Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Электромагнетизм.doc
Скачиваний:
45
Добавлен:
17.03.2016
Размер:
7.61 Mб
Скачать

Національний технічний Університет України

«Київський політехнічний інститут»

Фізика

Розділ "Електрика і магнетизм"

Конспект лекцій для студентів спеціальностей "Промислова біотехнологія", "Обладнання фармацевтичної та мікробіологічної промисловості"

Укладач: Кузь О.П.

Київ - 2009

Конспект лекцій з фізики розділ «Електрика та магнетизм» для студентів біотехнологічних спеціальностей усіх форм навчання [Текст]/Укладач: Кузь О.П. – К.:НТУУ «КПІ», 2009.

Рекомендовано Методичною радою НТУУ «КПІ»

(протокол №9 від 21.05.09 р.)

Навчальне видання

Фізика

Розділ "Електрика і магнетизм"

Конспект лекцій для студентів спеціальностей "Промислова біотехнологія", "Обладнання фармацевтичної та мікробіологічної промисловості"

Конспект написано для більш детального ознайомлення студентів з програмним матеріалом. Викладено основні поняття та терміни, а також додатковий матеріал, що дає можливість студентам опанувати знання необхідні для подальшого вивчення фахових дисциплін.

Укладач: Кузь Олександр Павлович, ст.викладач

Відповідальний

за випуск Л.П.Гермаш, канд.техн.наук, професор

Рецензенти: М.Г.Находкін, докт.ф-м. наук, професор

Ю.І.Джежеря, докт.ф-м. наук, професор

Вступ

Даний конспект лекцій з фізики розділ «Електрика та магнетизм» написаний на основі типової програми по фізиці для студентів напряму «Біотехнологія» затвердженої МОН України. Рекомендується для студентів біотехнологічних спеціальностей усіх форм навчання. В ньому викладено основні теоретичні положення і методи теорії електростатичного поля, постійного електричного струму, теорії магнітного поля а також виникнення електричних коливань. Це дає змогу застосувати дану інформацію при вивченні та розв»язуванні задач електротехніки, радіотехніки та розумінні процесів що відбуваються у природі. Для більш детального розуміння матеріалу, лекції ілюструються рисунками, що дають змогу більш глибоко зрозуміти представлений матеріал. В кінці кожного розділу є питання для самоконтролю, що допомагає студентам звернути увагу на основні положення при самостійному вивченні матеріалу.

Розділ «Електрика та магнетизм» викладається в 1 та 2 семестрі. Кожен параграф відповідає окремій лекції у відповідності до робочого учбового плану.

При вивченні цього розділу фізики студенти повинні знати:

  • основні закони, фізичні величини та одиниці їх вимірювань;

  • загальні фізичні закономірності що лежать в основі природних явищ та процесів;

  • теоретичні та практичні основи застосування вивченого матеріалу.

Після вивчення матеріалу розділу «Електрика та магнетизм» студент повинен уміти:

  • пояснювати фізичні процеси, що лежать в основі природних явищ;

  • застосовувати сучасні фізичні методи і обладнання для вимірювання основних параметрів фізичних об»єктів;

  • застосовувати отримані знання фізичних положень, законів та теорій при розгляді та аналізі окремих явищ, а також при вивченні фахових дисциплін.

ЗМІСТ

Вступ

Частина 1. ЕЛЕКТРОСТАТИКА.....................................................................

Розділ 1. ЕЛЕКТРОСТАТИЧНЕ ПОЛЕ У ВАКУУМІ

§ 1. Електростатичне поле...............................................

    1. Електростатика. Електричний заряд та його властивості.........

    2. Закон Кулона..................................................................................

    3. Напруженість електричного поля................................................

    4. Потенціал електричного поля......................................................

    5. Зв’язок між напруженістю і потенціалом електричного поля..

    6. Еквіпотенціальні поверхні............................................................

    7. Електричний диполь.....................................................................

    8. Диполь в однорідному зовнішньому полі...................................

    9. Диполь в неоднорідному зовнішньому полі...............................

§ 2. ОПИС ВЕКТОРНОГО ПОЛЯ.................................................................

    1. Потік вектора напруженості електричного поля........................

