МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
|
ЭЛЕКТРОСТАЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ филиал Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
|
Кафедра физики
Кудасова с.В., солодихина м.В. Общая физика
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ БАКАЛАВРОВ
(направление 150400 «Металлургия»)
Часть II
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Электросталь 2011 г
УДК 530.1
К-88
Рецензенты
проф. Е.К. Наими
проф. О.М. Красильников
Кудасова С.В., Солодихина М.В.
К-88 Общая физика. Учеб. пособие для бакалавров (направление 150100 «Металлургия»).
Ч.2. Электричество и магнетизм. – Электросталь: ЭПИ НИТУ МИСиС. – 2011. – 180 с.
Учебное пособие, являющееся второй частью из трех, написано в соответствии с учебной программой курса физики для бакалавров по направлению подготовки 150400 «Металлургия» и посвящено вопросам, изучаемым во III-м семестре.
Учитывая компетентностный подход к подготовке бакалавров в условиях, когда число часов, выделяемых на изучение физики, ограничено, но необходимо сформировать определенные навыки и умения, изложение материала ведется без громоздких математических выкладок. Основное внимание обращается на физическую суть явлений и описывающих их понятий. Каждый из разделов снабжен примерами, рекомендациями по решению задач, а также образцами их решения и оформления.
В приложении приведены тесты для промежуточного контроля знаний студентов, составленные по специально разработанной методике.
Данное пособие может быть использовано студентами других инженерно-технических специальностей и направлений подготовки, в том числе обучающихся по очно-заочной и заочной формам.
УДК 530.1
© Кудасова С.В., Солодихина М.В., 2011
Оглавление
Раздел 3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ...................................................................... Глава 13. Электрическое поле. Характеристики электрического поля ……...………....... 13.1. Электрические заряды. Закон сохранения электрического заряда………............ 13.2. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона…………………………. 13.3. Электростатическое поле и его напряженность ….……………………………… 13.4. Принцип суперпозиции электрических полей....................................................… 13.5. Работа по перемещению заряда в электростатическом поле. Теорема о циркуляции вектора напряженности……….……….……………………...……………. 13.6. Потенциал электростатического поля. Разность потенциалов …………………. 13.7. Энергия взаимодействия системы точечных зарядов ………………………...... 13.8. Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом ………..… 13.9. Эквипотенциальные поверхности…………………………………………………. Глава 14. Основные уравнения электростатики в вакууме………………………..……… 14.1. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса ………… 14.2. Применение теоремы Гаусса для расчета электрических полей…………..……. Глава 15. Электростатическое поле в диэлектриках ….……...…………………………… 15.1. Диполь во внешнем электрическом поле …………………………………..…..… 15.2. Типы диэлектриков. Основные виды поляризации диэлектриков ……………... 15.3. Напряженность поля в диэлектрике …………………………..……………….…. 15.4. Законы электростатики в диэлектриках ………………………………………….. 15.5. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике..…………………………………………………………………..………. 15.6. Сегнетоэлектрики……………………………………………………………….….. Глава 16. Проводники в электрическом поле. Конденсаторы……………...………..…… 16.1. Явление электростатической индукции….……………………………………..… 16.2. Электрическая емкость уединенного проводника ………………………….……. 16.3. Конденсаторы ……………………..…………………………………………….….. 16.4. Соединение конденсаторов в батареи …………………………..…….……….…. 16.5. Энергия уединенного проводника………………………………………………... 16.6. Энергия заряженного конденсатора…...……………………………..……........… 16.7. Объемная плотность энергии электростатического поля……………………….. Глава 17. Постоянный электрический ток…………...…………………………..........…… 17.1. Характеристики электрического тока…………….………………..…….…….… 17.2. Сторонние силы. Электродвижущая сила …………………………..……..……. 17.3. Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление проводников…….... 17.4. Параллельное и последовательное соединение сопротивлений ………………... 17.5. Закон Ома для неоднородного участка цепи…...……………………..….………. 17.6. Разветвление цепи. Правила Кирхгофа ………………………………..……...….. 17.7. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца………………….. 17.8. Коэффициент полезного действия источника тока ………………...….….…..…. 17.9. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме …………………….. Глава 18. Основы классической теории проводимости металлов……………...….….….. 18.1. Природа носителей тока в металлах ……………...…………………..….….……. 18.2. Основные положения классической электронной теории проводимости металлов (теория Друде – Лоренца)……..………………………….……………....…... 18.3. Вывод законов постоянного тока на основе теории Друде – Лоренца..