Электростатика. Постоянный электрический ток. Электромагнетизм

Рабочая программа

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ. Электрические свойства тел. Элементарный заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Электрическая постоянная. Электрическое поле. Напряженность поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии поля. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса. Вычисление напряженности  поля  заряженных  тел.

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ. ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ. Проводники в электрическом поле. Электроемкость проводников. Конденсаторы. Соединение конденсаторов. Энергия системы зарядов. Энергия заряженного проводника. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электростатического поля.

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. Электрический ток. Сила тока. Плотность тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводников. Источники тока. Электродвижущая сила (э.д.с.). Закон Ома для полной цепи. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля – Ленца.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле. Закон Ампера. Магнитная индукция. Силовые линии магнитного поля. Магнитная постоянная. Магнитное поле движущихся зарядов. Сила Лоренца.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ. Закон Био–Савара–Лапласа для элемента тока. Поле прямолинейного и кругового токов. Магнитный момент кругового тока. Циркуляция вектора магнитной индукции. Магнитное поле соленоида. Магнитный поток. Работа перемещения контура с током в магнитном поле.

ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ. Движение заряженных частиц в однородном поле. Эффект Холла. Отклонение движущихся заряженных частиц электрическими и магнитными полями. Масс-спектрометры. Ускорители заряженных частиц.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ. Взаимодействие магнитного поля с веществом. Элементарный ток в магнитном поле. Намагниченность. Магнитная восприимчивость. Магнитная проницаемость. Напряженность магнитного поля.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ. Возникновение электрического тока при изменении магнитного поля. Индукционный ток. Правило Ленца. Э.д.с. индукции. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Явление самоиндукции. Индуктивность. Взаимная индукция. Энергия магнитного поля соленоида. Плотность энергии магнитного поля.

Библиографический список

1. Савельев, И.В. Курс общей физики: Т.2 / И.В. Савельев. - М.: Наука,  

1987.– 492 с.

2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. - М.: Высшая школа, 2004. - 542 с.

3. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / В.С. Волькенштейн. – М.: Наука, 1999. – 327 с.

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

1 Закон Кулона

,

где F – сила взаимодействия точечных зарядов   q ₁   и   q ₂;   r – расстояние между зарядами;    e – диэлектрическая проницаемость; e₀– электрическая постоянная.

2 Напряженность  и  потенциал  электрического  поля

, ,

где П – потенциальная энергия точечного положительного заряда q ₀, находящегося в данной точке поля (при условии, что потенциальная энергия заряда, удаленного в бесконечность, равна нулю).

3  Сила, действующая на точечный заряд, находящийся в электрическом поле, и потенциальная энергия этого заряда:

, .

4   Работа сил поля по перемещению заряда q из точки поля с потенциалом j₁  в точку с потенциалом j₂: A ₁₂= q (j₁ – j₂).

5  Напряженность и потенциал поля, создаваемого системой точечных зарядов (принцип суперпозиции электрических полей):

, ,

где ,  j _i - напряженность и потенциал в данной точке поля, создаваемого i -м зарядом.

6   Напряженность и потенциал поля, создаваемого точечным зарядом:

, ,

где r - расстояние от заряда q до точки, в которой определяются напряженность и потенциал.

7  Напряженность и потенциал поля, создаваемого проводящей заряженной сферой радиусом R на расстоянии r от центра сферы:

а) , (при r < R);

б)    (при r = R);

в)    (при r > R),

где q – заряд сферы.

Линейная плотность заряда: .

  Поверхностная плотность заряда: .

8   Напряженность и потенциал поля, создаваемого распределенными     

    зарядами.

   Если заряд равномерно распределен вдоль линии с линейной плотностью t, то на линии выделяется малый участок длиной dl с зарядом dq = t dl. Такой заряд можно рассматривать как точечный и применять формулы:   где   – радиус-вектор, направленный от выделенного элемента dl к точке, в которой вычисляется напряженность.

Используя принцип суперпозиции электрических полей, находим интегрированием напряженность   и потенциал j поля, создаваемого распределенным зарядом:   

Интегрирование ведется вдоль всей длины l заряженнойлинии.

9  Напряженность поля, создаваемого прямой бесконечной равномерно заряженной нитью или бесконечно длинным цилиндром:    , где r - расстояние от нити или оси цилиндра до точки, в которой вычисляется напряженность поля.

10  Напряженность поля, создаваемого бесконечной равномерно заряженной плоскостью:  

11  Связь потенциала с напряженностью поля:

а)   (в общем случае);

б)     (в случае однородного поля);

в)   (в случае поля, обладающего центральной или осевой симметрией).

12  Электрический момент диполя: , где q – заряд;   – плечо диполя, т. е. векторная величина, направленная от отрицательного заряда к положительному и численно равная расстоянию между зарядами.

13  Электроемкость:

    или ,

где j – потенциал проводника (при условии, что в бесконечности потенциал проводника принимается равным нулю); U – разность потенциалов пластин конденсатора.

Электроемкость уединенной проводящей сферы радиусом R: С = 4pe₀ e R.

Электроемкость плоского конденсатора: , где S -площадь пластины (одной) конденсатора; d - расстояние между пластинами.

Электроемкость батареи конденсаторов:

а)    (при последовательном соединении);

б)    (при параллельном соединении),

где N - число конденсаторов в батарее.

14 Энергия заряженного конденсатора: