6. Электромагнетизм

В данном разделе изучаются свойства и характеристики магнитного поля, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими зарядами - токами. Основополагающим здесь является закон Ампера для силы, действующей на элемент тока со стороны магнитного поля; тут же вводится и силовая характеристика поля - вектор индукции.

Наряду с магнитной индукцией вводится другая векторная характеристика магнитного поля - напряженность , связанная с для однородного магнетика следующим соотношением: .

Необходимо изучить закон Био-Савара-Лапласа, определяющий вектор индукции поля элемента тока, а также вытекающие из этого закона и принципа суперпозиции полей формулы для индукции поля кругового тока, бесконечно длинного прямого тока и тока в соленоиде.

Важным вопросом является магнитное взаимодействие параллельных токов, на основании которого дается определение единицы силы тока - Ампер (А).

Релятивистское толкование взаимодействия проводника с током и движущегося электрического заряда органически связано с принципом относительности Эйнштейна.

Необходимо усвоить такие важнейшие понятия как сила Лоренца, эффект Холла, МГД - генератор, магнитный момент контура с током, магнитный поток.

Важнейший закон электромагнетизма - закон электромагнитной индукции Фарадея. Этому закону следует уделить особое внимание. Необходимо понять, что он является формой проявления закона сохранения и превращения энергии. Закон Фарадея формулируется качественно и количественно для замкнутого контура вместе с правилом Ленца, определяющим направление ЭДС индукции. Последнее правило полезно разобрать на нескольких примерах.

Обязательно разобрать явление самоиндукции и взаимоиндукции как частные случаи явления электромагнитной индукции. На примере соленоида следует рассмотреть вопрос об энергии магнитного поля.

Изучая магнитное поле в веществе, следует уяснить, что в зависимости от значений магнитной проницаемости все вещества делятся на три группы: диа-, пара-, ферромагнетики. Механизм намагничивания вещества достаточно уяснить с качественной стороны.

Следует усвоить основные уравнения электромагнитной теории Максвелла в интегральной форме, знать их трактовку и важнейшие следствия из них.

7. Колебания

При изучении этой темы следует прежде всего усвоить понятия: осциллятор (система, совершающая механические, электромагнитные или другие колебания), гармонический осциллятор (осциллятор, в котором колеблющаяся физическая величина меняется по закону синуса или косинуса), классический осциллятор (осциллятор, имеющий непрерыв­ный набор значений энергии, т.е. подчиняющийся законам классической фи­зики).

Механическим осциллятором являются, например, маятники - математический, физический, пружинный; электромагнитный осциллятор - колебатель­ный контур. Рекомендуется параллельно изучать механические и электро­магнитные колебания. При этом следует усвоить их основные характерис­тики: амплитуда, фаза, частота, период и др. Студент должен обратить внимание на то обстоятельство, что колебания разной физической приро­ды описываются одинаковыми математическими выражениями. Это и служит обоснованием целесообразности их параллельного изучения.

Чрезвычайно важно понять, что любые сложные колебания осцилля­тора можно представить как совокупность некоторого числа одновремен­но совершающихся с разными амплитудами и частотами гармонических колебаний. Поэтому необходимо хорошо усвоить гармоническое колебание осциллятора.

В данной теме студенту надо усвоить принятую классификацию колебаний: собственные - это колебания, которые совершаются под действием упругой (или квазиупругой) силы; свободные - это колебания, которые совершаются под действием упругой силы и силы трения (сопротивления), а вынужденные - это колебания, которые совершаются под действием упру­гой силы, силы трения и внешней периодической силы. Необходимо уметь записать уравнение каждого вида колебаний в дифференциальной и интегральной формах, рассчитать кинематические (например, скорость, ускорение, период) и динамические (например, действующую на осциллятор силу, энергию осциллятора) параметры. Необходимо видеть общие и отличитель­ные свойства собственных, свободных и вынужденных колебаний осциллято­ра, знать, где встречаются и применяются те или иные виды колебаний.

Важное место в рассматриваемой теме занимает вопрос: сложение одинаково направленных и взаимно перпендикулярных гармонических колебаний.