![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Федеральное агентство морского и речного транспорта
- •Предисловие
- •Лекция 1 Электростатика
- •1. Закон сохранения электрического заряда.
- •2. Закон Кулона.
- •3. Электрическое поле и его напряженность.
- •4. Поле диполя.
- •Лекция 2
- •1. Теорема Остроградского – Гаусса.
- •2. Применение теоремы Остроградского - Гаусса к расчету электростатических полей.
- •1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости.
- •2. Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных поверхностей.
- •3. Поле равномерно заряженной сферической поверхности.
- •4. Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра (нити).
- •Лекция 3
- •1. Работа по переносу заряда в электростатическом поле. Потенциал поля.
- •2. Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом.
- •3. Вычисление разности потенциалов по напряженности поля.
- •Лекция 4 Электрическое поле в диэлектрике.
- •1. Поляризация диэлектриков.
- •2. Напряженность поля в диэлектрике. Поляризованность.
- •3. Электрическое смещение. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.
- •4. Сегнетоэлектрики.
- •5. Пьезоэлектрики.
- •Лекция 5
- •1. Проводник во внешнем электрическом поле.
- •2. Электроемкость уединенного проводника.
- •3. Конденсаторы.
- •4. Параллельное соединение конденсаторов.
- •5. Последовательное соединение конденсаторов.
- •Лекция 6 Электрический ток
- •1. Электрический ток. Сила и плотность тока.
- •2. Сторонние силы. Электродвижущая сила (эдс) и напряжение.
- •3. Закон Ома. Сопротивление проводников.
- •4. Работа и мощность тока. Закон Джоуля- Ленца.
- •5. Правила Кирхгофа.
- •Лекция 7 Классическая электронная теория проводимости металлов.
- •1. Природа электропроводности металлов.
- •2. Кристаллическая решетка металлов. Электронный газ.
- •3. Вывод основных законов электрического тока в классической теории электропроводности металлов.
- •1. Закон Ома.
- •2. Закон Джоуля-Ленца.
- •3. Закон Видемана-Франца.
- •4. Недостатки классической электронной теории проводимости металлов.
- •Лекция 8 Магнитное поле.
- •1. Магнитное поле.
- •2. Закон Био-Савара-Лапласа.
- •3. Закон Ампера.
- •4. Единица магнитной индукции.
- •Лекция 9
- •1. Магнитное поле движущегося заряда.
- •2. Эффект Холла.
- •3. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.
- •Лекция 10
- •1. Явление электромагнитной индукции.
- •2. Закон Фарадея.
- •3. Самоиндукция. Индуктивность контура.
- •4. Взаимная индукция.
- •5. Энергия магнитного поля.
- •6. Циркуляция вектора магнитной индукции.
- •7. Магнитное поле соленоида.
- •Лекция 11 Магнитное поле в веществе.
- •1. Магнитные моменты атомов.
- •2. Диамагнетики.
- •3. Парамагнетики.
- •4. Ферромагнетизм.
- •Лекция 12
- •1. Свободные гармонические колебания в электрическом колебательном контуре.
- •2. Переменный ток.
- •1. Переменный ток, текущий через резистор сопротивлениемR.
- •4. Цепь переменного тока, содержащая последовательно включенные резистор, катушку индуктивности и конденсатор.
- •5. Резонанс напряжений.
- •6. Мощность, выделяемая в цепи переменного тока.
- •Лекция 13 Уравнения Максвелла.
- •1. Первое уравнение Максвелла.
- •2. Второе уравнение Максвелла.
- •Лекция 14
- •1. Электромагнитные волны. Скорость их распространения.
- •2. Объемная плотность энергии электромагнитного поля. Перенос энергии электромагнитной волной. Вектор Умова - Пойтинга.
- •3. Шкала электромагнитных волн.
- •4. Эффект Доплера для упругих и электромагнитных волн.
- •Лекция 15
- •1. Работа выхода электронов из металлов.
- •2. Контактная разность потенциалов
- •3. Термоэлектрические явления.
