Магнитное поле в веществе
Ф И З И К А
Учебно-методическое пособие
для студентов МИДО
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
Контрольные задания и учебные материалы
Минск 2011
УДК 530.1(075.8)
ББК 22.3я7
Б1
Бояршинова О.А.
Б1 Физика: Учебно-методическое пособие для студентов МИДО.
Электромагнетизм: Контрольные задания и учебные материалы / О.А. Бояршинова.– М.:БНТУ, 2011.
Учебно-методическое пособие содержит учебные материалы, задания контрольной работы и задачи для самостоятельной подготовки студентов по электричеству и магнетизму. Приведена рабочая программа по соответствующим разделам физики, сформулированы методические требования, предъявляемые к выполнению и оформлению контрольных работ.
УДК 530.1(075.8)
ББК 22.3я7
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебно-методическое пособие представляет собой комплекс учебных материалов, необходимых для успешного освоения физики студентами технического ВУЗа дистанционной формы обучения. В пособии представлена часть рабочей программы, которая содержит вопросы, изучаемые в первом семестре обучения физике; требования к оформлению контрольной работы, предусмотренной учебным планом; задачи, включенные в контрольную работу, а также ряд задач для самоподготовки студентами. Все задачи пособия разбиты на тематические блоки, которые сопровождаются краткими теоретическими сведениями, достаточными для того, чтобы студенты смогли самостоятельно решать задачи своего варианта.
Задачи, включенные в контрольную работу, разбиты на десять вариантов, в каждом варианте восемь задач. Номер варианта, который должен выполнить студент совпадает с последней цифрой номера зачетной книжки студента. Задачи контрольной работы составлены таким образом, чтобы охватить максимальное количество вопросов, изучаемых в данном курсе физики. Задачи, не включенные в контрольную работу, а также задачи других вариантов дополняют друг друга и будут способствовать более глубокому пониманию изучаемых явлений и законов, а также развитию логического мышления.
Рабочая программа курса физики
Электричество и магнетизм
Предмет классической электродинамики. Электрический заряд и его дискретность. Закон сохранения электрического заряда. Идея близкодействия.
Электростатика
Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы Гаусса к расчету электростатического поля. Работа перемещения заряда в электростатическом поле. Теорема о циркуляции электростатического поля. Потенциальный характер электростатического поля. Потенциал электростатического поля и его связь с напряженностью.
Идеальный проводник в электростатическом поле. Поверхностная плотность заряда. Граничные условия на границе “проводник-вакуум”. Электростатическое поле в полости идеального проводника. Электростатическая защита. Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы. Емкость конденсаторов различной геометрической конфигурации. Соединение конденсаторов. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников. Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.
Электростатическое поле в веществе
Электрический диполь во внешнем электростатическом поле. Поляризация диэлектрика. Поляризованность. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость. Основные уравнения электростатики диэлектриков. Граничные условия на границе раздела “диэлектрик-диэлектрик” и “проводник-диэлектрик”. Плотность энергии электростатического поля в диэлектрике. Электрострикция и пьезоэлектрический эффект. Сегнетоэлектрики.
Постоянный электрический ток
Условия существования электрического тока. Проводники и изоляторы. Законы Ома и Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме. Сторонние силы. Электродвижущая сила (ЭДС). Источники ЭДС. Закон Ома для замкнутой цепи и для участка цепи, содержащего источник ЭДС. Законы Кирхгофа. Работа и мощность электрического тока. КПД электрической цепи. Нелинейные явления при постоянном токе.
Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электрический ток в газе. Процессы ионизации и рекомбинации. Электропроводность слабоионизированных газов. Понятие о плазме. Дебаевская длина. Электропроводность плазмы. Области применения плазмы.
Магнитное поле постоянных токов
Сила Лоренца. Магнитное поле движущегося заряда. Вектор магнитной индукции. Принцип суперпозиции. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитного поля. Магнитное поле прямолинейного проводника с током. Магнитное поле кругового тока. Вихревой характер магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции для магнитного поля в вакууме и его применение к расчету магнитного поля тороида и длинного соленоида.
Движение заряженных частиц в магнитном поле. Принцип действия циклических ускорителей заряженных частиц. Электронный микроскоп. Эффект Холла. МГД-генератор. Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Определение 1 ампера в СИ. Виток с током в магнитном поле. Момент сил, действующих на виток с током в магнитном поле. Магнитный момент. Энергия витка с током во внешнем магнитном поле.
Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля в вакууме. Работа перемещения проводника с током в магнитном поле.
Магнитное поле в веществе
Намагничивание вещества. Магнитные моменты атомов. Намагниченность. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Основные уравнения магнитостатики в веществе. Граничные условия на поверхности раздела двух магнетиков. Магнитные цепи. Технические приложения законов магнитостатики.
Виды магнетиков. Пара- и диамагнетики. Ферромагнетики. Домены. Спиновая природа ферромагнетизма и ее объяснение на основе квантовых представлений. Точка Кюри. Магнитный гистерезис. Ферриты. Магнитострикция ферромагнетиков. Магнитный метод охлаждения. Применение магнитных материалов.