    2. Теорема Гауса................................................................................

    3. Дивергенція вектора напруженості.............................................

    4. Теорема Остроградського – Гауса...............................................

    5. Циркуляція і ротор вектора напруженості..................................

    6. Теорема Стокса..............................................................................

§ 3. ОБЧИСЛЕННЯ НАПРУЖЕНОСТІ ПОЛЯ НА ПІДСТАВІ ТЕОРЕМИ ГАУСА..........................................................................................

    1. Неможливість стійкої рівноваги заряду в електричному полі..

    2. Поле рівномірно зарядженої площини........................................

    3. Поле двох паралельних пластин..................................................

    4. Поле зарядженого циліндра..........................................................

    5. Поле сферичної зарядженої поверхні..........................................

    6. Поле об’ємно зарядженої кулі......................................................

Питання для самоконторолю

Розділ 2. ДІЕЛЕКТРИК В ЗОВНІШНЬОМУ ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ

§ 4. ДІЕЛЕКТРИК В ЗОВНІШНЬОМУ ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ............

    1. Полярні і неполярні молекули.....................................................

    2. Поляризація діелектриків.............................................................

    3. Опис векторного поля в діелектриках.........................................

    4. Сегнетоелектрики..........................................................................

    5. Умови на межі двох діелектриків................................................

Питання для самоконтролю

Розділ3. ПРОВІДНИК В ЗОВНІШНЬОМУ ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОМУ ПОЛІ

§ 5. ПРОВІДНИК В ЗОВНІШНЬОМУ ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОМУ

ПОЛІ.................................................................................................................

    1. Рівновага зарядів в провіднику....................................................

    2. Провідник в зовнішньому полі.....................................................

    3. Електроємність. Конденсатори і їх ємність...............................

    4. З’єднання конденсаторів...............................................................

Питання для самоконтролю

Розділ 4. ЕНЕРГІЯ ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОГО ПОЛЯ

§ 6. ЕНЕРГІЯ ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОГО ПОЛЯ..........................................

    1. Енергія точкових зарядів..............................................................

    2. Енергія зарядженого провідника.................................................

    3. Енергія зарядженого конденсатора.............................................

    4. Енергія електростатичного поля..................................................

Питання для самоконтролю

Розділ 5. ПОСТІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ.

§ 7. ПОСТІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ ТА ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКИ...........................................................................................

    1. Електричний струм. Постійний струм. Сила і густина

струму.......................................................................................................

    1. Рівняння неперервності.................................................................

    2. Електрорушійна сила....................................................................

    3. Правила Кірхгофа для розгалужених мереж..............................

    4. Потужність постійного струму....................................................

§ 8. КЛАСИЧНА ЕЛЕКТРОННА ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ

МЕТАЛІВ.........................................................................................................

    1. Основи класичної теорії та її дослідне підтвердження.............

    2. Закон Ома з погляду класичної теорії електропровідності......

    3. Закони Джоуля-Ленца, Відемана-Франца, їх розгляд на підставі теорії Друде-Лоренца.....................................................

    4. Недоліки класичної теорії.............................................................

Питання для самоконтролю

Розділ 6. КОНТАКТНА І ОБ’ЄМНА РІЗНИЦЯ ПОТЕНЦІАЛІВ

§ 9. РОБОТА ВИХОДУ ЕЛЕКТРОНА..........................................................

    1. Робота виходу електрона..............................................................

    2. Термоелектронна емісія................................................................

    3. Термоелектронні явища. Явище Зеєбека. Контактна і об’ємна різниця потенціалів (або ЕРС)......................................................

    4. Явище Пельтьє..............................................................................

Питання для самоконтролю

Розділ 7. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РІДИНАХ

§ 10. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РІДИНАХ................................................

    1. Електроліти. Електролітична дисоціація....................................

    2. Електроліз. Закони Фарадея.........................................................

    3. Електропровідність електролітів.................................................

    4. Електрохімічні потенціали...........................................................

Питання для самоконтролю

Розділ 8. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У ГАЗАХ

§ 11. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У ГАЗАХ....................................................

    1. Іонізація та рекомбінація..............................................................

    2. Несамостійний газовий розряд.....................................................

