Постійний електричний струм

Зміст

Вступ ….….………………………………………………………………………….4

Зміст дисципліни

1.1. Електростатика………………………………………………………...6

1.2. Постійний електричний струм………………………………………..6

1.3. Магнітне поле………………………………………………………….7

1.4. Електромагнітне поле…………………………………………………7

1.5. Електромагнітні коливання і хвилі…………………………………...7

Рекомендована література

2.1. Основна література …..……………………………………………….8

2.2. Додаткова література …..……………………………………………...8

Теоретичний матеріал, знання якого необхідне для успішного виконання роботи

3.1. Електростатика

3.1.1. Електричне поле у вакуумі ……………......................................9

3.1.2. Потенціал. Різниця потенціалів……………………………….10

3.1.3. Електроємність. Енергія поля ………………………………...12

3.2. Постійний електричний струм

3.2.1. Закони постійного струму……………………………………..13

3.2.2. Електричний струм у різних середовищах…………………...15

3.3. Магнітне поле

3.3.1 Магнітне поле струму……………………………………………...16

3.3.2 Електромагнітна індукція…………………………………………18

3.4. Електромагнітні коливання і хвилі…………………………………….19

4. Приклади розв’язування задач...... .................................................................22

5. Розподіл задач за варіантами………………………………………………...43

6. Задачі для контрольної роботи........................................................................44

7. Таблиці основних фізичних величин.............................................................70

ВСТУП

«Електрика і магнетизм» – фундаментальний розділ фізики, знання якого є необхідним елементом професійної підготовки інженера, незалежно від спеціалізації та подальшого напрямку його діяльності.

Однією із складових переходу до Болонського процесу є залучення студентів до участі у формуванні процесу навчання, оскільки їх відстороненість призводить до неспроможності працювати самостійно, а це, в свою чергу, потребує налагодженої організації і забезпечення самостійної роботи студентів.

Одним із видів самостійної роботи студентів інженерних спеціальностей є виконання ними розрахунково-графічних робіт (РГР). Виконання цієї роботи дає можливість студенту потренуватися у розв'язанні задач, а викладачу здійснити контроль засвоєних знань. Систематичне розв’язування задач є необхідною умовою успішного вивчення курсу фізики, допомагає з’ясувати фізичний зміст явищ, закріплює у пам’яті формули, прищеплює навички практичного застосування теоретичних знань.

Даний посібник має слугувати двом цілям: 1) навчити студентів самостійно розв’язувати задачі з фізики; 2) якоюсь мірою замінити контрольні роботи з курсу, оскільки на практичні заняття за навчальним планом відводиться незначна кількість аудиторних годин. Для досягнення означеної мети в посібнику подано необхідний теоретичний матеріал, а також достатню кількість розв’язаних задач з усіх тем курсу. Всі етапи розв’язку розглядаються досить детально.

Щоб навчитись розв’язувати задачі і підготуватись до виконання РГР, слід, після опрацювання теоретичного матеріалу відповідного розділу, розібрати приклади розв’язків типових задач.

При розв’язуванні задач необхідно дотримуватись наступного порядку:

– виразити всі величини, які входять в умову задачі, в СІ;

– дати малюнок, який пояснює зміст задачі (якщо це можливо);

– супроводжувати розв’язок задачі вичерпними поясненнями: вказати основні закони і формули, на яких базується розв’язок задачі, дати формулювання цих законів, пояснити буквені позначення, які використовуються при написанні формул. Якщо при розв’язуванні задачі застосовується формула, отримана для часткового випадку і яка не виражає фізичного закону або визначення певної фізичної величини, то її необхідно вивести;

– підставити у кінцеву формулу, отриману в результаті розв’язування задачі в загальному вигляді, числові значення та провести обчислення;

– перевірити, чи дає робоча формула правильну розмірність шуканої величини. Якщо отримана таким шляхом розмірність не співпадає з розмірністю шуканої величини, то задача розв’язана неправильно.

Посібник містить 160 задач, які охоплюють всю програму з розділу «Електрика і магнетизм» і дає можливість кожному студенту працювати за окремим варіантом, який містить 8 задач.

ЗМІСТ ДИСЦИПЛІНИ

Відповідно до діючих навчальних програм підготовки бакалаврів студенти, вивчаючи фізику, повинні засвоїти наведений нижче матеріал з розділів «Електростатика», «Постійний електричний струм», «Магнітне поле», «Електромагнітне поле», «Електромагнітні коливання і хвилі».

Електростатика

Електричні заряди і поля. Закон Кулона. Напруженість поля точкового заряду. Принцип суперпозиції. Теорема Остроградського-Гаусса та застосування її до розрахунку поля заряджених симетричних тіл.

Потенціал поля. Робота сил поля при переміщенні зарядів. Циркуляція вектора напруженості. Градієнт потенціалу і напруженість поля. Потенціал поля точкового заряду, системи точкових зарядів, зарядженої сфери. Напруженість поля біля поверхні провідника і її зв’язок з поверхневою густиною заряду. Провідники у зовнішньому електричному полі.

Електроємність. Види конденсаторів та їх з’єднання.

Енергія системи нерухомих точкових зарядів, зарядженого провідника, конденсатора. Електричне поле в діелектриках. Вільні і зв’язані заряди. Поляризація діелектриків. Вектор поляризації. Діелектрична проникність і її фізичний зміст. Напруженість електричного поля в діелектриках. Електричне зміщення.

Постійний електричний струм

Постійний струм. Закон Ома для ділянки кола. Опір провідника. Сторонні сили. Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола. Робота і потужність у колі постійного струму. Закон Джоуля-Ленца. Розгалужені кола. Правила Кірхгофа.

Природа струму в металах. Класична теорія провідності металів. Залежність опору металів від температури. Надпровідність. Бозе-Ейнштейнівський конденсат. Провідність напівпровідників. Термоелектронна емісія і контактні явища в металах і напівпровідниках. Робота виходу електронів із металу.

Струм у вакуумі. Електричний струм в електролітах. Електролітична дисоціація. Закони Фарадея. Електричний струм у газах. Види газових розрядів. Поняття про плазму.

Магнітне поле

Магнітне поле електричного струму. Індукція і напруженість магнітного поля. Закон Біо-Савара-Лапласа. Циркуляція вектора напруженості магнітного поля. Сила Ампера. Магнітний момент витка із струмом.

Дія електричного і магнітного полів на рухомий заряд. Сила Лоренца. Прискорювачі заряджених частинок. Електромагнітна індукція. Магнітний потік. Закон Фарадея і правило Ленца. Е.р.с. самоіндукції. Індуктивність. Енергія магнітного поля.

Магнітні властивості речовини. Магнетики. Діа-, пара- і феромагнетизм. Точка Кюрі.

Електромагнітне поле

Вихрове електричне поле. Електромагнітне поле. Рівняння Максвелла в інтегральній і диференціальній формах.

Одержання е.р.с. Діюче і середнє значення змінного струму. Опір, ємність і індуктивність в колі змінного струму. Закон Ома для змінного струму. Послідовний і паралельний резонанс. Робота і потужність в колі змінного струму.