ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ гуманитарный УНИВЕРСИТЕТ

Редкин Ю.Н.

курс

физики

Часть 3. Электричество

Киров - 2003

Конспект лекций по курсу физики (Часть 3. Электричество) для студентов высших и средних учебных заведений.

Автор:

кандидат физ.-мат. наук, доцент кафедры общей физики ВятГГУ Редкин Ю.Н.

Научный редактор:

кандидат физ.-мат. наук, доцент кафедры общей физики ВятГГУ Бакулин В.Н.

Рецензенты:

кандидат физ.-мат. наук, доцент кафедры общей физики ВятГГУ Голубев Ю.В.,

кандидат физ.-мат. наук, доцент кафедры физики ВГУ Суслопаров А.М.

Компьютерный набор: Шатунов П.В., Лямин С.А.

Компьютерная верстка - Бакулин В.Н.

© Вятский государственный гуманитарный университет (ВятГГУ) – 2003г .

Электричество Литература

1.С.Г.Калашников. Электричество. Учебное пособие. – М.: Наука, 1977. – 591 с.

2.Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Том 3. Электричество. Учебное пособие. – М.: Наука, 1977. – 687 с.

3.И.В.Савельев. Курс общей физики. Том 2. Учебное пособие. – М.: Наука, 1988. – 496 с.

§1. Введение

1.Электричество – слово древнегреческого происхождения. Еще в VI в. до н.э. Фалесу из Милета было известно, что к янтарным украшениям, надетым поверх шерстяных хитонов, притягиваются легкие пылинки.

Янтарь у греков назывался электрон. Со временем процесс натирания тел шерстью, в результате чего тела приобретали способность притягивать легкие частицы, стали называть электризацией трением. Возникло представление, что при натирании тел на них накапливается некий электрический заряд. Чем больше заряд на теле, тем с большего расстояния и более тяжелые пылинки может оно притягивать.

Позже выяснилось, что само трение не играет существенной роли в электризации. Электризация происходит при контакте любых, чем-либо различающихся тел, причем электризуются оба тела. На них появляются равные по величине электрические заряды противоположного знака.

Современная физика словом электричество обозначает совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием электрически заряженных тел или частиц.

2.Электромагнитное поле (ЭМ-поле). Взаимодействие электрических зарядов осуществляется, по современным представлениям (теория близкодействия), с помощью материальной среды, окружающей их,  электромагнитного поля. В системах отсчета, в которых заряженные частицы покоятся, ЭМ-поле вырождается в частный случай – электростатическое поле. Если же заряженные частицы движутся, то наряду с электрическим возбуждается магнитное поле. Последнее может создаваться не только движущимися электрическими зарядами, но также изменяющимся электрическим полем. А электрическое поле, в свою очередь, может создаваться изменяющимся магнитным полем.

Электромагнитное поле – это определенная форма материи, осуществляющая взаимодействие между зарядами. Электрические заряды не существуют в чистом виде, а связаны с частицами, которые имеют отличную от нуля массу покоя. Кванты электромагнитного поля – не имеют массы покоя.

Электромагнитные явления описываются классической электродинамикой, в основе которой лежат уравнения Максвелла.

3.Электромагнитное взаимодействие. Законы классической теории электричества охватывают огромную совокупность электромагнитных процессов. Среди 4-х типов взаимодействий – электромагнитных, гравитационных, сильных, слабых, существующих в природе, электромагнитные занимают первое место по широте и разнообразию проявлений. Это связано с тем, что все тела построены из электрически заряженных частиц, взаимодействия между которыми, с одной стороны, на много порядков интенсивнее гравитационных и слабых, а с другой – являются дальнодействующими в отличие от сильных взаимодействий.

Строение атомных оболочек, сцепление атомов в молекулы и образование конденсированного состояния веществ определяются электромагнитным взаимодействием.

4.История развития учения об электричестве включает в себя три этапа: этап накопления опытных фактов, этап развития учения об электромагнитном поле, этап развития атомистической теории электричества.

а.Этап накопления опытных фактов продолжался с древности до 1-й трети XIX века. За это время были открыты электризация тел трением, существование природного магнетизма, и изобретены приборы для получения и измерения электричества – электрофор, электрофорные машины, электрометры, конденсаторы. К концу XVIII века были открыты основные законы электростатики.

С конца XVIII века благодаря изобретению гальванических элементов начинается интенсивное изучение постоянного электрического тока, приведшее в 20-х годах XIX века к открытию магнитных свойств электрического тока. В течение нескольких лет были сформулированы основные законы электромагнетизма. Изобретены приборы для измерения тока и напряжения, развиты методы электрических измерений.

Заканчивается 1-й этап работами М.Фарадея, открывшего законы электромагнитной индукции и электролиза и отчетливо высказавшего идею электромагнитного поля.

б.Этап развития учения об электромагнитном поле, начавшись с М.Фарадея, продолжается до конца XIX столетия. В это время появляется представление об электромагнитном поле как форме материи, как физической реальности, осуществляющей перенос взаимодействия между зарядами. В 60-х годах XIX века Дж.Максвелл, обобщив опытные законы учения об электричестве, создал единую теорию электромагнитного поля. Выяснилось, что изменяющееся электрическое и магнитное поля распространяются с конечной скоростью, равной скорости света. Открытие радио в конце XIX века завершает второй этап.

в.Этап развития атомистической теории электричества начинается с последней трети XIX века и продолжается до наших дней. В это время представление об электричестве как невесомой жидкости меняется на представление, что электрический заряд есть совокупность дискретных электрически заряженных частиц, из которых построено вещество. Изучаются законы движения атомов электричества – ионов и электронов в металлах, в вакууме, в газах, в электролитах. Развивается электронная теория вещества, теория строения атома, ядра и элементарных частиц.

5.Практическое применение электричества в современном мире огромно. Оно определяет технический уровень современной земной цивилизации. Во-первых, электричество – это высокотехнологичный носитель энергии. Наряду с крупными стационарными источниками электрической энергии – электростанциями, чьи энергосети охватывают весь земной шар, широко используются автономные источники – аккумуляторы, «сухие элементы», солнечные батареи и др. Во вторых, электричество – это средства связи: телеграф (с 30-х г.г. XIX в.), телефон (80-е г.г. XIX в.), радио (конец XIX в.). И в третьих, электричество – это средства хранения и переработки информации.