Курс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление




Скачать 455.12 Kb.
НазваниеКурс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление
страница1/6
Дата конвертации29.01.2013
Размер455.12 Kb.
ТипЛекция
  1   2   3   4   5   6
Волжский филиал Марийского Государственного технического университета


Автор: к.т.н. Ю.А.Борисов


Физика.


Курс лекций, II семестр, 34 часа


III, IV. Электричество и магнетизм



Оглавление

Лекция 1. 1. Электростатика.

1.1. Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Потенциал. Разность потенциалов.


4

4


Лекция 2. 1.2. Диэлектрики в электростатическом поле. Диполь. Дипольный момент. Вектор поляризации. Электростатическая теорема Гаусса. Вектор электрической индукции. Уравнение Пуассона. Условия на границе раздела двух сред.

7



Лекция 3. 1.3. Проводники в электростатическом поле. Распределение зарядов на проводнике. Электрическое поле внутри и вне проводника. Электростатическая защита.

10



Лекция 4. 1.4. Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия электрического поля. Плотность энергии электростатического поля.

12


Лекция 5. 2. Постоянный электрический ток.

2.1. Сила и плотность тока. Закон Ома для участка цепи и замкнутого контура. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Закон Ома в дифференциальной форме.

14

14



Лекция 6. 2.2. Разветвление электрической цепи. Правила Кирхгофа. 2.3. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Превращение энергии в электрических цепях.

17

19


Лекция 7. 3.Магнитное поле.

3.1. Магнитное поле тока. Законы Био-Савара-Лапласа и Ампера. Сила Лоренца. Вектор магнитной индукции. Поток вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции.


21



Лекция 8. Магнитное поле прямого тока. Магнитное поле в центре кругового проводника с током. Взаимодействие двух проводников. Сила Лоренца. Поток вектора магнитной индукции.

23



Лекция 9. 3.2. Магнитные свойства вещества. Молекулярные токи. Диа -, пара- и ферромагнетики. Вектор намагниченности. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Представление о ядерном магнитном резонансе и электронном парамагнитном резонансе.

26



Лекция 10. 3.3. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца. Индуктивность. Самоиндукция. Плотность энергии магнитного поля. Взаимоиндукция. Трансформатор.

29



Лекция 11. 4. Электронные и ионные явления.

4.1. Электропроводность твердых тел. Зависимость сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость. Полупроводники. Эффект Холла. Электронная и дырочная проводимости, p – n переходы. Диоды, транзисторы, интегральные схемы.


33



Лекция 12. 4.2. Токи в газах. Ионизация газов. Газоразрядная плазма. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях. Циклотрон. Масс-спектрометр. Электронный микроскоп.

36



Лекция 13. 4.3. Токи в электролитах, Закон Фарадея. Электролитическая диссоциация. Химические источники тока.

4.4. Контактные явления. Работа выхода электронов. Контактная разность потенциалов. Термоэлектронная эмиссия.

38


39


Лекция 14. 5. Переменный электрический ток.




Лекция 15. 5.4. Цепь переменного тока с R, L и С.

6. Обобщения теории Максвелла.


39


Формулы.


47



Лекция 1.

1. Электростатика


1.1. (2 часа). Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Потенциал. Разность потенциалов.


Существуют два рода зарядов: 1)положительные и 2)отрицательные. Положительные заряды образуются на стеклянной палочке, потертой о шелк, а отрицательные заряды образуются на каучуковой палочке, потертой о мех. Опытным путем (1910 – 1914) американский физик Р.Милликен показал, что электрический заряд дискретен, т.е. заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда (). Электрон () и протон () являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов. Все тела способны электризоваться, т.е. получать избыточный электрический заряд. Электризация может осуществляться различными способами: соприкосновением (трением), электростатической индукцией (наведением) и др. При электризации электризуются оба тела: одно – положительно, другое – отрицательно. Положительная электризация объясняется недостатком электронов в теле, отрицательная – их избытком. В природе выполняется закон сохранения зарядов. В зависимости от концентрации свободных зарядов все вещества делятся на 1)проводники, 2)диэлектрики и 3)полупроводники. Единицей электрического заряда является кулон (Кл). Кулон – это такой заряд, который проходит через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1с.

