1. Вопрос: Электрический заряд. Заряд тела. Закон сохранения электрического заряда. Электростатическое поле. Основной закон электростатики (Закон Кулона).

Ответ: Электрический заряд – физическая величина, которая определяет интенсивность электромагнитного взаимодействия. [Кл]. Заряженное тело – совокупность точечных зарядов. Закон сохранения эл. заряда: Алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается постоянной. Закон Кулона: . Если притяжение, то F<0.

2. Вопрос: Линейная плотность зарядов. Поверхностная плотность электрических зарядов электрического поля. Объемная плотность зарядов. Напряженность. Принцип наложения или принцип суперпозиции полей.

Ответ: Линейная плотность – удобна, если заряды распределены вдоль прямой. . . Поверхностная плотность – удобна, когда заряд распределен по поверхности. . . Объемная плотность – удобна, если заряд распределен по объему. . . Напряженность – силовая характеристика электростатического поля. Это физическая величина, определяемая силой, действующей на положительный единичный заряд, помещенный в данную точку поля: . . Напряженность поля точечного заряда в вакууме . Линии напряженности – линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора . Принцип наложения: Напряженность результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей, создаваемых каждым зарядом в данной точке, т.е. .

3. Вопрос: Потенциал. Эквипотенциальная поверхность. Работа сил поля, энергия взаимодействия зарядов.

Ответ: Потенциал – энергетическая характеристика электростатического поля - физическая величина, определяемая потенциальной энергией положительного единичного заряда, помещенного в данную точку: . Потенциал – физическая величина, определяемая работой по перемещению положительного единичного заряда при удалении его из данной точки в бесконечность: . Потенциал точечного заряда . Эквипотенциальная поверхность – поверхность, во всех точках которой потенциал имеет одно и то же значение. Работа сил поля при перемещении точечного заряда из 1 в 2: .

4. Вопрос: Электростатическое поле электрического диполя в вакууме.

Ответ: Диполь – система из двух точечных зарядов, расстояние между которыми L мало по сравнению с любыми расстояниями данной системы. L – плечо диполя. Электрический момент диполя: . Потенциал в точке O: . .

5. Вопрос: Поток и циркуляция векторного поля.

Ответ: Поток напряженности электрического поля сквозь элементарную площадку dS: . Часть поверхности, ограниченной замкнутой поверхностью называется телесным углом. Циркуляция. , где dl – элемент длины контура, B_L= - составляющая в направлении касательной к контуру, - угол между .

6. Вопрос: Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме.

Ответ: Поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме сквозь произвольную поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов, деленных на : . Если заряд распределен с объемной плотностью, то: .

7. Вопрос: Дивергенция. Мощность источников потока. Выражение закона Гаусса в дифференциальной форме.

Ответ: Отношение потока к объему V, из которого он вытекает, дает среднюю удельную мощность источников, заключенных в объеме V. В пределе при стремлении V к нулю, выражение даст удельную мощность источников в точке, которую называют дивергенцией вектора v (обозначается div v). Закон Гаусса в дифференциальной форме: .

8. Вопрос: Вычисление полей с помощью теоремы Гаусса. Поле заряженной плоскости. Поле двух равномерно заряженных плоскостей. Поле бесконечного заряженного цилиндра. Поле заряженной сферической поверхности. Поле объемно-заряженного шара.

Ответ: Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости: . Разность потенциалов между точками, лежащими на расстояниях x₁ и x₂: , - поверхностная плотность. Поле равномерно заряженной сферической поверхности: . Поле объемно заряженного шара: Вне шара, как и для сферической поверхности. Внутри напряженность другая. Сфера радиуса охватывает заряд , . Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра (нити): - линейная плотность. R – радиус цилиндра, r – радиус построенного коаксиального цилиндра, причем если r<R, то E=0.

9. Вопрос: Магнитное поле в диэлектриках. Полярные и неполярные диэлектрики. Поляризация диэлектриков.

Ответ: Диэлектрики практически не проводят электрический ток в обычных условиях. Диэлектрик неполярный, если в отсутствие внешнего поля, центры тяжести протона и электрона заряженных зарядов совпадают(N₂;H₂;O₂;CO₂). Полярные диэлектрики (жесткий диполь, p=const) – диэлектрики, молекулы которых имеют электроны, расположенные несимметрично относительно атомных ядер, центры их тяжестей не совпадают даже при отсутвии внешнего поля(H₂O;NH₃;SO₂;CO). Дипольный момент , q-суммарный заряд, l проводится из ц.т. отрицательных зарядов в ц.т. положительных зарядов. Поляризация диэлектриков – процесс ориентации диполей или появление под воздействием электрического поля ориентированных по полю диполей. 3 типа поляризации: 1) Электронная; 2) Ориентационная; 3) Ионная.

10. Вопрос: Ориентационная поляризация. Электронная поляризация. Ионная поляризация. Поляризованность. Поляризация полярного диэлектрика.

Ответ: Ориентационная поляризация диэлектрика с полярными молекулами, ориентация имеющихся дипольных моментов по полю. Сильнее, чем больше напряженность и ниже температура. Электронная поляризация диэлектрика с неполярными молекулами, возникновение у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит. Ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками, смещение подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных – против поля, приводит к возникновению дипольных моментов. Поляризованность – векторная величина, определяемая дипольным моментом единицы объема диэлектрика, , p_i – дипольный момент. Поляризация полярного диэлектрика: Среднее значение вектора дипольного момента , диэлектрическая восприимчивость .

11. Вопрос: Теорема Гаусса для электрического поля в среде. Вектор электрического смещения или электрической индукции.

Ответ: Напряженность электростатического поля зависит от свойств среды, поэтому вектор напряженности, проходя через границу диэлектриков, претерпевает скачок. Вводят новую величину - электрическое смещение (D). . [Кл/м²]. Теорема Гаусса: , . .

12. Вопрос: Сегнетоэлектрики. Гистерезис. Домен.

Ответ: Сегнетоэлектрики – группа веществ, которые могут обладать самопроизвольной поляризованностью в отсутствие внешнего поля. Области спонтанной самопроизвольной поляризации – домены. При изменениях поля, значения поляризованности P отстают от напряженности поля E, в результате чего P и D определяются не только величиной E в данный момент, но и предшествующими значениями E, т.е. зависят от предыстории диэлектрика, называемой гистерезисом.

13. Вопрос: Проводники в электрическом поле.

Ответ: Напряженность во всех точках внутри проводника равна 0. Заряды располагаются только на поверхности проводника. Поскольку , а , то потенциал во всех точках внутри проводника . Поверхность проводника является эквипотенциальной. Вектор напряженности направлен по нормали к каждой точке поверхности проводника. Связь между напряженностью вблизи проводника и : . Напряженность поля вблизи проводника определяется поверхностной плотностью зарядов.

14. Вопрос: Явление электростатической индукции. Относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Ответ: Электростатическая индукция – явление перераспределения поверхностных зарядов на проводнике во внешнем электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость среды показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком, количественно характеризуя свойства диэлектрика поляризоваться в электрическом поле. .

15. Вопрос: Электроемкость уединенного проводника. Конденсатор. Ёмкость конденсатора. Батареи конденсаторов. Последовательное и параллельное соединение. Импульсный генератор.

Ответ: Уединенный проводник – проводник, удаленный от других проводников, тел и зарядов. Емкость его определяется зарядом, сообщение которого проводнику изменяет его потенциал на единицу, , [Ф=Кл/В]. Конденсатор – система из двух проводников (обкладок) с одинаковыми по модулю, но противоположными по знаку зарядами, форма и расположение которых таковы, что поле сосредоточено в узком зазоре между обкладками. Емкость конденсатора: . Емкость плоского конденсатора: , т.к. и . Параллельное соединение: , , . Последовательное соединение: , , . Импульсный генератор: Если n одинаковых конденсаторов электроемкостью C каждый соединить параллельно и зарядить их до разности потенциалов , а затем в заряженном состоянии соединить их последовательно, то на зажимах батареи появится разность потенциалов . На этом принципе и основан высоковольтный импульсный генератор.

16. Вопрос: Энергия заряженных проводников и электростатического поля.

Ответ: Энергия заряженного конденсатора: . Энергия электростатического поля: . Энергия двух неподвижных точечных зарядов: и , .

17. Вопрос: Электрический ток и его характеристики.

Ответ: Электрический ток – любое упорядоченное движение электрических зарядов. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов. Сила тока – скалярная величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени [А]. Ток постоянный, если сила тока и направление не изменяются со временем.

18. Вопрос: ЭДС. Плотность тока. Электрическое сопротивление.

Ответ: ЭДС – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении положительного единичного заряда: . ЭДС на участке 1-2: , где - напряженность поля сторонних сил. Плотность тока – физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока [А/м²]. Сопротивление – величина, характеризующая сопротивление проводника электрическому току. [Ом]. Зависит от размеров, формы и материала проводника. Для однородного линейного проводника длиной l и площадью поперечного сечения S: , где - удельное электрическое сопротивление [Ом м].

19. Вопрос: Электрическая проводимость проводника. Последовательное и параллельное соединение. Зависимость удельного сопротивления от температуры.

Ответ: Электрическая проводимость [См]. Удельная электрическая проводимость [См/м]. Зависимость и R от температуры: . Последовательное соединение: , , . Параллельное сопротивление: , ,

20. Вопрос: Источники тока. Напряжение на участке цепи. Мощность электрического тока.

Ответ: Напряжение на участке 1-2 – физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем кулоновских и сторонних сил при перемещении положительного единичного заряда на данном участке цепи: . Напряжение – обобщенное понятие разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов, если участок не содержит источника тока. Мощность электрического тока: .

21. Вопрос: Закон Джоуля-Ленца. Законы Кирхгофа.

Ответ: Закон Джоуля-Ленца: Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на его нагревание, и, по закону сохранения энергии, . Законы Кирхгофа: 1) Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю: . 2) В любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов I_i на сопротивление R_i соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС , встречающихся в этом контуре: .

22. Вопрос: Магнитное поле в вакууме. Сила Ампера. Сила Лоренца.

Ответ: Закон Ампера: Определяет силу , с которой магнитное поле действует на элемент проводника c током I: . Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если ладонь левой руки положить так, чтобы в неё входил вектор , а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера. Закон Лоренца: Сила, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряды. . Определяется с помощью правила левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в неё входил вектор , а четыре вытянутых пальца направить вдоль вектора скорости, то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на положительный заряд.