- •Основные вопросы учебной программы по физике (2 семестр)
- •1. Электрический заряд. Сохранение заряда. Квантование заряда. Закон Кулона. Точечный заряд. Электрическая постоянная. Диэлектрическая проницаемость.
- •2. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Напряженность поля точечного заряда. Силовые линии. Принцип суперпозиции.
- •3. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету полей. Электрический диполь. Поле диполя.
- •6. Электрическое поле в веществе. Свободные и связанные заряды в диэлектриках. Типы диэлектриков. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации.
- •8. Сегнетоэлектрики. Физические свойства и применение.
- •9. Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования. Классическая теория электропроводности металлов и ее опытное обоснование.
- •10. Вывод закона Ома в дифференциальной форме из классической теории электропроводности металлов. Закон Видемана-Франца. Недостатки классической теории металлов.
- •11. Разность потенциалов. Электродвижущая сила. Напряжение. Обобщенный закон Ома в интегральной форме. Законы Кирхгофа.
- •12. Границы применимости закона Ома. Нелинейные электрические цепи.
- •13. Магнитное поле. Магнитная индукция. Релятивистское толкование магнитного взаимодействия.
- •14. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету поля прямолинейного проводника с током. Магнитное поле кругового тока. Магнитный момент витка с током.
- •16. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Эффект Холла. Мгд-генератор. Циклотрон.
- •17. Магнитный поток. Теорема Остроградского-Гаусса. Закон Ампера.
- •18. Контур с током в магнитном поле. Работа перемещения контура с током в магнитном поле.
- •20. Распределение электронов проводимости в металле при абсолютном нуле температуры. Влияние температуры на функцию распределения. Уровень Ферми. Вырождение электронного газа.
- •21. Электропроводность металлов. Время релаксации. Подвижность. Эффективная масса.
- •22. Работа выхода электронов из металла. Термоэлектронная эмиссия. Автоэлектронная эмиссия.
- •23. Внутренняя энергия и теплоемкость электронного газа в металлах.
- •24. Сверхпроводимость. Магнитные свойства сверхпроводников. Эффект Джозефсона. Применение сверхпроводников.
- •25. Собственная проводимость полупроводников. Примесная проводимость полупроводников. Электронный и дырочный полупроводники.
- •27. Плазма.
- •28. Магнитные моменты атомов. Атом в магнитном поле.
- •29. Элементарная теория диа- и парамагнетизма. Поведение различных веществ в магнитном поле.
- •30. Намагниченность. Вектор напряженности магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля.
- •31. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Условия на границе раздела двух магнетиков.
- •32. Ферромагнетики. Кривая намагничивания. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Домены. Спиновая природа Ферромагнетизма.
- •33. Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея). Правило Ленца. Токи Фуко и их применение.
- •34. Явление самоиндукции. Индуктивность. Взаимная индукция. Взаимная индуктивность.
- •35. Установление тока при замыкании и размыкании, содержащей индуктивность.
- •36. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля. Энергия магнитного поля двух связанных проводников с током.
- •37. Ток смещения. Система уравнений Максвелла.
33. Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея). Правило Ленца. Токи Фуко и их применение.
Закон Фарадея можно сформулировать таким образом: ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром: .
Правило Ленца: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающему этот индукционный ток. Значение индукционного тока совершенно не зависит от способа изменения потока магнитной индукции, а определяется лишь скоростью его изменения.
Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в переменное магнитное поле. Эти токи оказываются замкнутыми в толще проводника и поэтому называются вихревыми. Их также называют токами Фуко — по имени первого исследователя. Токи Фуко, как и индукционные токи в линейных проводниках, подчиняются правилу Ленца: их магнитное поле направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного
потока, индуцирующему вихревые токи. Вихревые токи помимо торможения вызывают нагревание проводников. Поэтому для уменьшения потерь на нагревание якоря генераторов и сердечники трансформаторов делают не сплошными, а изготовляют из тонких пластин, отделенных одна от другой слоями изолятора, и устанавливают их так, чтобы вихревые токи были направлены поперек пластин. Джоулева теплота, выделяемая токами Фуко, используется в индукционных металлургических печах. Если сплошные проводники нагревать токами высокой частоты, то в результате скин-эффекта происходит нагревание только их поверхностного слоя. На этом основан метод поверхностной закалки металлов. Меняя частоту поля, он позволяет производить закалку на любой требуемой глубине. Токи высокой частоты практически текут в тонком поверхностном слое, то провода для них делаются полыми.
34. Явление самоиндукции. Индуктивность. Взаимная индукция. Взаимная индуктивность.
При изменении силы тока в контуре будет изменяться также и сцепленный с ним магнитный поток; следовательно, в контуре будет индуцироваться ЭДС. Возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется самоиндукцией.
Электрический ток, текущий в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция которого пропорциональна току. Сцепленный с контуром магнитный поток поэтому пропорционален току в контуре: , где — коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью контура.
Индуктивность бесконечно длинного соленоида: .
Единица индуктивности генри (Гн): 1 Гн — индуктивность такого контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе в 1 А равен 1 Вб (вебер).
Рассмотрим два неподвижных контура (1 и 2), расположенных достаточно близко друг от друга и .
Явление возникновения ЭДС в одном из контуров при изменении силы тока в другом называется взаимной индукцией. Коэффициенты пропорциональности и называютсявзаимной индуктивностью контуров. Коэффициенты и зависят от геометрической формы, размеров, взаимного расположения контуров и от магнитной проницаемости окружающей контуры среды. Эти коэффициенты будут равны между собой, если среда не ферромагнитная.