- •4. Элементы зонной теории проводимости. Возникновение энергетических зон.
- •5. Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории.
- •Лекция 16 Электропроводность полупроводников. Термоэлектрические явления.
- •1. Собственная проводимость полупроводников.
- •2. Примесная проводимость полупроводников.
- •3. Полупроводниковый диод. P-n – переход.
Лекция 12
1. Свободные гармонические колебания в электрическом колебательном контуре.
Свободные гармонические колебания
возникают в колебательном контуре,
содержащим конденсатор емкостью С и
последовательно соединенную с ним
катушку индуктивности
(см.
рис.1).
|
При замыкании на катушку предварительно заряженного конденсатора в колебательном контуре возникают свободные колебания заряда конденсатора и тока в катушке. Падение напряжения на конденсаторе
|
Рис. 1. |
|
Конденсатор разряжается, и через катушку потечет переменный ток, в результате в катушке индуктивности возникает эдс самоиндукции
(2)
По второму правилу Кирхгофа
(3)
или
,
(4)
но
и тогда, учитывая (1), получим из (4)
.
(5)
Разделим уравнение (5) на
.
(6)
Это и есть уравнение свободных
гармонических колебаний в контуре, где
- частота собственных колебаний в
контуре. Период колебаний в контуре
(7)
- формула Томсона.
Заряд
и сила тока
в контуре меняется по законам:
,
,
где
.
При свободных гармонических колебаниях
в колебательном контуре происходит
преобразование энергии электрического
поля конденсатора
в энергию
магнитного поля катушки и наоборот
,
.
Полная энергия равна их сумме
.
и
сдвинуты по фазе, в те моменты, когда
,
и наоборот, когда
,
.
Полная энергия с течением времени не меняется
,
так как
и
.
2. Переменный ток.
Установившиеся вынужденные электромагнитные
колебания в колебательном контуре,
содержащем резистор, катушку индуктивности
и конденсатор можно рассматривать как
переменный ток.. Переменный ток можно
считать квазистационарным, так как
мгновенные значения силы тока во всех
сечениях цепи практически одинаковы,
а электромагнитные возмущения
распространяются в цепи со скоростью
света. Условие квазистационарности
,
где
- время распространения электромагнитного
возмущения,
- длина участка цепи,
- период изменения тока.
Для мгновенных значений квазистационарных токов выполняются закон Ома и вытекающие из него правила Кирхгофа.
Рассмотрим последовательно процессы, происходящие в цепи, содержащий резистор, катушку индуктивности и конденсатор, при приложении к ней переменного напряжения
,
- амплитуда напряжения.
1. Переменный ток, текущий через резистор сопротивлениемR.
|
Ток через резистор при выполнении условия квазистационарности определяется законом Ома:
где
|
Рис. 2. |
|
Для наглядного изображения соотношений между токами и напряжением воспользуемся методом векторных диаграмм.
|
Диаграмма амплитудных
значений тока
|
Рис.3. |
|
2. Переменный ток, текущий через катушку индуктивностиL(R= 0,C= 0).
|
При протекании по
индуктивности переменного тока в ней
возникает эдс самоиндукции
|
Рис.4. |
|
Роль сопротивления играет величина
- реактивное индуктивное сопротивление.
Если взять
в Генри, а
в с-1, то
выразится в Омах. Чем больше
тем больше
,
для постоянного тока
= 0 и поэтому постоянному току индуктивность
не оказывает
|
сопротивления. Падение
напряжения на индуктивности опережает
про фазе ток на
|
Рис. 5. |
|
3. Переменный ток, текущий через емкость (R= 0,L= 0).
|
Когда на емкость
подано переменное напряжение, она
непрерывно перезаряжается, вследствие
чего в цепи течет переменный ток.
Напряжение на конденсаторе
|
Рис.6. |
|
,
.
Величина
называется реактивным емкостным
сопротивлением. Для постоянного
|
тока
|
Рис.7. |
|
Падение напряжения
отстает по фазе от текущего через
конденсатор тока на
.