- •1.Электрическое поле в вакууме. Напряжённость электрического поля.
- •2. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.
- •3.Основные определения векторного анализа: градиент, поток вектора, циркуляция, дивергенция, ротор. Примеры.
- •4.Теорема Остроградского — Гаусса. Электрическое поле заряженной плоскости, цилиндрической и сферической поверхности.
- •5. Дифференциальная форма теоремы Остроградского-Гаусса
- •6. Работа электрических сил. Потенциал электростатического поля.
- •7. Градиент электрического потенциала и вектор е. Силовые линии поля. Эквипотенциальные поверхности.
- •8.Диполь в электрическом поле. Поле диполя. Момент сил, действующих на диполь. Энергия диполя в роле.
- •9.Поле внутри проводника и у его поверхности. Свойства замкнутой проводящей оболочки. Электростатическая защита.
- •10. Классическая теория электропроводности металлов. Пределы её применимости.
- •11.Электрический ток в вакууме и газах. Несамостоятельный и самостоятельный газовый разряд.
- •12. Электрический ток в жидкостях. Законы электролиза Фарадея.
- •13. Электроёмкость уединённого проводника. Ёмкость проводника, имеющёго форму шара радиусом r. Единица ёмкости
- •14. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. Ёмкость плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов.
- •15. Электростатическое поле в диэлектрике. Полярные и неполярные диэлектрики.
- •16)Диэлектрическая восприимчивость. Свободные и связные заряды.
- •Зависимость от времени
- •17)Электрическая индукция. Теорема Гаусса для поля вектора d. Дифференциальная форма теоремы.
- •18) Связь между векторами d и e. Диэлектрическая проницаемость.
- •19) Граничные условия для векторов e и d. Преломление линий e и d. Поле в однородном диэлектрике.
- •20) Энергия взаимодействия системы точечных зарядов; зарядов распределенных непрерывно по объему и по поверхности
- •21) Энергия уединенного проводника. Энергия конденсатора.
- •22) Плотность энергии электрического поля (на примере плоского конденсатора)
- •23) Постоянный ток. Единица измерения. Плотность тока. Уравнение непрерывности
- •24)Диффиринциальная форма ур-я непрывности. Условие стационарности.
- •25) Сторонние силы. Эдс. Напряжение. Обобщенный закон Ома.
- •26) Закон Ома для замкнутой цепи, участка цепи, содержащего эдс.
- •27) Дифференциальная форма закона Ома.
- •28) Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа
- •29) Закон Джоуля-Ленца. Дифференциальная форма закона Джоуля-Ленца
- •30. Магнитное поле. Сила Лоренца. Сила Ампера.
- •32.Магнитное поле прямолинейного тока,кругового тока.Сила взаимодействия прямолинейных токов.
- •2. Магнитное поле в центре кругового проводника с током.
- •33.Дивергенция, циркуляция, ротор и поток магнитной индукции.
- •34.Графическое представление поля в. Теорема Гаусса для поля в.
- •35.Закон полного тока. Потенциальные и соленоидные векторные поля
- •36.Магнитное поле прямого тока, бесконечного соленоида, тороида.
- •37.Дифференциальная форма основных законов магнитного поля. Дивергенция и ротор поля b.
- •38.Магнитный момент. Силы, действующие на магнитный момент и его энергия в магнитном поле.
- •39. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
- •40.Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном поле.Эффект Холла.
- •41. Магнитные свойства вещества. Пара-, диа-, ферро-, ферри- и антиферромагнетики.
- •42. Опыт Эйнштейна – де Гааза. Опыт Барнета. Магнетомеханическое отношение спин электрона.
- •43. Магнитная восприимчивость и проницаемость. Намагничивание вещества. Напряжённость магнитного поля.
- •44. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца.
- •45. Природа электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле.
- •46. Способы измерения индукции магнитного потока. Единица измерения магнитного потока.
- •48. Взаимная индукция. Теорема взаимности.
- •49. Потенциальные и соленоидальные векторные поля. Необходимое и достаточное условие потенциальности векторного поля.
- •50. Энергия магнитного поля. Изолированный контур с током.
- •51. Магнитная энергия тока. Плотность энергии магниного поля. Энергия соленоида.
- •52. Переменный ток. Конденсатор, индуктивность и сопротивление в цепи переменного тока.
- •54. Колебательный контур. Свободные и затухающие колебания.
- •55. Вынужденные колебания. Резонанс.
- •56. Уравнение Максвелла. Интегральная и дифференциальная форма уравнений. Вектор Пойнтинга. Физический смысл уравнений Максвелла.
- •57. Ток смещения. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля.
- •58. Электормагнитные волны. Волновое уравнение. Поляризация. Плоские, сферические и цилиндрические волны.
- •59. Проводимость полупроводников. Элементы зонной теории кристаллов.
- •60. Собственные и примесные полупроводники. Дрейфовый и диффузные токи. P-n переходы.
7. Градиент электрического потенциала и вектор е. Силовые линии поля. Эквипотенциальные поверхности.
Градиент (потенциала) – вектор, показывающий направление наибольшего роста скалярной функции :
, (9)
где , – координатные орты.
Величина этого вектора равна изменению потенциала при перемещении на единицу длины в направлении быстрейшего изменения.
Длина градиента (потенциала) равна
. (10)
Из механики известно, что консервативная сила равна градиенту потенциальной энергии частицы, взятому с обратным знаком, т.е.
, (11)
где– символический вектор, называемый оператором Гамильтона или оператором набла.
Для электростатического поля имеем:
.
Тогда соотношение (11) принимает вид
,
или, (12)
т.е. напряженность электрического поля равна градиенту потенциала с обратным знаком.
Знак минус в (12) показывает, что вектор направлен противоположно вектору градиента потенциала , и силовые линии электрического поля являются линиями, вдоль которых потенциал изменяется наиболее быстро.
Очевидно, что проекция вектора на произвольное направление l равна со знаком минус частной производной потенциала по данному направлению:
. (13)
В случае однородного электрического поля (поля плоского конденсатора), в любой точке которого вектор напряженности постоянен как по величине, так и по направлению, имеем простое соотношение:
, (14)
где– разность потенциалов или напряжение между пластинами конденсатора (или между двумя эквипотенциальными поверхностями);
– расстояние между пластинами конденсатора (или между двумя эквипотенциальными поверхностями).
Поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал, называется поверхностью равного потенциала или эквипотенциальной поверхностью, для которой
. (15)
Перенос заряда вдоль эквипотенциальной поверхности не требует работы (разность потенциалов двух любых точек этой поверхности равна нулю). Это означает, что сила, действующая на переносимый заряд, перпендикулярна к перемещению.
Следовательно, вектор всегда направлен по нормали к эквипотенциальной поверхности, т.е. линии напряженности в каждой точке ортогональны к эквипотенциальной поверхности.
Итак, можно сделать важный вывод о том, что электрическое поле полностью можно описать векторной величиной – напряженностью . Но во многих случаях оказывается, что для вычисления напряженности электрического поля удобнее сначала определить потенциал φ и затем по формуле
вычислить напряженность .
Силовые линии — направленные линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности электрического поля. Отсюда следует, что напряженность равна разности потенциалов U на единицу длины силовой линии.
Именно вдоль силовой линии происходит максимальное изменение потенциала. Поэтому всегда можно определитьмежду двумя точками, измеряя U между ними, причем тем точнее, чем ближе точки. В однородном электрическом поле силовые линии – прямые. Поэтому здесь определить наиболее просто:
|
. |
(3.6.1) |
|
Теперь дадим определение эквипотенциальной поверхности. Воображаемая поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал, называется эквипотенциальной поверхностью. Уравнение этой поверхности
|
|
(3.6.2) |
|
Графическое изображение силовых линий и эквипотенциальных поверхностей показано на рисунке 3.4.
Рис. 3.4
При перемещении по этой поверхности на dl потенциал не изменится:
Отсюда следует, что проекция вектора на dlравнанулю, то есть Следовательно, в каждой точке направлена по нормали к эквипотенциальной поверхности.
Эквипотенциальных поверхностей можно провести сколько угодно много. По густоте эквипотенциальных поверхностей можно судить о величине , это будет при условии, что разность потенциалов между двумя соседними эквипотенциальными поверхностями равна постоянной величине