- •«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
- •Физика, часть 2
- •1.Электростатика
- •1.1.Электрические заряды и электрическое поле. Принцип суперпозиций полей
- •1.2.Понятие о плотности заряда
- •1.3.Применение принципа суперпозиции к расчету электростатических полей. Электростатическое поле на оси заряженного кольца
- •Подставим выражение (1.14) в формулу (1.13) и вынесем за знак интеграла постоянные величины, получим:
- •1.4.Геометрическое описание электрического поля. Поток вектора напряжённости
- •1.5. Поток вектора напряжённости электростатического поля
- •Потоком вектора через бесконечно малую площадку называется скалярное произведение
- •1.6.Теорема Остроградского-Гаусса
- •1.7. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчёту электростатических полей
- •Поле бесконечной равномерно заряженной по поверхности плоскости.
- •2. Поле двух бесконечных параллельных плоскостей, заряженных разноимённо.
- •3.Поле бесконечного равномерно заряженного по поверхности цилиндра
- •4.Поле равномерно заряженной по поверхности сферы
- •1.8. Работа сил электростатического поля. Потенциал
- •Подставим выражения (1.47) и (1.48) в формулу (1.46), получим:
- •1.9. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля
- •1. 10. Связь между напряженностью электростатического поля и потенциалом
- •1.11. Вычисление потенциала по напряженности поля
- •2.Электрическое поле в веществе
- •2.1.Электрическое поле в диэлектриках. Диполь и дипольный момент. Поляризованность
- •Внутреннее электрическое поле в диэлектрике (микрополе) достигает величины Евнутр. 1011 в/м. Внешние поля Евнеш.. 107 в/м.
- •Поляризованность диэлектрика определится выражением:
- •Безразмерная величина показывает, во сколько раз напряженность поля в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Она называется относительной диэлектрической проницаемостью вещества.
- •2.2.Виды диэлектриков и механизм поляризации
- •2.3. Сегнетоэлектрики и их свойства
- •2.4. Пьезоэлектрический эффект
- •2.5. Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике
- •2.5. Проводники в электрическом поле
- •2.6. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы.
- •2.6. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов
- •2.7. Энергия электрического поля
- •3. Постоянный электрический ток
- •3.1.Характеристики электрического тока
- •3.2.Законы Ома и Джоуля-Ленца для однородного проводника
- •Разность потенциалов на концах цилиндра равна
- •Сопротивление цилиндра выражается формулой
- •3.3.Сторонние силы. Э.Д.С. Закон Ома для неоднородного участка цепи
- •Второй интеграл равен разности потенциалов на концах участка:
- •Это выражение называется законом Ома для неоднородного участка цепи.
- •3.4. Правила Кирхгофа
- •3.5. Классическая электронная теория металлов
- •Вывод закона Ома на основе электронной теории
- •Вывод закона Джоуля-Ленца на основе электронной теории
- •Вывод закона Видемана-Франца на основе электронной теории
- •3.6. Достоинства и затруднения классической электронной теории металлов Классическая электронная теория металлов (как и любая другая теория) имеет свои достоинства и недостатки.
- •3.7. Работа выхода электронов из метала. Термоэлектронная эмиссия
- •4. Магнитное поле в вакууме
- •4.1. Магнитная индукция. Закон Ампера.
- •4.2. Магнитное поле в вакууме. Закон Био-Савара - Лапласа.
- •4.3. Магнитное поле прямолинейного проводника с током
- •4.4. Магнитное поле кругового тока
- •4.5. Магнитный момент витка с током
- •4.6. Магнитное поле движущегося заряда
- •4.7. Вихревой характер магнитного поля. Циркуляция вектора магнитной индукции. Закон полного тока
- •Из рисунка следует, что
- •4.8. Применение закона полного тока. Магнитное поле соленоида и тороида
- •Подставляя (4.43) в (4.42) и производя сокращения, получим:
- •4.9. Сила Лоренца
- •4.10. Движение заряженных частиц в магнитном поле
- •Период обращения частицы по окружности равен:
- •4.11. Эффект Холла
- •4.12. Механическая работа в магнитном поле
- •4.13. Магнитный поток
- •П отоком вектора магнитной индукции сквозь бесконечно малую площадку (магнитным потоком) называется скалярное произведение
- •4.14. Контур с током в однородном магнитном поле
- •4.15. Контур с током в неоднородном магнитном поле
- •5. Магнитное поле в веществе
- •5.1. Намагничивание вещества. Вектор намагниченности
- •5.2. Закон полного тока для магнитного поля в веществе
- •5.3. Магнитные моменты электронов и атомов
- •Движущийся по орбите электрон обладает моментом импульса:
- •5.4. Влияние магнитного поля на орбитальное движение электронов. Объяснение диамагнетизма
- •5.5. Парамагнетизм
- •5.6. Классификация магнетиков
- •5.7. Ферромагнетики и их свойства
- •5.8. Доменная структура и механизм намагничивания ферромагнетиков
- •5.9. Антиферромагнетизм. Ферримагнетизм. Ферриты
- •6. Электромагнитная индукция
- •6.1. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.
