Электричество и магнетизм
 +7 (495) 939-20-03
 kofms@phys.msu.ru

Лекции

Электричество и магнетизм

Введите что-нибудь для фильтрации.

Лектор

Юлия Амирановна Овченкова

Доцент, к.ф.-м.н.

Аннотация

Электромагнитное взаимодействие — одно из четырех фундаментальных взаимодействий, которое определяет мир вокруг нас. Для математического описания взаимодействия между заряженными телами вводятся понятия электрического и магнитного поля, сначала как модельных объекты, но при дальнейшем развитии теория Максвелла и связанное с ней учение о переменном электромагнитном поле, доказывает, что понятие поля имеет глубокий физический смысл и электромагнитное поле является объективной реальностью. Кроме того, в курсе рассматривается ряд прикладных вопросов электротехники и физики твердого тела.

Программа курса

  1. Электромагнитное взаимодействие и его место среди других взаимодействий в природе. Электрический заряд и его свойства. Линейная, поверхностная и объёмная плотность заряда. Закон Кулона и его полевая трактовка. Системы единиц СИ и СГСЕ. Вектор напряженности электрического поля. Принцип суперпозиции. Графическое изображение электрического поля. Силовые линии и их свойства.
  2. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского — Гаусса в интегральной форме. Теорема Гаусса в дифференциальной форме. Применение теоремы Гаусса. Поле равномерно заряженной плоскости. Поле заряженной сферы.
  3. 3. Потенциальный характер электрического поля. Потенциал и разность потенциалов. Потенциал точечного заряда. Связь напряженности поля с градиентом потенциала. Теорема о циркуляции. Уравнение Пуассона.
  4. Электрическое поле в веществе. Проводники в электрическом поле. Емкость проводника. Метод изображений.
  5. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Свободные и связанные заряды. Теорема Гаусса при наличии диэлектриков (в интегральной и дифференциальной форме). Вектор электрической индукции. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость. Виды диэлектриков. Сегнетоэлектрики. Пьезоэффект. Граничные условия на границе двух диэлектриков.
  6. Электрическая емкость. Конденсаторы. Соединение конденсаторов. Энергия электрического поля и ее локализация в пространстве. Объемная плотность энергии электрического поля.
  7. Постоянный ток. Сила и плотность тока. Электродвижущая сила. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля — Ленца в интегральной и дифференциальных формах. Сопротивление проводников. Последовательное и параллельное соединения проводников. RC-цепи. Правила Кирхгофа. Уравнение непрерывности и условие стационарности электрического тока.
  8. Магнитное поле постоянных токов в вакууме. Законы Ампера и Био — Савара — Лапласа. Магнитное поле прямого проводника и кругового витка с током. Магнитный момент тока. Действие магнитного поля на рамку с током. Теоремы о циркуляции и потоке магнитной индукции для магнитного поля в вакууме в интегральной и дифференциальной формах. Магнитное поле объемного тока.
  9. Действие магнитного поля на электрический заряд. Сила Лоренца. Траектории движения частиц в однородном магнитном поле. Магнитные ловушки.
  10. Магнитное поле в веществе. Магнитная индукция и напряженность поля. Вектор намагниченности. Токи проводимости и молекулярные токи. Теорема о циркуляции для магнитного поля в веществе. Граничные условия на границе двух магнетиков. Магнитные свойства вещества. Парамагнетики, диамагнетики, магнитоупорядоченные вещества.
  11. Явление электромагнитной индукция в движущихся и неподвижных проводниках. Закон электромагнитной индукции. Относительный характер электрического и магнитного полей. Правило Ленца. Коэффициенты само- и взаимоиндукции. Установление тока в цепи, содержащей индуктивность. Магнитная энергия и её локализация в пространстве.
  12. Система уравнений Максвелла. Объемная плотность энергии электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга.
  13. Колебательный контур. Свободные колебания в идеальном и реальном электрическом колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания. Вынужденные колебания в контуре. Метод векторных диаграмм. Резонанс напряжений и токов. Добротность.
  14. Переменный ток. Закон Ома для цепей переменного тока. Емкостное и индуктивное сопротивление. Полное сопротивление контура, содержащего резистор, индуктивность и емкость. Работа и мощность переменного тока. Активное и реактивное сопротивление. Метод комплексных амплитуд. Правила Киргхофа для цепей переменного тока. Мощность в цепи переменного тока. Генераторы переменного тока. Трехфазный ток. Трансформаторы.
  15. Излучение электромагнитных волн. Волновое уравнение. Электромагнитные волны в свободном пространстве, их поперечность и скорость распространения. Интенсивность и энергия, переносимая волной. Плоские и сферические волны, их свойства. Монохроматические волны. Излучение волн. Импульс волны. Волны в проводниках. Скин-эффект.
  16. Электропроводность металлов, полупроводников и диэлектриков. Зонная структура. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Эффект Холла. Магнетосопротивление. Подвижность. Сверхпроводимость. Электропроводность жидкостей. Законы электролиза. Электрический ток в газах. Контактные явления в полупроводниках и металлах. Термоэлектричество. Эффект Пельтье.

Литература

  1. В. А. Алешкевич, Электромагнетизм. М.: Физматлит, 2014.
  2. А. Н. Матвеев, Электричество и магнетизм. М.: Высшая школа, 1983.
  3. Д. В. Сивухин, Общий курс физики. Т. 3. Электричество. М.: Наука, 1983.
  4. И. В. Савельев, Курс общей физики. Т. 2. М.: Наука, 1988.
  5. И. Е. Тамм, Основы теории электричества. М.: Наука, 1989.
  6. Д. Ф. Киселев, А. С. Жукарев, С. А. Иванов, С. А. Киров, Е. В. Лукашева, Электричество и магнетизм. Методика решения задач. М.: Физический факультет, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2010.
  7. Л. И. Антонов, Л. Г. Деденко, А. Н. Матвеев, Методика решения задач по электричеству. М.: Изд-во МГУ, 1982.
  8. И. Е. Иродов, Задачи по общей физике. М.: Наука, 1988.

Другие лекции, читаемые на этом факультете