- •Федеральное агентство по рыболовству федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "мурманский государственный технический университет"
- •Часть 2. "Электричество и магнетизм. Колебания и волны"
- •Оглавление
- •Введение
- •Тематический план
- •Рекомендуемая литература Основная
- •Рекомендуемая литература к лабораторным занятиям
- •Содержание программы и методические указания к изучению тем дисциплины
- •Раздел 1. Электричество и магнетизм
- •Тема 1. Электростатическое поле и его характеристики
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 2. Теорема Остроградского - Гаусса для электростатического поля в вакууме
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 3. Диэлектрики в электростатическом поле
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 4. Проводники в электростатическом поле. Энергия электростатического поля
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 5. Постоянный электрический ток
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 6. Электронные и ионные явления
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 7. Магнитостатика в вакууме
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 8. Магнитостатика в веществе
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 9. Электромагнитная индукция
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 10. Связь электрического и магнитного полей. Обобщения теории Максвелла. Принцип относительности в электродинамике.
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Раздел 2. Колебания и волны
- •Тема 11. Кинематика гармонических колебаний
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 12. Механические и электромагнитные гармонические колебания
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 13. Затухающие и вынужденные колебания
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 14. Механические волны
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Тема 15. Электромагнитные волны
- •Вопросы и задачи для самопроверки
- •Демонстрационные варианты контрольных работ Контрольная работа 1 по разделу "электричество и магнетизм" Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •Контрольная работа 2 по разделАм "колебания и волны" Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •Вопросы теоретического курса по разделам "электричество и магнетизм", "колебания и волны"
- •Использованная литература
Тема 15. Электромагнитные волны
Свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн. Эффект Доплера для электромагнитных волн и его использование в радиотехнике и радиолокации.
Курсант должен знать:
Что такое электромагнитная волна.
Как теория Максвелла приводит к выводу о существовании электромагнитных волн.
Чему равна скорость электромагнитных волн в вакууме и в среде.
Как записать волновое уравнение и уравнение плоской электромагнитной волны.
В чем состоят свойства электромагнитных волн.
Что называют объемной плотностью энергии электромагнитного поля и от чего она зависит.
Какой физический смысл вектора Пойтинга и от чего он зависит.
Что называют интенсивностью электромагнитной волны.
Как можно представить шкалу электромагнитных волн.
Курсант должен уметь пояснить физические процессы, приводящие к возникновению и существованию электромагнитных волн и принципы их использования для передачи информации.
Вопросы и задачи для самопроверки
Амплитуда напряженности электрического поля в плоской электромагнитной волне равна 10 мВ/м, диэлектрическая проницаемость среды ε = 12. Найти амплитуду напряженности магнитного поля в этой волне. Среда - парамагнетик.
В условиях предыдущей задачи записать уравнение электромагнитной волны, указав числовые значения Еm, Нm и υ.
Амплитуда напряженности магнитного поля в плоской электромагнитной волне Нm = 1 мА/м. Диэлектрическая проницаемость среды ε = 3. Найти интенсивность волны.
В условиях предыдущей задачи найти максимальное значение вектора Пойтинга и вектора плотности импульса электромагнитного поля (электромагнитной волны).
Литература основная: [1] – [13], [17], [18], дополнительная: [14], [15], [19] – [23].
Демонстрационные варианты контрольных работ Контрольная работа 1 по разделу "электричество и магнетизм" Вариант 1
Сплошной эбонитовый шар радиусом R = 5см несет заряд, равномерно распределенный с объемной плотностью = 10 нКл/м3. Определить напряженность Е электрического поля в точках: 1) на расстоянии r1 = 3 см от центра шара; 2) на поверхности шара; 3) на расстоянии r2 = 10 см от центра шара. Построить график зависимости Е(r).
ЭДС батареи = 20 В. Сопротивление внешней цепи R = 2 Ом, сила тока I = 4 А. Найти КПД батареи. При каком значении внешнего сопротивления R КПД будет равен 99%?
Квадратная рамка со стороной а = 10 см, по которой течет ток I = 200 А, свободно установилась в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,2 Тл. Определить работу, которую необходимо совершить при повороте рамки вокруг оси, лежащей в плоскости рамки и перпендикулярной линиям магнитной индукции, на угол = 2 3.
Индуктивность соленоида длиной l = 1м, намотанного в один слой на немагнитный каркас, равна 1,6 10-3 Гн. Площадь сечения соленоида S = 20 см2. Определить число n витков на каждом сантиметре длины соленоида.
Вариант 2
На двух бесконечных параллельных плоскостях равномерно распределены заряды с поверхностными плотностями 1 = -160 нКл/м2 и 2 = 80 нКл/м2. Используя теорему Остроградского – Гаусса, найти зависимость Е(х) напряженности электрического поля от координаты для трех областей: слева и справа от плоскостей и между плоскостями. Построить график зависимости Е(х).
ЭДС батареи аккумуляторов = 12 В, сила тока короткого замыкания Iк.з.= 5 А. Какую наибольшую мощность Рmах можно получить во внешней цепи, соединенной с такой батареей?
В однородном магнитном поле напряженностью Н = 100 кА/м помещена квадратная рамка со стороной 10 см. Плоскость рамки составляет с направлением магнитного поля угол = 60. Определить магнитный поток Ф, пронизывающий рамку.
Сколько витков проволоки диаметром d = 0,4 мм с изоляцией ничтожной толщины нужно намотать на картонный цилиндр диаметром D = 2 см, чтобы получить однослойную катушку с индуктивностью L = 1 мГн? Витки вплотную прилегают друг к другу.