потенциалом и напряженностью.

16)Что такое свободные заряды (с классической точки зрения)?

17)Сформулируйте условие равновесия зарядов в проводнике.

18)Чему равна напряженность статического электрического поля внутри проводника, помещенного во внешнее электростатическое поле? Как в этом случае распределяется потенциал результирующего поля внутри проводника?

19)Как вводится понятие электроемкости уединенного проводника?

20)Что такое конденсатор и что такое электроемкость конденсатора?

21)Запишите выражение для энергии системы статических зарядов. Объясните его.

22)Как вводится понятие энергии электрического поля?

23)Что такое электрический диполь?

24)Как ведет себя электрический диполь, помещенный во внешнее электростатическое поле?

25)Какую энергию имеет диполь во внешнем электростатическом поле?

26)Что такое связанные электрические заряды?

27)Как выражается энергия конденсатора при наличии однородного диэлектрика между его обкладками?

28)Охарактеризуйте типы поляризации диэлектрика: электронную, ориентационную, ионную.

29)Определите вектор поляризации.

30)Чему равен поток вектора поляризации через замкнутую поверхность?

31)Определите вектор электрической индукции.

32)Сформулируйте теорему Гаусса для вектора электрической индукции.

33)Какие ограничения на выполнение закона Кулона в диэлектрике Вы знаете?

34)Расскажите про сегнетоэлектрики.

35)Расскажите про пьезоэлектричество.

36)Определите понятия силы тока и плотности тока.

37)Сформулируйте условие стационарности тока.

38)Расскажите об уравнении непрерывности тока.

39)Сформулируйте понятие электродвижущей силы.

40)Сформулируйте понятие падения напряженности.

41)Что такое однородный и неоднородный участки электрической цепи?

42)Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.

43)Что такое удельное сопротивление проводника? Как удельное сопротивление металлов зависит от температуры?

44)Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

45)Запишите и объясните закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.

46)Расскажите о единицах измерения силы тока, плотности тока, падения напряжения и электрической мощности.

47)Расскажите о контактной разности потенциалов (в металлах).

48)Сформулируйте законы электролиза Фарадея.

49)Сформулируйте закон Ома для электролитов. Что такое подвижность иона?

50)Расскажите о термоэлектронной эмиссии. Что такое работа выхода?

51)Как вводится понятие вектора магнитной индукции?

52)Сформулируйте закон Ампера.

53)Определите силу Лоренца.

54)Запишите и поясните закон Био-Савара-Лапласа.

55)Как выражается величина магнитного поля, создаваемого прямым длинным проводом?

56)Как выражается величина магнитного поля, создаваемого витком с током (в центре витка)?

57)Сформулируйте теорему Гаусса для вектора B.

58)Сформулируйте теорему о циркуляции вектора B.

59)Запишите выражение для магнитного поля идеального соленоида.

60)Что такое магнитный диполь?

61)Как ведет себя виток с током, помещенный во внешнее магнитное поле?

62)Сформулируйте закон электромагнитной индукции и правило Ленца.

63)Запишите выражение для коэффициента самоиндукции идеального соленоида.

64)Расскажите о молекулярных токах и о векторе намагниченности.

65)Введите понятие напряженности магнитного поля а СИ.

66)Определите единицы измерения магнитной индукции и напряженности магнитного поля.

67)Что такое магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества?

68)В чем различие между магнитными восприимчивостями диамагнетиков и парамагнетиков?

69)Что такое процессия Лармора?

70)Расскажите о ферромагнетиках.

71)Как выражается энергия магнитного поля?

72)Определите действующие значения тока и напряжения.

73)Почему в случае переменного тока между током, текущим через катушку индуктивности, и напряжением на ней возникает сдвиг фаз?

74) Почему в случае переменного тока между током и напряжением на конденсаторе возникает сдвиг фаз?

75)Как вычислить мощность в последовательной цепи переменного тока?

76)Введите понятие тока смещения.

77)Запишите систему уравнений Максвелла в интегральном виде для однородной неподвижной среды.

78)Расскажите про материальные уравнения системы уравнений Максвелла.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: