- •50. Ток смещения. Система уравнений Максвелла. Относительность электрических и магнитных полей.
- •51. Понятия о колебательных процессах. Гармонические колебания (гк), их характеристики. Представление гк в аналитическом, графическом виде и с помощью векторной диаграммы.
- •52. Сложение гармонических колебаний одной частоты и одинакового направления. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний одинаковой частоты.
- •Сложение взаимно перпендикулярных колебаний
- •53. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Гармонические осцилляторы: груз на пружине, колебательный контур. Энергетические соотношения для гармонических осцилляторов.
- •54. Свободные затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний. Амплитуда и частота затухающих колебаний.
- •55. Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Резонанс.
- •56. Переменный электрический ток как вынужденные колебания. Закон Ома для переменного тока. Мощность переменного тока.
- •57. Упругие волны. Уравнения плоской и сферической волн. Фазовая скорость. Волновое уравнение.
- •58. Энергия и плотность потока энергии упругой волны. Вектор Умова.
- •59. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Свойства электромагнитных волн.
- •60. Энергия электромагнитной волны. Плотность потока электромагнитной энергии. Вектор Пойнтинга.
- •61. Свет как электромагнитная волна. Дисперсия света. Интерференция и дифракция волн.
- •62. Тепловое излучение, его свойства и основные характеристики. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и Вина для теплового излучения. Абсолютно черное тело.
- •63. Проблема излучения абсолютно черного тела (ультрафиолетовая катастрофа). Квантовая гипотеза и формула Планка.
- •64. Фотоэффект, законы фотоэффекта и его теория
- •65. Фотоны. Энергия и импульс световых квантов. Эффект Комптона и его теория явления.
- •66. Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения. Гипотеза де Бройля и ее экспериментальное подтверждение.
- •Волны де Бройля
- •68. Состояние микрочастицы в квантовой механике. Волновая функция и ее статистический смысл. Стандартные условия для волновой функции. Временное и стационарное уравнения Шредингера
- •69. Решение стационарного уравнения Шредингера для частицы в одномерной прямоугольной потенциальной яме. Энергетические уровни.
- •70. Уравнение Шредингера для атома водорода. Энергетические уровни. Полная система квантовых чисел. Спин электрона. Принцип Паули.
- •71. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, диэлектрики и полупроводники в зонной теории.
- •72. Собственная и примесная проводимости полупроводников. Фотопроводимость.
- •73. Состав и характеристики атомного ядра. Ядерные силы и их свойства. Обменный характер ядерных сил.
- •74. Дефект массы и энергия связи ядра. Удельная энергия связи и ее зависимость от массового числа. Два способа получения ядерной энергии.
- •75. Радиоактивные превращения атомных ядер. Закон радиоактивного распада. Закономерности и происхождение альфа-, бета- и гамма–излучений.
50. Ток смещения. Система уравнений Максвелла. Относительность электрических и магнитных полей.
Максвелл высказал гипотезу, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в контуре. Согласно представлениям Максвелла, контур, в котором появляется э.д.с., играет второстепенную роль, являясь своего рода лишь «прибором», обнаруживающим это поле. Электрическое поле EB, возбуждаемое магнитным полем, как и само магнитное поле является вихревым. Согласно Максвеллу, если всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, то должно существовать и обратное явление: всякое изменение электрического поля должно вызывать появление в окружающем пространстве вихревого магнитного поля. Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение так называемый ток смещения. Между обкладками заряжающегося и разряжающегося конденсатора имеется переменное электрическое поле, поэтому, согласно Максвеллу, через конденсатор «протекают» токи смещения, причем в тех участках, где отсутствуют проводники.По Максвеллу, переменное электрическое поле в конденсаторе в каждый момент времени создает такое магнитное поле, как если бы между обкладками конденсатора существовал ток смещения, равный току в подводящих проводах. Тогда можно утверждать, что токи проводимости (I) и смещения (Iсм) равны: Iсм =I.
Ток проводимости вблизи обкладок конденсатора
(поверхностная плотность заряда на обкладках равна электрическому смещению D в конденсаторе)Сравнивая это выражение с имеем-это выражение и было названо Максвелломплотностью тока смещения.
В диэлектриках ток смещения состоит из двух слагаемых. Так как, согласно (89.2), D=0E+P, где Е – напряженность электростатического поля, а Р — поляризованность то плотность тока смещения
где 0 — плотность тока смещения в вакууме, — плотность тока поляризации — тока, обусловленного упорядоченным движением электрических зарядов в диэлектрике (смещение зарядов в неполярных молекулах или поворот диполей в полярных молекулах).Максвелл обобщил теорему о циркуляции вектора Н введя в ее правую часть полный ток Iполн = jполнdS сквозь поверхность S, натянутую на замкнутый контур L. Тогда обобщенная теорема о циркуляции вектора Н запишется в виде
В основе теории Максвелла лежат рассмотренные выше четыре уравнения:
1.Циркуляция вектора напряженности суммарного поля Это уравнение показывает, что источниками электрического поля могут быть не только электрические заряды, но и изменяющиеся во времени магнитные поля.
2.Обобщенная теорема о циркуляции вектора Н: Это уравнение показывает, что магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися зарядами (электрическими токами), либо переменными электрическими полями.
3. Теорема Гаусса для поля D : Если заряд распределен внутри замкнутой поверхности непрерывно с объемной плотностью, то формула запишется в виде
4.Теорема Гаусса для поля В:
где 0 и 0 — соответственно электрическая и магнитная постоянные, и — соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемости, — удельная проводимость вещества.
Из уравнений Максвелла вытекает, что источниками электрического поля могут быть либо электрические заряды, либо изменяющиеся во времени магнитные поля, а магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися электрическими зарядами (электрическими токами), либо переменными электрическими полями. Уравнения Максвелла не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это связано с тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет зарядов магнитных.Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле всегда связано с порождаемым им магнитным, т. е. электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом — они образуют единое электромагнитное поле.