Закон Кулона. Закон взаимодействия неподвижных точечных зарядов экспериментально установлен в 1785 г. Ш.Кулоном с помощью крутильных весов, подобных тем, которые использовались Г.Кавендишем для определения гравитационной постоянной ( ранее этот закон был открыт Г. Кавендишем, однако его работа оставалась неизвестной более 100 лет). Точечный заряд – это такой заряд, который сосредоточен на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других зарядов. Сила взаимодействия (F) между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна величинам этих зарядов (Q1 и Q2) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (1) в векторной форме: ; (2) где - радиус вектор, соединяющий заряд с зарядом ; - действует на заряд 1. - коэффициент пропорциональности, ; -электрическая постоянная вакуума, или (), фарад – единица электроемкости. Точность закона проверена в большом интервале расстояний.

Напряженностью электростатического поля в данной точке называется величина, равная отношению силы, действующей на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

; (3) для точечного заряда . (4) Вектор направлен в ту же сторону, что и сила.



Рис.1

; Линия напряженности линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением напряженности в данной точке.

Напряженность поля от нескольких зарядов равна векторной (геометрической) сумме напряженностей, созданных отдельными зарядами.

Поток вектора напряженности:






Единица потока вектора напряженности электрического поля - вольт·метр (В·м).


Потенциал электростатического поля.

Поля, в которых работа силы (созданной полем) по замкнутой траектории равна нулю называются потенциальными. Это – электростатическое и гравитационное поля.



Рис.2

Определение I: Потенциалом поля в данной точке называется величина, равная отношению потенциальной энергии заряда в этой точке, к величине этого заряда.

. (5)

Определение II : Потенциалом поля в данной точке называется величина, равная отношению работы по перемещению положительного пробного заряда из данной точки поля в бесконечность, к величине этого заряда.

(6)



Разность потенциалов. Напряжение.



Разностью потенциалов двух точек поля называется величина, равная отношению работы по перемещению положительного пробного заряда из одной точки поля в другую, к величине этого заряда.

(7)

Потенциал, созданный шаром (равномерно заряженным по поверхности)



где от до .



Рис.3

Поле равномерно заряженной плоскости:

(8)

(9)



Рис.4

Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра:

(10)

(11)

Лекция 2


1.2. (2 часа) Диэлектрики в электростатическом поле. Диполь. Дипольный момент. Вектор поляризации. Электростатическая теорема Гаусса. Вектор электрической индукции. Уравнение Пуассона. Условия на границе раздела двух сред.

- Два вида диэлектриков:

() ()

1. Полярные – это такие диэлектрики, 2. Неполярные – это такие диэлектрики,

у которых центры положительных и у которых центры положительных и от-

отрицательных зарядов внутри моле- рицательных зарядов совмещены (ε <3).

кул разделены (ε >3).



противоположных по знаку электри- совмещен с центром положительного за-

ческих зарядов. ряда (ядра).

2(а). Эту группу составляют вещества, молекулы которых имеют ионное строение (ионные кристаллы). Ионные кристаллы представляют собой пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков. В этих кристаллах нельзя выделить отдельные молекулы, а рассматривать их можно как систему двух вдвинутых одна в другую ионных подрешеток (разного знака). (ε >3).


Поляризация диэлектриков.



Рис.5

В полярных диэлектриках диполи поворачиваются, а в неполярных и ионных – заряды смещаются.

(12) ε – диэлектрическая проницаемость, показывающая во сколько раз внешнее электрическое поле больше поля внутри диэлектрика. (бумага ε = 6, вода ε = 81, полипропилен ε = 2,5).

