Модуль 3. Електрика та магнетизм

Тема 3.1. Електростатичне поле. Електростатичне поле у вакуумі, в речовині. Електричний заряд. Закон Кулона. Вектор напруженості електростатичного поля, принцип суперпозиції. Потік вектора напруженості електростатичного поля. Теорема Гауса. Електричне поле заряджених нескінченних нитки та площини.

Робота сил електростатичного поля. Потенціал електростатичного поля. Різниця потенціалів. Циркуляція напруженості електростатичного поля. Зв’язок напруженості з потенціалом.

Тема 3.2. Електричне поле в діелектриках та провідниках. Електричний диполь. Поведінка диполя в однорідному та неоднорідному електричному полі. Полярні та неполярні діелектрики. Поляризація діелектриків, характеристики їх поляризованого стану. Вектор електричного зміщення. Сегнетоелектрики. П’єзоелектричний ефект.

Провідники в електростатичному полі. Електроємність провідника, конденсатора. З’єднання конденсаторів. Енергія зарядженого конденсатора. Густина енергії електростатичного поля.

Тема 3.3. Постійний електричний струм. Постійний електричний струм, елементи фізичної електроніки. Постійний електричний струм, умови його існування. Сила та густина струму. ЕРС джерела струму. Закон Ома для ділянки кола в інтегральній та диференціальній формах. Опір провідників. Закон Ома для повного кола. Розгалужені кола. Правила Кірхгофа.

Робота та потужність електричного струму. Закон Джоуля-Ленца.

Тема 3.4.* Електричний струм в різних середовищах. Електропровідність металів та розчинів електролітів. Застосування електролізу. Електричний струм у газах, самостійний газовий розряд, уявлення про плазму. Контактні електричні явища та термоелектронна емісія. Електровакуумні прилади.

Тема 3.5. Магнітне поле. Вектор магнітної індукції. Закон Ампера. Контур зі струмом в магнітному полі. Магнітний момент контура зі струмом. Принцип роботи електродвигунів.

Сила Лоренца. Рух заряджених частинок у магнітному полі. Прискорювачі заряджених частинок. Магнітні пастки.

Магнітне поле в речовині. Характеристики намагніченого стану. Магнетики. Феромагнетики та їхнє застосування.

Тема 3.6. Магнітне поле струмів. Закон Біо-Савара-Лапласа. Магнітне поле прямого та колового провідників зі струмом. Взаємодія струмів. Закон повного струму, магнітне поле соленоїда та тороїда. Вихровий характер магнітного поля.

Тема 3.7. Електромагнітні явища. Потік вектора магнітної індукції. Явище електромагнітної індукції, закон Фарадея, правило Ленца. Генератори електричного струму. Явище самоіндукції, індуктивність. Перехідні процеси у колі з індуктивністю. Взаємна індуктивність, трансформатори.

Робота при переміщенні провідника зі струмом у магнітному полі. Енергія провідника зі струмом. Об’ємна густина енергії магнітного поля.

Тема 3.8. Основи електродинаміки. Рівняння Максвелла в інтегральній та диференціальній формах. Струм зміщення. Диференціальне рівняння електромагнітної хвилі.

Модуль 4. Коливальні та хвильові процеси, оптика

Тема 4.1. Гармонічні коливання. Механічні та електромагнітні коливальні процеси та системи. Пружинний маятник. Математичний та фізичний маятники. Електричний коливальний контур. Диференціальні рівняння коливальних процесів. Гармонічні коливання та їхні характеристики. Подання гармонічних коливань у комплексній формі. Перетворення енергії при гармонічних коливаннях.

Додавання коливань. Биття. Фігури Ліссажу.

Тема 4.2. Згасаючі та вимушені коливання. Диференціальне рівняння згасаючих коливань та його розв’язок. Характеристики згасання. Аперіодичні процеси.

Вимушені коливання. Диференціальне рівняння вимушених коливань. Амплітуда та фаза вимушених коливань. Резонанс механічних систем. *Резонанс у колах змінного струму.

Автоколивання. Релаксаційні та параметричні коливання. Подання несинусоїдальних коливань у вигляді рядів Фур’є.

Тема 4.3. Механічні хвилі. Загальні закономірності хвильових процесів. Поздовжні та поперечні хвилі. Рівняння синусоїдної хвилі. Диференціальне хвильове рівняння.

Швидкість механічних хвиль у газах, рідинах та твердих тілах. Потік енергії хвилі. Звукові хвилі, їхні основні характеристики. Ультразвук та його використання. Область чутності. Акустика приміщень та споруд.

Тема 4.4. Електромагнітні хвилі. Диференціальне рівняння електромагнітної хвилі. Вектор Пойнтінга. Шкала електромагнітних хвиль. Передача інформації за допомогою електромагнітних хвиль.

Фазова та групова швидкості. Дисперсія хвиль. Аномальна дисперсія. Ефект Допплера та його використання. Стоячі хвилі.

Тема 4.5.* Геометрична оптика. Світлові хвилі. Закони геометричної оптики. Оптичні деталі та прилади. Елементи фотометрії. Характеристики джерел світла. Поглинання світла. Оптичні прилади для геодезичних вимірювань.

Тема 4.6. Інтерференція та дифракція світла. Когерентність. Часова та просторова когерентність. Принцип Гюйгенса-Френеля. Інтерференція на пластині та клині. Інтерферометри. Застосування інтерференції.

Дифракція Френеля. Метод зон Френеля. Дифракція Фраунгофера на щілині та дифракційній решітці. Уявлення про голографію. Дифракція на кристалічній решітці. Роздільна здатність оптичних приладів.

Тема 4.7. Поляризація світла. Поляризація при відбиванні та заломленні світла. Закон Брюстера. Подвійне променезаломлення в кристалах. Поляризаційні пристрої. Закон Малюса. Штучна анізотропія. Ефект Керра. Застосування поляризованого світла в техніці.