- •6.2. Природа электромагнитной индукции
- •6.3. Токи Фуко
- •6.4. Явление самоиндукции. Э.Д.С. Самоиндукции. Индуктивность
- •6.5. Явление взаимной индукции. Взаимная индуктивность. Трансформаторы
- •6.6. Токи при размыканиии и замыкании цепи
- •Задача об исчезновении тока при размыкании цепи
- •Задача об установлении тока при замыкании цепи
- •6.6. Энергия магнитного поля. Объёмная плотность энергии
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
К.С.Чемезова
Физика, часть 2
(Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм)
Учебное пособие
Тюмень: ТюмГНГУ
2012
УДК 537(075.8)
ББК 22.33я73
Ч
Рецензенты:
доктор физико-математических наук, профессор
кандидат технических наук, доцент В.В.Проботюк
Автор: Чемезова К.С.
Чемезова К.С.
Физика, часть2. (Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм): Учебное пособие. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2012. –124 с.
ISBN 978-5-9961-0406-2
Учебное пособие содержит лекционный материал по трём разделам общего курса физики, контрольные вопросы и задания.
Рассматриваются основные понятия механики, излагаются физические основы кинематики и динамики поступательного и вращательного движения и законы сохранения.
Излагаются физические основы теории гаpмонических, затухающих и вынужденных колебаний, а также различных вариантов сложения гаpмонических колебаний. Рассматриваются волновые процессы и интерференция волн.
Излагаются физические основы молекулярной физики идеальных и реальных газов, рассматриваются законы распределения молекул по скоростям и энергиям. Рассматриваются законы термодинамики и круговые процессы (циклы).
Приведены вопросы, качественные задания и задачи для самоконтроля.
Пособие предназначено для студентов очной и заочной формы обучения, изучающих дисциплину «Общая физика» в технических ВУЗах.
УДК 537(075.8)
ББК 22.33я73
ISBN 978-5-9961-0406-2 © Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего
профессионального образования
«Тюменский государственный
нефтегазовый университет»
1.Электростатика
1.1.Электрические заряды и электрическое поле. Принцип суперпозиций полей
Электростатика – учение о свойствах и взаимодействии электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной системы координат.
Электрический заряд является одной из первичных характеристик элементарных частиц. Заряд элемент частиц (по модулю) либо равен, либо кратен величине, элементарного заряда Кл.
Согласно современным представлениям взаимодействие между зарядами осуществляется через поле. Всякий заряд изменяет свойства окружающего его пространства тем, что создает в нем электрическое поле. Поле проявляет себя в том, что на другой заряд, помещенный в какую либо его точку, действует сила.
Опыт показывает, что отношение силы к величине пробного заряда не зависит от и определяется только свойствами поля в данной точке. Обозначим это отношение символом
. (1.1)
Вектор называется напряжённостью электрического поля.
Физический смысл этой величины заключается в следующем. Напряжённость есть силовая характеристика электрического поля, она численно равна силе, действующей на единичный положительный точечный пробный заряд. Единица измерения напряженности – Н/ Кл или В/ м.
Электростатическое поле называется однородным, если напряженность его в каждой точке одинакова:
=const.
Р ассмотрим электростатическое поле точечного заряда. Пусть имеется точечный заряд ; поместим его в начало координат (рис.1, точка О). В точку поля М поместим пробный заряд и проведем радиус-вектор . Сила, действующая на заряд , определится из закона Кулона:
. (1.2)
Здесь - единичный вектор, направление которого совпадает с направлением вектора .
Напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом, определится выражением:
. (1.3)
Формулы (1.2) и (1.3) записаны в системе СИ. Величина называется электрической постоянной. Она равна = 8,85·10-12 Ф/ м.
При практических расчетах удобно пользоваться коэффициентом: = 9·109 м/ Ф.
Если электрическое поле создается системой зарядов, то его напряжённость равна векторной сумме напряжённостей полей, создаваемых каждым зарядом в отдельности.
. (1.4)
Выражение (1.4) является математической записью принципа суперпозиции полей.