1 ЕЛЕКТРОСТАТИКА 4

1.1 Електричний заряд. Закон збереження заряду. Електричне поле. Електростатичне поле 4

1.2 Закон Кулона 4

1.3 Напруженість. Силові лінії та їх властивості 4

1.4 Теорема Гауса 5

1.5 Практичне застосування теореми Гауса для розрахунку напруженості полів тіл різної геометричної форми 6

1.5.1 Напруженість поля нескінченої зарядженої площини 6

1.5.2 Поле системи, що складається з двох різноіменнозаряджених нескінчених площин 7

1.5.3 Поле нескінченно довгого зарядженого циліндра (нитки) 7

1.5.4 Поле зарядженої сфери 8

1.6 Робота в кулонівському полі 8

1.6.1 Потенціал. Різниця потенціалів 8

1.6.2 Еквіпотенціальні лінії та поверхні. Зв’язок між потенціалом і напруженістю поля 9

1.6.3 Диполь. Поле диполя 10

1.7 Поле в діелектриках та провідниках 11

1.7.1 Електричне поле в діелектрику. Поляризація діелектриків. Вектор поляризації. Діелектрична проникність та сприйнятливість 11

1.7.2 Електричне поле в провідниках. Електростатичні екрани 12

1.7.3 Ємність провідника. Конденсатори. Паралельне та послідовне сполучення конденсаторів 13

1.7.4 Енергія конденсатора. Густина енергії електростатичного поля. Відмінність електростатичного поля від інших електричних полів 14

2 ПОСТІЙНІЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ 15

2.1 Електричний струм 15

2.1.1 Сила струму. Густина струму. Їх одиниці вимірювання 15

2.1.2 Сторонні сили. Електрорушійна сила та її одиниці 15

2.2 Закон Ома в диференціальній та інтегральній формах 16

2.3 Закон Джоуля-Ленца в інтегральній та диференціальній формах 17

2.4 Електронна теорія провідності (класична) 17

2.5 Явище надпровідності 18

2.6 Закон Відемана-Франца 19

2.7 Закон Джоуля-Ленца (згідно електронної теорії провідності) 19

2.8 Робота виходу. Явище термоелектронної емісії. Формула Річардсона-Дешмана 19

2.8.1 Термоелектронна емісія 19

2.9 Провідність газів 21

2.9.1 Електричний розряд в газах 21

2.9.2 Види розрядів в газах 23

2.10 Плазма та її застосування 23

2.11 Катодні та анодні промені та їх властивості 23

2.13 Термоелектричні явища 24

2.13.1 Термое.р.с. (ефект Зеєбека) 24

2.13.2 Ефект Пельтьє 25

2.13.3 Застосування термоелектричних явищ 25

3 ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ 26

3.1 Магнітне поле. Магнітна індукція. Напруженість магнітного поля як характеристики магнітних полів 26

3.2 Закон Ампера. Сила Ампера. Сила Лоренца 27

3.3 Ефект Холла 27

3.3.1 Застосування ефекту Холла 28

3.4 Закон Біо-Савара-Лапласа 28

3.5 Поле нескінченно довгого провідника із струмом (доведення формули) 29

3.6 Магнітне поле на осі кругового провідника із струмом (з доведенням) 29

3.7 Закон повного струму (випадок стаціонарного струму) 30

3.10 Явище електромагнітної індукції 31

3.10.1 Правило Ленца 33

3.10.2 Пояснення явища електромагнітної індукції для провідника із струмом, що рухається в магнітному полі 33

3.10.3 Пояснення явища електромагнітної індукції в рухомому провіднику 33

3.11 Самоіндукція. Явище самоіндукції. Індуктивність, одиниці її вимірювання 33

3.12 Взаємоіндукція. Використання явища електромагнітної індукції. Струми Фуко 34

3.14 Магнітні властивості речовини 36

3.14.1 Магнетики. Магнітна проникність, магнітна сприйнятливість, намагніченість магнетиків 36

3.14.2 Гіромагнітне відношення. Природа діа-, пара-, феромагнетизму 36

3.15 Електричні коливання. Змінний електричний струм 37

3.15.1 Коливальний контур. Формула Томсона для ідеального коливального контура 37

3.16 Змінний струм. Умова квазістаціонарності. Основні характеристики змінного струму 39