…...…… 18.4. Затруднения классической теории проводимости металлов ……….………..….. Глава 19. Основы квантовой теории проводимости металлов …………..………..…........ 19.1. Образование энергетических зон в твердых телах ……………..……………...… 19.2. Деление твердых тел на проводники, полупроводники и диэлектрики ………... 19.3. Энергия Ферми. Статистика электронов в металле …………………..……......... 19.4. Выводы квантовой теории проводимости металлов …………...……….……….. 19.5. Полупроводники…………………………………………………………...…….….... 19.6. Собственная проводимость полупроводников………………………….…..…....... 19.7. Примесная проводимость полупроводников…………………………………….... Глава 20. Электрический ток в различных средах …………………….……………......… 20.1. Электрический ток в электролитах. Законы электролиза Фарадея….………….. 20.2. Электрический ток в газах…………………………………………….………..….. 20.3. Электрический ток в вакууме…………………………...……………………...….. Раздел 4. МАГНЕТИЗМ.................................................................................................................. Глава 21. Постоянное магнитное поле …………………..………………….………...…… 21.1. Характеристики магнитного поля ….…………………………………………….. 21.2 Магнитное поле движущегося заряда ……………………………….......………… 21.3. Магнитное поле проводника с током. Закон Био – Савара - Лапласа…….…….. 21.4. Принцип суперпозиции магнитных полей……………..……..……….…….……. 21.5. Примеры вычисления магнитных полей ……………………..…………………... 21.6. Циркуляция вектора напряженности магнитного поля (закон полного тока)..…
2 21.8. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля…... 21.9. Сила, действующая на элемент тока в магнитном поле. Закон Ампера…...…… 21.10. Сила Лоренца……………………………………………………………………… 21.11. Движение заряженных частиц в магнитном поле……………………………… 21.12. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле……………… Глава 22. Магнитное поле в веществе……....…………………………………………….... 22.1. Намагничивание магнетика. Вектор намагниченности………………………….. 22.2. Магнитное поле на границе двух магнетиков………………….………..……….. 22.3. Классификация магнетиков. Магнитные моменты атомов и молекул….…...….. 22.4. Электронная теория диамагнетизма и парамагнетизма………………….…..…... 22.5. Природа ферромагнетизма …………………………..………………………..……….…….. 22.6. Явление электромагнитной индукции…………………………………………….. 22.7. Токи Фуко…………………………………………………………………………… 22.8. Индуктивность контура. Самоиндукция………………………………………….. 22.9. Токи при размыкании и замыкании цепей………………………………………... 22.10. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля…... 22.11. Явление взаимной индукции. Трансформаторы………………………………… Глава 23. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля………………….…... 23.1. Сравнение основных теорем электростатики и магнитостатики………………... 23.2. Ток смещения………………..……….……………………………………………... 23.3. Уравнения Максвелла в интегральной форме…………………………...……….. Глава 24. Электромагнитные колебания. Переменный ток………………………………. 24.1. Электромагнитные колебания в идеальном колебательном контуре...…….…… 24.2. Затухающие электромагнитные колебания. Добротность контура...………...…. 24.3. Вынужденные электромагнитные колебания. Резонансы напряжений и токов.. 24.4. Переменный ток……………………………...………………..………………….....
Рекомендуемая литература………………………………………………………..….….....
Приложения …………………………………………………………………………............. Образец теста для промежуточного контроля знаний по теме «Взаимодействие зарядов. Напряженность и потенциал электростатического поля»……………………......... Образец теста для промежуточного контроля знаний по теме «Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Конденсаторы. Движение заряда в электростатическом поле».…………...……………………………………………...………………...… Образец теста для промежуточного контроля знаний по теме «Электрический ток. Электрические цепи. Постоянный ток. Работа и мощность тока»…………...…………… Образец теста для промежуточного контроля знаний по теме «Электрический ток в различных средах. Основы квантовой теории проводимости металла»…………..……... Образец теста для промежуточного контроля знаний по теме «Постоянное магнитное поле. магнитное поле в веществе»............................................……………..………….. Образец теста для промежуточного контроля знаний по теме «Электромагнитная индукция. Самоиндукция. Взаимная индукция»……………..……………………….……. Образец теста для промежуточного контроля знаний по теме «Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Электромагнитные колебания. Переменный ток»…………. |
7 7 7 8 11 13
15 16 19 22 23 24 24 26 37 37 37 39 41 42
43 45 45 46 48 51 52 52 53 55 55 57 58 61 62 64 66 67 70 72 72
73 74 76 77 77 78 79 81 83 84 86 89 89 90 92 95 95 95 97 98 99 100 104 105 107 108 110 112 115 117 117 119 121 122 124 125 130 131 133 135 137 141 141 142 143 145 145 148 151 153
158
159
159
162
165
168
171
174
177
|
1.7.
Магнитное поле соленоида и
тороида……………………………………………..