Федеральное агентство морского и речного транспорта

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра физики и химии

Пономарева В. А.

Кузьмичева В.А.

К У Р С Л Е К Ц И Й

по общей физике, ч. II

Электричество и магнетизм

Альтаир МГАВТ

Москва 2007.

УДК 530.1

Пономарева Вера Андреевна.

Кузьмичева Виктория Александровна

Курс лекций по общей физике, ч. II(Электричество и магнетизм)

М.: Альтаир МГАВТ 2007. – 83с.

Курс лекций по общей физике, ч. II(Электричество и магнетизм) представляет собой тексты лекций по электричеству и магнетизму, составленных в соответствии с действующим Государственным общеобразовательным стандартом Министерства образования Российской Федерации.

Основные задачи курса вытекают из требований, предъявляемых к уровню знаний в области физики будущих специалистов водного транспорта, необходимых для успешного изучения технических дисциплин. Курс адаптирован для студентов МГАВТ технических специальностей.

Для студентов МГАВТ инженерно-технических факультетов и специальностей.

Рецензент:

Утверждено на заседании кафедры Физики и химии МГАВТ.

Протокол № 5 от 06.02. 2007 г.

© МГАВТ, 2007

© Авторы: Пономарева В. А. Кузьмичева В. А., 2007

Предисловие

Физика принадлежит к числу фундаментальных наук, составляющих основу теоретической подготовки инженеров. Без ее знания невозможна успешная деятельность инженера в любой области современной техники. Стремительное развитие новых поколений техники в современных условиях требует новых качеств от преподавателей и студентов для ее освоения. Это особенно касается нанотехнологий, энергетических машин, материалов и способов их обработки, новых методов проектирования, освоить которые без знаний основ физики невозможно. Высокие требования к инженерным разработкам подкрепляются жесткой конкуренцией идей и проектов, которые также невозможно грамотно сформулировать без знания физики. Важность изучения физики несомненна.

Функционирование морского и речного транспорта переходит на новый уровень (например, лазерная проводка судов и т.п.) и это требует от студентов МГАВТ глубоких знаний по физике. Предлагаемый курс адаптирован к начальному уровню подготовки студентов МГАВТ и доводит этот уровень подготовки до требований образовательного стандарта.

Программа курса (в 3-х частях) учитывает задачи, которые существуют в инженерном образовании в связи с перестройкой учебного процесса в вузах. Авторы пытаются связать классическую физику с современным состоянием этой науки ( вводят главы о полупроводниковых приборах, лазерных устройствах и т.п.). Это привело к пересмотру последовательности изложения курса.

Каждая часть курса состоит из 16 лекций (согласно часам, отведенным МГАВТ на изучение физики). В курсе отмечаются трудности и ошибки, которые подчас имеют место до сих пор. Отмечены границы применимости физических теорий и законов. При отборе материала использовался многолетний преподавательский опыт авторов по чтению курса общей физики в Уфимском государственном авиационном техническом университете (УГАТУ), Уфимском высшем военном авиационном училище летчиков (УВВАУЛ).

Авторы выражают глубокую благодарность за представленные конспекты некоторых лекций, полезные советы и замечания доц. Катальниковой Ирине Николаевне. Авторы благодарны заведующему кафедрой общей физики УВВАУЛ доц. Татаринову Льву Николаевичу за помощь при подготовке лекций в первом исходном варианте.

Авторы благодарны заведующему кафедрой общей физики и химии МГАВТ Савельеву Виталию Гавриловичу за полезную и стимулирующую поддержку при подготовке курса.

Авторы также искренне благодарны рецензентам, замечания которых способствовали значительному улучшению качества конспектов лекций.

Авторы.

Содержание

Лекция 1 Электростатика 6

1. Закон сохранения электрического заряда. 6

2. Закон Кулона. 6

3. Электрическое поле и его напряженность. 7

4. Поле диполя. 9

Лекция 2 11

1. Теорема Остроградского – Гаусса. 11

2. Применение теоремы Остроградского - Гаусса к расчету электростатических полей. 12

1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости. 12

2. Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных поверхностей. 13

3. Поле равномерно заряженной сферической поверхности. 13

4. Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра (нити). 14

Лекция 3 15

1. Работа по переносу заряда в электростатическом поле. Потенциал поля. 15

2. Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом. 17

3. Вычисление разности потенциалов по напряженности поля. 18

Лекция 4 Электрическое поле в диэлектрике. 20

1. Поляризация диэлектриков. 20

2. Напряженность поля в диэлектрике. Поляризованность. 21

3. Электрическое смещение. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. 22

4. Сегнетоэлектрики. 23

5. Пьезоэлектрики. 24

Лекция 5 25

1. Проводник во внешнем электрическом поле. 25

2. Электроемкость уединенного проводника. 25

3. Конденсаторы. 26

4. Параллельное соединение конденсаторов. 27

5. Последовательное соединение конденсаторов. 28

Лекция 6 Электрический ток 31

1. Электрический ток. Сила и плотность тока. 31

2. Сторонние силы. Электродвижущая сила (эдс) и напряжение. 32

3. Закон Ома. Сопротивление проводников. 33

4. Работа и мощность тока. Закон Джоуля- Ленца. 35

5. Правила Кирхгофа. 36

Лекция 7 Классическая электронная теория проводимости металлов. 38

1. Природа электропроводности металлов. 38

2. Кристаллическая решетка металлов. Электронный газ. 38

3. Вывод основных законов электрического тока в классической теории электропроводности металлов. 39

1. Закон Ома. 39

2. Закон Джоуля-Ленца. 40

3. Закон Видемана-Франца. 40

4. Недостатки классической электронной теории проводимости металлов. 41

Лекция 8 Магнитное поле. 42

1. Магнитное поле. 42

2. Закон Био-Савара-Лапласа. 44

3. Закон Ампера. 45

4. Единица магнитной индукции. 46

Лекция 9 48

1. Магнитное поле движущегося заряда. 48

2. Эффект Холла. 49

3. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. 50

1. Явление электромагнитной индукции. 51

2. Закон Фарадея. 51

3. Самоиндукция. Индуктивность контура. 52

4. Взаимная индукция. 52

5. Энергия магнитного поля. 53

6. Циркуляция вектора магнитной индукции. 53

7. Магнитное поле соленоида. 54

Лекция 11 Магнитное поле в веществе. 55

1. Магнитные моменты атомов. 55

2. Диамагнетики. 56

3. Парамагнетики. 57

4. Ферромагнетизм. 57

Лекция 12 59

1. Свободные гармонические колебания в электрическом колебательном контуре. 59

2. Переменный ток. 60

1. Переменный ток, текущий через резистор сопротивлением R. 61

2. Переменный ток, текущий через катушку индуктивности L (R = 0, C = 0). 61

3. Переменный ток, текущий через емкость (R = 0, L = 0). 62

4. Цепь переменного тока, содержащая последовательно включенные резистор, катушку индуктивности и конденсатор. 63

5. Резонанс напряжений. 63

6. Мощность, выделяемая в цепи переменного тока. 64

Лекция 13 Уравнения Максвелла. 66

1. Первое уравнение Максвелла. 66

2. Второе уравнение Максвелла. 67

Лекция 14 69

1. Электромагнитные волны. Скорость их распространения. 69

2. Объемная плотность энергии электромагнитного поля. Перенос энергии электромагнитной волной. Вектор Умова - Пойтинга. 70

3. Шкала электромагнитных волн. 71

4. Эффект Доплера для упругих и электромагнитных волн. 71

Лекция 15 74

1. Работа выхода электронов из металлов. 74

2. Контактная разность потенциалов 74

3. Термоэлектрические явления. 76

4. Элементы зонной теории проводимости. Возникновение энергетических зон. 77

5. Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории. 78

Лекция 16 Электропроводность полупроводников. Термоэлектрические явления. 81

1. Собственная проводимость полупроводников. 81

2. Примесная проводимость полупроводников. 82

3. Полупроводниковый диод. p-n – переход. 83