2. Рабочая программа по разделу ”Электростатика и постоянный ток”.

Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Основные характеристики электростатического поля – напряженность и потенциал. Напряженность как градиент потенциала. Расчет электростатических полей методом суперпозиции. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского – Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы Остроградского – Гаусса к расчету поля. Электрическое поле в веществе. Свободные и связанные заряды в диэлектриках. Типы диэлектриков. Электронная и ориентационная поляризация. Поляризованность. Диэлектрическая восприимчивость вещества. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость среды. Вычисление напряженности поля в диэлектрике. Сегнетоэлектрики.

Проводники в электрическом поле. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы. Энергия заряженных проводников, конденсатора и системы проводников. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.

Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования. Классическая электронная теория электропроводи-мости металлов и ее опытные обоснования. Вывод закона Ома в дифференциальной форме из электронных представлений. Закон Ома в интегральной форме. Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение. Границы применимости закона Ома.

3.Электростатика и постоянный ток Основные законы и формулы

• Закон Кулона

где F – cила взаимодействия двух точечных зарядов Q₁ и Q₂ в вакууме; r – расстояние между зарядами; ₀ – электрическая постоянная, равная 8,85*10^-12 Ф/м

• Напряженность и потенциал электрстатического поля

или

где – сила, действующая на точечный положительный заряд, помещенный в данную точку поля;– потенциальная энергия заряда;– работа перемещения зарядаиз данной точки поля за его пределы.

• Напряженность и потенциал электростатического поля точечного заряда Q на расстоянии r от заряда.

• Поток вектора напряженности через площадку dS

где – вектор, модуль которого равен, а направление совпалает с нормальюк площадке;– составляющая векторапо направлению нормалик площадке.

• Поток вектора напряженности через произвольную поверхность S.

• Принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей.

где ,– соответственно напряженность и потенциал поля, создаваемого зарядом.

• Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля

или

где ,,– единичные векторы координатных осей.

• В случае поля, обладающего центральной или осевой симметрией,

• Электрический момент диполя (дипольный момент)

где – плечо диполя.

• Плотность зарядов линейная, поверхностная и объемная, т.е. заряд, приходящийся соответственно на единицу длины, поверхности и объема:

• Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме

где – электрическая постоянная;–алгебраическая сумма зарядов, заключенных внутри замкнутой поверхностиS; n – число зарядов;  – объемная плотность зарядов.

• Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной бесконечной плоскостью,

• Напряженность поля, создаваемого двумя бесконечными параллельными разноименно заряженными плоскостями,

• Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной сферической поверхностью радиусом R с общим зарядом Q на расстоянии r от центра сферы,

при r < R (внутри сферы);

при (вне сферы).

• Напряженность поля, создаваемого объемно заряженным шаром радиусом R с общим зарядом Q на расстоянии r от центра шара,

при (внутри шара);

при (вне шара).

• Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженным бесконечным цилиндром радиусом R на расстоянии r от оси цилиндра,

при r < R (внутри цилиндра);

при (вне цилиндра).

• Циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль замкнутого контура

где – проекция векторана направление элементарного перемещения. Интегрирование производится по любому замкнутому путиL.

• Работа, совершаемая силами электростатического поля при перемещении заряда Q₀ из точки 1 в точку 2,

или

где – проекция векторана направление элементарного перемещения.

• Поляризованность

где V – объем диэлектрика; – дипольный моментi-й молекулы.

• Связь между поляризованностью диэлектрика и напряженностью электростатического поля

где – диэлектрическая восприимчивость вещества.

• Связь диэлектрической проницаемости с диэлектрической восприимчивостью

• Связь между напряженностью Е поля в диэлектрике и напряженностью Е₀ внешнего поля

или

• Связь между векторами электрического смещения и напряженностью электростатического поля

• Связь между ,и

• Электроемкость уединенного проводника

где Q – заряд, сообщенный проводнику; – потенциал проводника.

• Электроемкость плоского конденсатора

где S – площадь каждой пластины конденсатора; d – расстояние между пластинами.

• Электроемкость цилиндрического конденсатора

где l – длина обкладок конденсатора; r₁ и r₂ – радиусы полых коаксиальных цилиндров.

• Электроемкость сферического конденсатора

где r₁ и r₂ – радиусы концентрических сфер.

• Электроемкость системы конденсаторов соответственно при последовательном и параллельном соединении

и

где – электроемкостьi-го конденсатора; n – число конденсаторов.

• Энергия уединенного заряженного проводника

• Энергия взаимодействия системы точечных зарядов

где – потенциал, создаваемый в той точке, где находится зарядQ_i, всеми зарядами, кроме i-го.

• Энергия заряженного конденсатора

где Q – заряд конденсатора; С – его емкость; – разность потенциалов между обкладками.

• Сила притяжения между двумя разноименно заряженными обкладками конденсатора

• Энергия электростатического поля плоского конденсатора

• Сила и плотность электрического тока

где S – площадь поперечного сечения проводника.

• Плотность тока в проводнике

где – скорость упорядоченного движения зарядов в проводнике;n – концентрация зарядов.

• Электродвижущая сила, действующая в цепи,

или

где Q₀ – единичный положительный заряд; А – работа сторонних сил; – напряженность поля сторонних сил.

• Сопротивление R однородного линейного проводника, проводимость G проводника и удельная электрическая проводимость  вещества проводника соответственно равны

где  – удельное электрическое сопротивление; S – площадь поперечного сечения проводника; l – его длина.

• Сопротивление проводников при последовательном соединении

при параллельном соединении

где R_i – сопротивление i-го проводника; n – число проводников.

• Зависимость удельного сопротивления  материала проводника от его температуры

где – температурный коэффициент сопротивления.

• Закон Ома:

для однородного участка цепи

для неоднородного участка цепи

для замкнутой цепи

где U – напряжение на участке цепи; R – сопротивление цепи (участка цепи); – разность потенциалов на концах участка цепи; – ЭДС источников тока, входящих в участок;– ЭДС всех источников тока цепи.

• Закон Ома в дифференциальной форме

где – напряженность электростатического поля.

• Работа тока за время t

• Мощность тока

• Закон Джоуля-Ленца

где Q – количество теплоты, выделяющееся в участке цепи за время t при прохождении тока.

• Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме

где  – удельная тепловая мощность тока, Е – напряженность электрического поля.

• Правила Кирхгофа

где – ток вk-том проводнике; и– ток и сопротивление соответственно наi-ом участке контура; – алгебраическая сумма ЭДС, что действуют вk-ом контуре.