Закон Кулона:

(13)



Рис.6

Электрический момент диполя: (14)

Дипольный момент: (15) или: - этот вектор направлен перпендикулярно плоскости векторов и , так что из конца вектора вращение от к по кратчайшему пути видно происходящим против часовой стрелки.

Поляризованностью называют дипольный момент единицы объема диэлектрика:

(16)

Для большинства диэлектриков (за исключением сегнетодиэлектриков) поляризованность линейно зависит от напряженности поля (Е). Если диэлектрик изотропный и не слишком велико, то

(17) где χ – диэлектрическая восприимчивость вещества:

χ + 1 = ε, (18) величина безразмерная, причем χ >0. Поляризованность проявляется образованием на поверхности диэлектрика связанных зарядов. Поверхностная плотность () связанных зарядов равна поляризованности (р). Вектор электрического смещения (поляризации) для электрически изотропной среды:

(19) или . (20)

Единица электрического смещения - Вектором описывается электрическое поле, созданное связанными зарядами.

Поляризацией диэлектрика называется процесс ориентации диполей или появление под действием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей.

Вектор аналогично изображается с помощью линий электрического смещения, направление и густота которых определяется точно так же, как и для линий напряженности.

Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектора сквозь эту поверхность:

, (21) где - проекция на нормаль к площадке dS.

Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике:

(22) или упрощенно или D=σ.

Для электростатического поля в вакууме дифференциальное уравнение, называемое уравнением Пуассона:

(23) где оператор Лапласа:

(24) ρ – объемная плотность заряда. В среде , φ – потенциал поля.

Если в среде нет свободных зарядов, то - уравнение Лапласа.

Условия на границе раздела двух сред:

ε2 > ε1




Рис.7

отсюда (25)

На границе двух сред нет свободных зарядов, тогда Еn2 < En1, т.к ε2 > ε1.

  1   2   3   4   5   6

Похожие:

Курс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление iconПлан лекций по теме: «Электричество и магнетизм» Лектор: доцент Ю. М. Буров

Курс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление iconУчебно-методический комплекс по дисциплине Электричество и магнетизм для специальности 010701 "Физика" Кемерово 2008
Требования государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (специальность 010701 "Физика") к обязательному...
Курс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление iconЭлектричество и магнетизм (2 семестр). Вопросы 1 коллоквиума
Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия уединенного проводника, конденсатора, электрического поля
Курс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление iconВан Тайль Даниэльс Личный магнетизм (курс лекций) ocr: Андрей Бояринцев
...
Курс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление iconКурс лекций для студентов фен нгу (28. 03. 2004)
Название курса: Гидробиология. Курс лекций объемом 32 часа реализуется в рамках программы обучения по специальности «химик-эколог»...
Курс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление iconКурс лекций Москва, 2000 Оглавление Оглавление 1 Введение 4 Понятие о Православном Катихизисе 4 Необходимость знания основ христианского вероучения для всякого христианина 5
Учение о том, каким образом Сын Божий совершил наше спасение, или о таинстве Искупления 67
Курс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление iconПрограмма и курс лекций по дисциплине «История мировой литературы и искусства»
Программа и курс лекций по дисциплине «История мировой литературы и искусства» для студентов факультета связи с общественностью заочного...
Курс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление iconУтренняя группа Курс лекций Школы «Сомелье» Вводный курс
Правила и особенности произношения и чтения во французском языке этикетка вина. 3 часа
Курс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление iconПримерный перечень вопросов по дисциплине «Т и псо: т и тссо» /iii курс, 5 семестр

Курс лекций, II семестр, 34 часа III, IV. Электричество и магнетизм Оглавление icon2. Требования, предъявляемые к начальному уровню знаний и умений студентов
Предлагаемый курс рассчитан на второй год обучения (III, IV семестры). На курс отведено 64 аудиторных часа
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©tnu.podelise.ru 2013
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница