2. Экзаменационные вопросы по электростатике, постоянному электрическому току и электромагнитным явлениям (2 курс, 2,3 семестры)

2.1. Электростатика и постоянный электрический ток

1. Предмет классической электродинамики. Электрический заряд и его дискретность. Теория близкодействия. Элементарные электрические заряды. Закон сохранения зарядов. Точечные заряды. Закон Кулона.

2. Напряженность электрического поля, единицы измерения. Напряжённость поля точечного заряда. Силовые линии. Однородное поле.

3. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Напряжённость электрического поля системы точечных зарядов. Сила, действующая на заряд, электрический диполь.

4. Работа электрического поля по перемещению электрического заряда. Консервативность силы, действующей на заряд. Понятие потенциала, единицы измерения. Потенциал точки поля, созданного точечным зарядом, системой точечных зарядов.

5. Работа по перемещению заряда в электрическом поле (через напряжённость и через разность потенциалов). Эквипотенциальные поверхности и их свойства. Примеры эквипотенциальных поверхностей.

6. Связь напряженности и потенциала электростатического поля. Напряжённость электрического поля как градиент потенциала. Единицы измерения напряженности.

7. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Остроградского-Гаусса и алгоритм её применения.

8. Циркуляция вектора напряжённости статического поля. Электрическое поле равномерно движущегося заряда.

9. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету электрического поле бесконечного, равномерно заряженного цилиндра и нити, системы двух коаксиальных цилиндров.

10. Электрическое поле равномерно заряженной плоскости, системы двух параллельных плоскостей. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету электрических полей, порождаемых равномерно заряженными сферой и диэлектрическим шаром

11. Электрическое поле в различных системах отсчета. Инвариантность электрического заряда.

12. Проводники и их классификация. Идеальный проводник в электрическом поле. Поверхностные заряды. Электростатическое поле в полости идеального проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в объеме проводника и по его поверхности. Электростатическая защита.

13. Электрический заряд у поверхности проводящей плоскости. Метод зеркальных отображений.

14. Электроемкость уединенного проводника и ее физический смысл. Коэффициенты емкости и взаимной емкости проводников. Конденсаторы и их емкость. Емкость плоского конденсатора (с выводом).

15. Электроемкость коаксиального кабеля. Вывод формулы. Примерный расчет.

16. Диэлектрики. Свободные и связанные (поляризационные) заряды в диэлектриках. Поляризация диэлектриков. Механизмы поляризации диэлектриков. Молекула воды как электрический диполь. Электретный механизм поляризации.

17. Характеристики электрического поля в диэлектриках: вектор поляризации; вектор электрической индукции (электрическое смещение). Диэлектрическая восприимчивость вещества. Относительная диэлектрическая проницаемость среды и её физический смысл.

18. Электрический диполь в однородном и неоднородном электрическом поле.

19. Граничные условия на поверхности раздела "диэлектрик-диэлектрик" и " проводник-диэлектрик". Электрическое поле на границе проводник-вакуум. Электростатический экран.

20. Сегнетоэлектрики. Физическая природа аномальной поляризации. Точка Кюри. Диэлектрическая проницаемость. Петля гистерезиса.

21. Пьезоэлектрический эффект. Пьезомодуль. Прием и излучение ультразвука. Электрострикция.

22. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников, заряженного конденсатора. Энергия электрического диполя, помещенного в однородное электрическое поле. Объемная плотность энергии электрического поля. Силы, действующие на макроскопические заряженные тела в электрическое поле.

23. Постоянный электрический ток. Основные действия и условия существования постоянного тока. Сторонние силы. Проводники и изоляторы. Характеристики постоянного электрического тока: сила (величина) тока и плотность тока. Уравнение непрерывности. Электродвижущая сила, напряжение и разность потенциалов. Их физический смысл. Связь между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.

24. Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее опытные обоснования. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Электрическое сопротивление (электропроводимость). Закон Ома для участка цепи, полной цепи. Ток короткого замыкания. Температурная зависимость сопротивления проводников. Явление сверхпроводимости.

25. Выделение тепла в проводнике. Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной и интегральной формах.

26. Мощность во внешней цепи. Согласование нагрузки с источником тока. КПД источника тока.

27. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Разветвлённые электрические цепи. Правила Кирхгофа и их применение.

28. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электрический ток в газе. Процессы ионизации и рекомбинации. Электропроводность слабо ионизированных газов. Электрический ток в жидкостях. Понятие о плазме. Электропроводность плазмы. Плазменная частота. Дебаевская длина.

29. Зонная теория электропроводимости металлов и диэлектриков. Функция Ферми-Дирака. Уровень Ферми. Запрещенная зона и зона проводимости.

30. Полупроводники. Собственная проводимость. Функция Ферми-Дирака. Дырочная и электронная проводимости.

31. Функция Ферми-Дирака. Температурная зависимость электропроводимости в «собственных» полупроводниках.

32. Примесные полупроводники. Донорные и акцепторные уровни в энергетической структуре.

33. Явления на границах раздела полупроводников p и n типа (p-n переход). Полупроводниковые диоды. Одно- и двухполупериодные схемы выпрямления.

34. Эффект Пельтье. Интерпретация на основе зонной теории. Практическое значение.

35. Эффект термопары. Интерпретация на основе зонной теории. Практическое применение.