Содержание теоретического курса

В.Н. Иванов, В.Н. Лиссон, В.П. Шабалин

ЭЛЕКТРОСТАТИКА И ПОСТОЯННЫЙ ТОК.

МАГНЕТИЗМ

Учебное пособие

Омск 2007

УДК 537(075)

ББК 22.3я7

И 20

Рецензенты:

Н.Н. Струнина, канд. физ.-мат. наук, доцент ОмГУ;

Т.А. Аронова, канд. физ.-мат. наук, доцент ОмГУПС

Иванов В.Н.

И 20 Электростатика и постоянный ток. Магнетизм: учеб. пособие./В.Н. Иванов, В.Н. Лиссон, В.П. Шабалин/ Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. 72 с.

Приведены краткие теоретические сведения, формулировки основных законов и теорем электромагнитного поля, некоторые частные результаты применения законов и теорем; примеры решения задач; тексты задач и варианты двух контрольных работ № 3 и № 4. Предназначено для студентов инженерно-технических специальностей ОмГТУ заочной и вечерней форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университетаю

УДК 537(075)

ББК 22.3я7

ã Авторы, 2007

ã Омский государственный

технический университет, 2007

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель настоящего учебного пособия - оказать помощь студентам заочной и вечерней форм обучения инженерно-технических специальностей высших учебных заведений в изучении курса физики по разделам:

- электростатика (электрическое поле неподвижных электрических зарядов);

- постоянный электрический ток;

- магнитное поле постоянного тока;

- электромагнитная индукция и уравнения Максвелла.

Основной учебный материал программы курса в пособии распределен на две главы. В каждой из них даны примеры решения физических задач, задачи для самостоятельного решения с ответами и контрольное задание.

При работе с пособием студентам-заочникам рекомендуется сделать следующее.

1. Выбрать какой-либо учебник по курсу физики из тех, что приводятся в библиографическом списке. В данном пособии учебный материал излагается в сжатой форме, поэтому необходимо пользоваться дополнительной литературой. Это позволит лучше усвоить основные законы и теоремы электромагнетизма.

2. Чтение учебного пособия следует сопровождать составлением конспекта, в котором записываются формулировки законов и теорем электромагнитного поля и математические соотношения, выражающие их, определения физических величин и единицы их измерения, делаются рисунки и выполняется решение типовых задач.

3. Самостоятельную работу по изучению физики студент должен подвергать систематическому самоконтролю. С этой целью после изучения очередного раздела следует ставить вопросы, касающиеся формулировок законов, определений физических величин, и отвечать на них. При этом надо использовать рабочую программу (содержание теоретического курса).

4. Студент не должен ограничиваться только запоминанием физических формул. От него требуется умение самостоятельно применять физические законы и на их основе делать выводы формул и проводить доказательства теорем.

5. Чтобы подготовиться к выполнению контрольной работы, следует после изучения очередного раздела внимательно разобрать приведенные в пособии примеры решения типовых задач, решить задачи, предназначенные для самоконтроля.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА

Электрический заряд и его дискретность. Идея близкодействия. Границы применимости классической электродинамики. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Поток вектора и теорема Гаусса. Работа сил электростатического поля и циркуляция вектора . Потенциал и разность потенциалов, связь напряженности поля и потенциала.

Энергия диполя во внешнем электростатическом поле. Поляризация диэлектрика. Поляризационные заряды. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость. Основные уравнения электростатики диэлектриков. Граничные условия на поверхности раздела «диэлектрик-диэлектрик». Виды диэлектриков.

Идеальный проводник в электростатическом поле. Поверхностные заряды. Граничные условия на поверхности раздела «идеальный проводник-вакуум». Электростатическое поле в полости идеального проводника. Электростатическая защита. Коэффициенты емкости и взаимной емкости проводников. Конденсаторы. Емкость конденсаторов.

Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников. Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.

Условия существования тока и характеристики тока. Законы Ома и Джоуля–Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Разрядка конденсатора. Носители тока в металлах. Недостаточность классической электронной теории. Электронный ферми-газ в металле. Электронные теплоемкость и теплопроводность.

Неоднородный участок электрической цепи, сторонние силы, ЭДС, напряжение, разность потенциалов. Закон Ома для замкнутой цепи и участка цепи, содержащего источник ЭДС. Закон сохранения энергии для замкнутой цепи. Правила Кирхгофа.

Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электрический ток в газе. Процессы ионизации и рекомбинации.

Сила Лоренца. Сила Ампера. Магнитная индукция. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Закон Био-Савара. Принцип суперпозиции для магнитного поля. Магнитное поле прямолинейного и кругового проводника с током. Теорема Гаусса и циркуляция магнитного поля. Виток с током в магнитном поле. Момент сил, действующий на виток с током в магнитном поле. Магнитный момент. Энергия витка с током во внешнем магнитном поле. Магнитное поле длинного соленоида и тороида.

Намагничивание вещества. Молекулярные токи. Намагниченность. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Основные уравнения магнетостатики в веществе. Граничные условия на поверхности раздела двух магнетиков. Магнетики. Пара-, диа-, ферро-, антиферромагнетики. Элементы теории ферромагнетизма. Точка Кюри. Доменная структура. Техническая кривая намагничивания.

Электромагнитная индукция. Правило Ленца. Явления взаимоиндукции и самоиндукции. Индуктивность. Явления самоиндукции при замыкании и размыкании электрической цепи. Флюксметр. Магнитная энергия тока. Плотность энергии магнитного поля.

Фарадеевская и максвелловская трактовки явления электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.