    3. Самостійний газовий розряд........................................................

    4. Тліючий розряд..............................................................................

    5. Іскровий розряд.............................................................................

    6. Коронний розряд...........................................................................

    7. Дуговий розряд..............................................................................

Питання для самоконтролю

Частина 2. ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

Розділ 1. МАГНІТНЕ ПОЛЕ У ВАКУУМІ

§ 1. МАГНІТНЕ ПОЛЕ І ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКИ...............................

    1. Магнітне поле................................................................................

    2. Індукція магнітного поля..............................................................

    3. Закон Біо-Савара-Лапласа............................................................

    4. Магнітне поле прямого струму....................................................

    5. Магнітне поле на осі колового струму........................................

§ 2. ЗАКОН ПОВНОГО СТРУМУ.................................................................

    1. Потік і циркуляція вектора магнітної індукції...........................

    2. Магнітне поле соленоїда і тороїда...............................................

    3. Закон Ампера.................................................................................

    4. Сила Лоренца.................................................................................

§ 3. КОНТУР ЗІ СТРУМОМ В ЗОВНІШНЬОМУ МАГНІТНОМУ ПОЛІ.................................................................................................................

    1. Стан контуру зі струмом в зовнішньому магнітному полі..................................................................................................

    2. Робота при переміщенню контуру зі струмом в магнітному полі..................................................................................................

    3. Рух заряджених частинок в магнітному полі. Циклотрон......................................................................................

Розділ 2. МАГНІТНЕ ПОЛЕ В РЕЧОВИНІ

§ 4. МАГНІТНЕ ПОЛЕ В МАГНЕТИКАХ...................................................

    1. Намагнічування магнетиків. Опис магнітного поля в магнетиках......................................................................................

    2. Напруженість магнітного поля....................................................

    3. Умови на межі двох магнетиків...................................................

§ 5. КЛАСИФІКАЦІЯ МАГНЕТИКІВ..........................................................

    1. Магнітний момент атома, класифікація магнетиків..................

    2. Діамагнетики..................................................................................

    3. Парамагнетики...............................................................................

    4. Феромагнетики..............................................................................

    5. Намагнічування і пере магнічення феромагнетиків. Точка Кюрі................................................................................................

Питання для самоконтролю

Розділ 3. ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ

§ 6. ЕЛЕКТРИЧНІ КОЛИВАННЯ.................................................................

    1. Електромагнітна індукція. Досліди Фарадея..............................

    2. ЕРС індукції. Закон електромагнітної індукції Фарадея. Правило Ленца...............................................................................

    3. Вихрові струми. Скін-ефект.........................................................

    4. Явище самоіндукції. Індуктивність.............................................

    5. Струми замикання і розмикання. ................................................

    6. Взаємна індукція............................................................................

    7. Енергія магнітного поля струму. Енергія і густина енергії магнітного поля.............................................................................

Питання для самоконтролю

Розділ 4. ЕЛЕКТРИЧНІ КОЛИВАННЯ

§ 7. ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ.........................................................

    1. Квазістаціонарний струм..............................................................

    2. Коливальний контур. Вільні коливання в контурі без активного опору.............................................................................

    3. Вільні загасаючі коливання.........................................................

    4. Вимушені коливання. Резонанс...................................................

Питання для самоконтролю

Розділ 5. СИСТЕМА РІВНЯНЬ МАКСВЕЛА

§ 8. ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ПОЛЕ..................................................................

    1. Вихрове електричне поле.............................................................

    2. Електромагнітне поле...................................................................

    3. Струм зміщення. Система рівнянь Максвела.............................

Література

3

8

8

8

9

10

11

11

12

12

13

14

15

15

16

17

18

18

20

21

21

21

22

22

24

25

26

26

28

29

30

31

35

35

37

38

40

42

42

45

45

45

47

47

49

50

52

53

54

54

56

57

59

60

60

61

62

64

65

65

67

68

71

72

73

73

74

77

80

82

84

85

85

87

87

89

90

91

91

93

93

95

96

97

98

99

99

100

102

104

104

105

109

111

111

111

112

113

115

116

117

119

122

123

124

126

128

130

131

133

135

137

139

139

141

141

142

144

146

150