- •Часть 1 Механика. Электричество. Магнетизм.
- •1. Вводные сведения
- •1.1. Предсказание будущего - задача науки
- •1.2. Предмет физики
- •1.3. Физическая модель
- •1.4. Язык физики?
- •1.5. Экспериментальная и теоретическая физика
- •Физические основы механики
- •3. Элементы кинематики
- •3.1.3. Абсолютно твердое тело
- •3.2. Тело отсчета
- •3.3. Система отсчета
- •3.8.1. Скорость направлена по касательной к траектории
- •3.8.2. Компоненты скорости
- •3.9. Вычисление пройденного пути
- •3.10.1. Нормальное и тангенциальное ускорение
- •4. Динамика материальной точки
- •4.6.1. Система си (System international)
- •4.6.1.1. Размерность силы
- •4.7. Третий закон Ньютона
- •5. Законы сохранения
- •5.1. Механическая система - это совокупность тел, выделенных нами для рассмотрения 5.1.1. Внутренние и внешние силы
- •5.2. Закон сохранения импульса
- •5.6.1. Консервативность силы тяжести
- •5.6.2. Неконсервативность силы трения
- •5.7. Потенциальная энергия может быть введена только для поля консервативных сил
- •5.8.Закон сохранения механической энергии
- •6. Кинематика вращательного движения
- •6.1. Поступательное и вращательное движение
- •6.2. Псевдовектор бесконечно малого поворота
- •7. Динамика вращательного движения
- •8. Элементы специальной теории относительности
- •8.2. Принцип относительности Галилея:
- •8.3. Неудовлетворительность механики Ньютона при больших скоростях
- •8.4. Постулаты с.Т.О.
- •Принцип постоянства скорости света:
- •8.5.1. Вывод преобразований Лоренца
- •Электричество
- •9. Постоянное электрическое поле
- •9.3. Электрическое поле
- •9.3.6. Принцип суперпозиции электрических полей
- •9.3.7. Напряженность поля точечного заряда
- •9.3.8. Линии напряженности
- •9.4.2.2. Заряд в произвольном месте внутри сферы
- •9.4.2.4. Поток вектора е поля системы зарядов, находящихся внутри замкнутой поверхности
- •9.4.2.5. Поток вектора е для поля, созданного зарядами, находящимися вне замкнутой поверхности
- •9.4.3. Формулировка теоремы Гаусса
- •9.4.4.1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости
- •9.9. Проводник в электрическом поле
- •9.10. Электроемкость уединенного проводника
- •9.11. Электроемкость конденсатора
- •9.12. Энергия электрического поля
- •9.12.1. Плотность энергии электрического поля в вакууме
- •9.13. Электрическое поле в диэлектрике
- •9.13.1. Диэлектрик?
- •9.13.1.1. Два типа диэлектриков - полярные и неполярные
- •9.13.2. Поляризованность диэлектрика (вектор поляризации) - это дипольный момент единицы объема:
- •9.13.4.1. Плотность энергии электрического поля в диэлектрике
- •10. Постоянный электрический ток
- •10.1. Сила тока
- •10.2. Плотность тока
- •10.2.1. Связь плотности тока и скорости упорядоченного движения зарядов
- •10.4. Закон Ома для участка цепи
- •10.5. Закон Ома в дифференциальной форме
- •10.6. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме
- •Магнетизм. Уравнения Максвелла
- •11. Магнитное поле в вакууме
- •11.2. Проводник с током создает только магнитное поле, другой проводник с током реагирует только на магнитное поле
- •11.3. Рамка с током как регистратор магнитного поля. Вектор магнитной индукции
- •11.5.6. Магнитное поле тороида
- •11.6. Закон Ампера
- •11.7. Сила Лоренца - это сила, действующая со стороны магнитного поля на движущийся в нем заряд
- •11.7.1. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле
- •11.11.1. Потокосцепление
- •11.11.2. Индуктивность соленоида
- •11.11.3. Энергия магнитного поля
- •12. Магнитное поле в веществе
- •12.2. Классификация магнетиков
- •13. Уравнения Максвелла
- •13.1. Первая пара уравнений Максвелла в интегральной форме
- •13.1.1. Первое уравнение первой пары - это закон Фарадея-Ленца
- •13.1.2. Второе уравнение первой пары - нет магнитных зарядов
- •13.2. Вторая пара уравнений Максвелла в интегральной форме
- •13.3. Система уравнений Максвелла в интегральной форме
- •13.4. Система уравнений Максвелла в дифференциальной форме
- •Литература,
9.13.4.1. Плотность энергии электрического поля в диэлектрике
|
, |
|
сравните с (9.11.1). |
Вводя D, получим:
.
9.13.4.2. Теорема Гаусса для вектора Из (9.4.3):
, или .
В вакууме D = ε0E,
.
Это выражение справедливо и для поля в диэлектрике, если qi- свободные заряды.
10. Постоянный электрический ток
Электрический ток - это упорядоченное движение электрических зарядов, в металле - электронов. Ток, не изменяющийся со временем, называют постоянным.
10.1. Сила тока
.
За время dt переносится заряд dq.
.
Единица силы тока - ампер.
10.2. Плотность тока
|
, dI - сила тока, проходящего через площадку dS1. |
10.2.1. Связь плотности тока и скорости упорядоченного движения зарядов
|
За время dt через площадку dS пройдут заряды, отстоящие от нее не дальше чем на vdt. Заряд dq, прошедший за dt через dS: , где q0 - заряд одного носителя; n - число зарядов в единице объема; dS·v·dt - объем. |
Сила тока:
.
Плотность тока (10.2):
.
Вектор направлен как и вектор .
10.3. ЭДС источника Для поддержания постоянного замкнутого тока при наличии сил, тормозящих движение носителей, необходимо компенсировать носителям заряда потери энергии, т.е. совершать над ними работу. Работа электростатического поля (9.6.2) по замкнутой траектории:
.
φ1 = φ2, если траектория замкнута . Следовательно, эту работу должны совершать силы неэлектрического происхождения, сторонние силы. ЭДС - это
.
где q - заряд, над которым сторонние силы совершили работу Aст.сил.
.
Единица ЭДС - такая же, как и единица потенциала - вольт.
10.4. Закон Ома для участка цепи
|
|
, |
R - сопротивление проводника.
.
Единица сопротивления - Ом. Для однородного проводника длиной l и сечением S:
,
ρ - удельное сопротивление (из таблиц).
.
10.5. Закон Ома в дифференциальной форме
Закон Ома (10.4) для элементарного объема проводника.
См. (9.7) Используя (10.2) получим:
|
, |
где |
. |
|
Закон Ома в дифференциальной форме |
|
Удельная проводимость |
10.6. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме
Количество тепла, выделяемое в элементарном объеме с сопротивлением R при прохождении тока I в течении времени dt:
Найдем |
- |
закон Джоуля-Ленца. |
|
- |
плотность мощности. |
|
- |
закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. |
См. (10.2), (10.4), (10.5).
10.7. Закон Ома для неоднородного участка цепи Неоднородный участок - участок, содержащий ЭДС.
|
Работа при перемещении заряда dq из точки 1 в точку 2: , где dq(φ1-φ2) - работа сил поля (9.6.2), dq ε12 - работа сторонних сил (10.3). |
dA12 переходит в джоулево тепло I2Rdt (10.6):
, (10.1), .
Закон Ома для неоднородного участка цепи:
.