3.17 Закон Ома для змінного струму 41

3.18 Екстраструми (струми замикання і розмикання кола) 42

3.19 Струми зміщення 43

3.20 Досліди Ейхенвальда (струм поляризації) 43

4 ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ 44

4.1 Рівняння Максвелла 44

4.2 Рівняння електромагнітних хвиль 44

4.3 Властивості електромагнітних хвиль 45

4.4 Густина енергії електромагнітної хвилі. Густина потоку енергії електромагнітної хвилі. Вектор Пойнтінга 45

4.5 Досліди Герца. Шкала електромагнітних хвиль 46

ПРОГРАМНІ ПИТАННЯ 48

1 Електростатика

1.1 Електричний заряд. Закон збереження заряду. Електричне поле. Електростатичне поле

Тіла при певних умовах здатні притягуватись або відштовхуватись внаслідок надання їм певного електричного заряду: “+” або “-”.

Електричний заряд – це особлива властивість тіла, така сама як її маса, спін, що визначає величину сили і енергії при електричних взаємодіях.

Будь-який електричний заряд Q складається з N елементарних зарядів

,

e=1,610^-19 Кл.

Властивість заряду зберігатися однаковим в різних системах відліку називається інваріантністю.

Закон збереження заряду: Сумарний заряд ізольованої замкненої системи є сталою величиною.

Навколо заряда існує електричне поле. За допомогою електричного поля передається взаємодія між зарядми.

Електричне поле – це особливий вид матерії.

Якщо поле не змінюється в часі, воно називається електростатичним.

Електростатика – розділ електрики, що вивчає електростатичні поля, електричні заряди та їх взаємодію.

1.2 Закон Кулона

,

де F – сила взаємодії двох точкових зарядів; q₁, q₂ – нерухомі точкові заряди; r – відстань між зарядами; , ₀=8,8510^-12 Ф/м; – одиничний вектор, що направлений від першого заряду до другого. - сила, що діє на заряд q₁.

Точковий заряд – це такий заряд, розмірами якого в даній задачі можна знехтувати.

Кулонівські сили – центральні сили, тобто сили, які діють вздовж лінії, що з’єднує центри тіл.

Приклади центральних сил:

а) - гравітаційна;

б) - електростатична.

Однойменні заряди відштовхуються, а різноіменні – притягуються.

1.3 Напруженість. Силові лінії та їх властивості

Напруженість електростатичного поля – це силова характеристика поля.

Напруженість електростатичного поля дорівнює силі, яка діє на одиничний пробний заряд, поміщений в дану точку поля.

Пробним називається заряд, який не впливає на поле, в яке він поміщений, має знак “+”.

Напруженість – векторна величина.

[E]=В/м (СІ).

Розрахунок напруженості поля, створеного системою зарядів, здійснюється за принципом суперпозиції.

Принцип суперпозиції стверджує: напруженість поля в даній точці простору, що створена системою зарядів, дорівнює геометричній сумі напруженостей полів, що створюється кожним із зарядів в даній точці:

Напруженість поля 2-х зарядів

Напруженість поля залежить від геометричної форми зарядженого тіла, відстані до нього, величини заряду.

- для точкового заряду;

- для нескінченно зарядженої площини, (поверхнева густина заряду).

Поле графічно зображують за допомогою силових ліній.

Силовими називаються лінії, в кожній точці яких вектор напруженості співпадає із дотичною до цієї лінії.

1. Силові лінії починаються на позитивних і закінчуються на негативних зарядах.

2. Силові лінії не перетинаються.

3. Густина силових ліній відповідає величині напруженості.

1.4 Теорема Гауса

Потік вектора (за визначенням із математики) знаходиться за формулою:

де N - потік вектора через поверхню S, а_n – проекція вектора на нормаль до поверхні S; dS – елементарна площадка. Можна записати по-іншому:

,

 - кут між вектором і нормаллю до площадки dS.

Якщо =const

.

Тому для однорідного електричного поля із напруженністю Е потік N (див. рис. 1.4) визначається так:

Відповідно, в загальному потоком вектора напруженості електричного поля буде величина:

Потік вектора напруженості через замкнену поверхню позначається таким чином:

.

Для сферичної поверхні, всередині якої знаходиться заряд q, маємо (див. рис. 1.5):

,

звідси:

,

Відповідно для будь-якої замкненої поверхні, з декількома зарядами в середині можна записати: