Электростатика и постоянный ток. Магнетизм

Учебное пособие

Омск 1999

Составители: Егорова В.А. - ассистент;

Иванов В.Н. - доцент, к.ф.-м.н;

Ласица А.М. - ассистент;

Лиссон В.Н. - доцент, к.ф.-м.н;

Прокудина Н.А. - ассистент;

Шабалин В.П. - доцент, к.т.н;

Ярош Э.М. - доцент, к.ф.-м.н.

(Данное пособие предназначено для студентов инженерно - технических специальностей ОмГТУ заочной формы обучения. В пособии приведена программа разделов курса физики, традиционно изучаемых во втором (третьем) семестрах обучения; краткие теоретические сведения, формулировки основных законов и теорем электромагнитного поля, некоторые частные результаты применения законов и теорем; приведены примеры решения задач; тексты задач и варианты двух контрольных работ №3 и №4. Пособие может быть рекомендовано в качестве вспомогательного учебного материала для студентов вечерней формы обучения).

ВВЕДЕНИЕ.

Цель настоящего учебного пособия – оказать помощь студентам заочной и вечерней форм обучения инженерно-технических специальностей высших учебных заведений в изучении курса физики по разделам:

• электростатика (электрическое поле неподвижных электрических зарядов);

• постоянный электрический ток;

• магнитное поле постоянного тока;

• электромагнитная индукция и уравнения Максвелла;

Эти разделы соответствуют второму семестру изучения курса физики.

В пособии приводится содержание теоретического курса по перечисленным разделам и требования к оформлению контрольных заданий, которыми следует руководствоваться при самостоятельной работе.

Основной учебный материал программы курса в пособии распределен на два раздела. В каждом из них даны примеры решения физических задач, задачи для самостоятельного решения с ответами и контрольное задание по данному разделу. Задачи в контрольных заданиях подобраны так, чтобы закрепить тот учебный материал, который излагается в данном разделе.

При работе с пособием студентам-заочникам рекомендуется:

1. Выбрать какой-либо учебник по курсу физики из тех, что приводятся в списке литературы. В данном пособии учебный материал излагается в сжатой форме, поэтому необходимо использование дополнительной литературы. Это позволит лучше усвоить физическое содержание основных законов и теорем электромагнетизма и примеры их использования при решении задач.

2. Чтение учебного пособия следует сопровождать составлением конспекта, в котором записываются формулировки законов и теорем электромагнитного поля и математические соотношения, выражающие их, определения физических величин и единиц их измерения, делаются рисунки и выполняется решение типовых задач.

3. Самостоятельную работу по изучению физики студент должен подвергать систематическому самоконтролю. С этой целью после изучения очередного раздела следует ставить вопросы, касающиеся формулировок законов, определений физических величин и отвечать на эти вопросы. При этом надо использовать рабочую программу (содержание теоретического курса).

Студент не должен ограничиваться только запоминанием физических формул. От него требуется умение самостоятельно применять физические законы и на их основе делать выводы формул и проводить доказательства теорем.

4. Чтобы подготовиться к выполнению контрольной работы, следует после изучения очередного раздела внимательно разобрать помещенные в пособии примеры решения типовых задач, решить задачи, предназначенные для самоконтроля.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА

Электромагнитное поле. Электрический заряд. Дискретность электрического заряда.

1. Э л е к т р о с т а т и к а. Закон Кулона. Электростатическое поле. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Силовые линии. Поток вектора. Электростатическая теорема Гаусса. Работа электростатического поля. Циркуляция электростатического поля. Потенциал. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля.

Ориентационная и деформационная поляризация диэлектриков. Энергия диполя во внешнем электростатическом поле. Поляризационные заряды. Поляризация. Неоднородная поляризация. Диэлектрическая восприимчивость. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость. Граничные условия на границе раздела диэлектриков.

Проводник в электростатическом поле. Поверхностная плотность заряда. Электростатическое поле в полости. Электростатическая защита. Электроемкость. Взаимная электроемкость и емкость конденсаторов различной геометрической конфигурации. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия заряженных проводников. Энергия конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.

2. Э л е к т р и ч е с к и й т о к. Условия существования тока проводимости. Сила и плотность тока. Законы Ома и Джоуля - Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Сопротивление. Сторонние силы. ЭДС источника тока. Закон Ома для участка цепи с источником тока и замкнутого контура. Правила Кирхгофа.

3. М а г н и т н о е п о л е. Сила Лоренца и сила Ампера. Вектор магнитной индукции. Закон Био - Савара. Принцип суперпозиции. Магнитное поле прямого и кругового токов. Циркуляция магнитного поля. Магнитное поле соленоида. Определение единицы силы тока - ампера.

Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях. Виток с током в магнитном поле. Момент сил, действующих на виток. Магнитный момент. Энергия витка с током в магнитном поле.

Молекулярные токи. Намагниченность. Длинный соленоид с магнетиком. Напряжённость магнитного поля. Основные уравнения магнетостатики в веществе. Граничные условия.Техническое применение магнетиков.

4. Э л е к т р о м а г н и т н а я и н д у к ц и я. Явление электромагнитной индукции ( ЭМИ ). Правило Ленца. Индуктивность длинного соленоида. Коэффициент взаимной индукции. Магнитная энергия тока. Плотность магнитной энергии.

Фарадеевская и максвелловская трактовки явления ЭМИ. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной форме.

Оформление контрольных работ.

Контрольные работы оформляются в обычной тетради (в клетку) или в сброшюрованных листах формата А4. На титульном листе указывается:

0. Ф.И.О. студента, номер группы и факультет.

1. Название контрольного задания и номер варианта. Порядок оформления задач:

2. Указывается номер задачи и приводится полный её текст.

3. Записывается краткое условие и приводится рисунок, поясняющий условие или решение задачи.

4. Приводится решение задачи в буквенном виде с обоснованием использованных соотношений и законов (ссылки на законы, теоремы и формулы).

5. Вычисляется значение искомой величины с использованием Международной системы единиц (СИ).

6. Записывается ответ задачи.