МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
В.М. Полунин, Г.Т. Сычев
ФИЗИКА
Электромагнитные явления
Конспект лекций
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве конспекта лекций
Курск 2004
УДК 531/534
ББК В21
П53
Рецензенты:
Доктор физико-математических наук,
зав. кафедрой «Теоретическая и экспериментальная физика« Курского государственного техн. ун-та, профессор А.А. Родионов
Кандидат физико-математических наук, зав. кафедрой «Общая физика« Курского государственного ун-та Ю.А. Неручев
Кандидат технических наук, зав. кафедрой «Физика« Курской сельскохозяйственной академии Д.И. Якиревич
Полунин, В.М. Физика. Электромагнитные явления [Текст]: конспект лекций /В.М. Полунин, Г.Т. Сычев; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2004. 187 с. Библиограф.: 186 с. 250 экз.
Конспект лекций составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта-2000, Примерной программы дисциплины «Физика« (2000 г.) и рабочей программы по физике для студентов инженерно-технических специальностей КГТУ (2000 г.).
Изложение материала в данной работе предусматривает знание студентами физики и математики в объеме школьной программы, большее внимание уделено трудным для понимания вопросам, что облегчает студентам процесс подготовки к экзамену.
Конспект лекций по электромагнитным явлениям предназначен для самостоятельной работы по физике студентов инженерно-технических специальностей всех форм обучения.
УДК 531/534
ББК В21
П53
Курский государственный технический университет, 2004
Полунин В.М., Сычев Г.Т., 2004
Оглавление
От авторов 6
Введение 8
Электромагнитные явления 12
Лекция 1. Магнитостатика. Магнитное поле в вакууме
и его характеристики 12
1.1. Магнитное поле в вакууме и его характеристики. Магнитное поле
и магнитный момент кругового тока 12
1.2. Закон Био-Савара-Лапласа 17
1.2.1. Магнетизм как релятивистский эффект 17
1.2.2. Закон Био-Савара-Лапласа и алгоритм его применения 18
1.3. Применение закона Био-Савара-Лапласа к расчету магнитных
полей прямолинейного и кругового токов 21
1.3.1. Магнитное поле прямолинейного бесконечно длинного проводника
с током 21
1.3.2. Магнитное поле на оси кругового проводника с током 23
1.4. Магнитное взаимодействие токов. Силы Лоренца и Ампера 25
Лекция 2. Магнитное поле в вакууме и его характеристики
(продолжение) 29
2.1. Циркуляция индукции магнитного поля. Вихревой характер
магнитного поля. Теорема о циркуляции индукции магнитного поля
(закон полного тока для магнитного поля) 29
2.2. Применение закона полного тока для расчета магнитных полей 32
2.2.1. Напряженность поля бесконечно длинного соленоида 32
2.2.2. Напряженность магнитного поля тороида 34
2.2.3. Напряженность магнитного поля внутри толстых проводников с током 35
2.3. Магнитный поток. Магнитные цепи 36
2.4. Работа по перемещению проводника и контура с током
в магнитном поле 41
Лекция 3. Магнитное поле в веществе 44
3.1. Природа магнитных свойств вещества. Магнитные моменты атомов.
Микро- и макротоки (молекулярные токи) 44
3.2. Магнитное поле в веществе. Намагниченность 49
3.3. Диамагнетизм. Диамагнетики и их свойства 50
3.4. Парамагнетизм. Парамагнетики и их свойства 54
3.5. Элементы теории ферромагнетизма. Ферромагнетики и их свойства 58
3.5.1. Намагничивание ферромагнетиков 59
3.5.2. Свойства ферромагнетиков 62
3.6. Антиферромагнетизм. Антиферромагнетики и их свойства 72
3.7. Граничные условия на поверхности раздела двух магнетиков 74
Лекция 4. Электромагнитная индукция 76
4.1. Явление электромагнитной индукции. Основной закон
электромагнитной индукции. Правило (закон) Ленца 76
4.2. Вывод основного закона электромагнитной индукции из
закона сохранения и превращения энергии 81
4.3. Явление самоиндукции. Магнитное поле бесконечно длинного
соленоида. Коэффициенты индуктивности и взаимной индуктивности 83
4.3.1. Взаимная индукция. Коэффициент взаимной индукции 85
4.4. Явление самоиндукции при замыкании и размыкании
электрической цепи 86
4.5. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии
магнитного поля 90
Лекция 5. Движение заряженных частиц в электрическом
и магнитном полях 94
5.1. Движение заряженных частиц в однородном электрическом поле 94
5.2. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле 96
5.3. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях.
Гальваномагнитные явления 98
5.4. Применение электронных пучков в науке и технике. Понятие
об электронной оптике 101
5.4.1. Электронный микроскоп 105
5.4.2. Определение удельного заряда ионов. Масс-спектрографы 106
5.5. Эффект Холла 108
Лекция 6. Ангармонический осциллятор. Электромагнитные
колебания 111
6.1. Нелинейный осциллятор. Физические системы,
содержащие нелинейность 111
6.2. Получение электромагнитных колебаний. Собственные
электромагнитные колебания. Дифференциальное уравнение
собственных электромагнитных колебаний и его решение 114
6.3. Затухающие электромагнитные колебания. Дифференциальное
уравнение затухающих электромагнитных колебаний и его решение.
Характеристики затухающих электромагнитных колебаний 118
6.4. Вынужденные электромагнитные колебания. Дифференциальное
уравнение вынужденных электромагнитных колебаний и его решение.
Резонанс 121
Лекция 7. Теория Максвелла 125
7.1. Основные положения теории Максвелла 125
7.2. Представление ЭДС индукции с помощью теоремы Стокса 129
7.3.
Представление циркуляции
с помощью теоремы Стокса 130
7.4 Ток смещения 131
7.5. Система уравнений Максвелла 134
7.5.1. Система уравнений Максвелла в интегральной форме 135
7.5.2. Система уравнений Максвелла в дифференциальной форме 137
7.5.3. Материальные уравнения 137
7.6. Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Основные свойства,
получение и распространение электромагнитных волн. Энергия
электромагнитной (световой) волны. Вектор Умова-Пойнтинга 140
7.6.1. Волновое уравнение 140
7.6.2. Плоская электромагнитная волна 142
7.6.3. Законы отражения и преломления электромагнитных волн 144
7.6.4. Свет как электромагнитная волна 146
7.6.5. Энергия электромагнитной (световой) волны.
Вектор Умова-Пойнтинга 147
7.7. Источники электромагнитного излучения 149
Лекция 8. Принцип относительности в электродинамике 150
8.1. Релятивистское преобразование электромагнитных полей,
зарядов и токов 150
8.1.1. Электрическое поле в различных системах отсчёта 150
8.1.2. Магнитное поле в различных системах отсчёта 155
8.1.3. Электромагнитное поле в различных системах отсчёта 156
8.1.4. Доказательство инвариантности электрического заряда 159
8.2. Инвариантность уравнений Максвелла относительно
преобразований Лоренца 161
Лекция 9. Квазистационарное электромагнитное поле.
Квазистационарные электрические токи 164
9.1. Квазистационарное электромагнитное поле 164
9.2. Квазистационарные электрические токи 168
9.2.1. Работа и мощность переменного электрического тока 170
9.2.2. Емкостное и индуктивное сопротивления цепи переменному току 172
9.2.3. Обобщенный закон Ома. Электрический резонанс.
Коэффициент мощности электрической цепи 175
9.2.4. Вихревые электрические токи (токи Фуко) 179
9.2.5. Скин-эффект 180
Заключение 184
рекомендательный список литературы 186