Электростатика и постоянный электрический ток

1. Предмет классической электродинамики. Элементарные электрические заряды. Электрический заряд и его дискретность. Точечные заряды. Закон сохранения зарядов. Закон Кулона.

2. Напряженность электрического поля, единицы измерения. Напряжённость электрического поля точечного заряда. Силовые линии. Однородное электрическое поле.

3. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Напряжённость электрического поля системы точечных зарядов. Сила, действующая на электрический заряд в электрическом поле.

4. Работа электрического поля по перемещению электрического заряда. Понятие потенциала электрического поля, единицы измерения. Потенциал точки электрического поля, созданного точечным зарядом, системой точечных зарядов.

5. Работа по перемещению электрического заряда в электрическом поле (через напряжённость и через разность потенциалов). Эквипотенциальные поверхности и их свойства. Примеры эквипотенциальных поверхностей.

6. Связь напряженности и потенциала электростатического поля. Напряжённость электрического поля как градиент потенциала. Единицы измерения напряженности электрического поля.

7. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Остроградского-Гаусса и её применение к расчету электрического поля точечного заряда.

8. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету электрического поля бесконечного, равномерно заряженного цилиндра.

9. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету электрического поля бесконечной, равномерно заряженной нити.

10. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету электрического поля бесконечной равномерно заряженной плоскости (системы двух параллельных плоскостей).

11. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету электрического поля, порождаемого равномерно заряженной сферической поверхностью.

12. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету электрического поля, порождаемого равномерно заряженным диэлектрическим шаром.

13. Основная задача электростатики проводников. Равновесие зарядов в проводнике. Эквипотенциальные поверхности и силовые линии электрического поля между проводниками. Электростатическая защита.

14. Емкость проводников и конденсаторов и ее физический смысл.

15. Конденсаторы и их емкость. Емкость плоского конденсатора.

16. Диэлектрики в электрическом поле. Свободные и связанные (поляризационные) заряды в диэлектриках. Поляризация диэлектриков. Механизмы поляризации диэлектриков.

17. Электрическое поле в однородном диэлектрике. Характеристики электрического поля в диэлектриках: вектор поляризации; вектор электрической индукции (электрическое смещение). Диэлектрическая восприимчивость вещества. Относительная диэлектрическая проницаемость среды и её физический смысл.

18. Электрический диполь в однородном и неоднородном электрических полях.

19. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников, заряженного конденсатора. Объемная плотность энергии электрического поля.

20. Постоянный электрический ток. Основные действия и условия существования постоянного тока. Сторонние силы. Характеристики постоянного электрического тока: сила (величина) тока и плотность тока. Электродвижущая сила, напряжение и разность потенциалов. Их физический смысл.

21. Связь между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов. Уравнение непрерывности для плотности тока.

22. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Электрическое сопротивление (электропроводимость). Температурная зависимость сопротивления проводников. Явление сверхпроводимости. Закон Видемана-Франца.

23. Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной и интегральной формах.

24. Мощность и КПД источника тока. Условия, при которых мощность во внешней цепи максимальна. Зависимость мощности и КПД источника тока от тока во внешней цепи.

25. Разветвлённые электрические цепи. Правила Кирхгофа и их применение.

Вопросы к экзамену

(1 курс, 2 семестр)

Электромагнитные явления

1. Магнитное поле в вакууме и его характеристики: вектор магнитной индукции и вектор напряженности магнитного поля. Магнитное поле и магнитный момент кругового тока.

2. Магнитное взаимодействие постоянных токов. Закон Ампера. Сила Лоренца.

3. Принцип суперпозиции магнитных полей. Закон Био-Савара-Лапласа как результат обобщения экспериментальных данных и как следствие теории относительности.

4. Применение закона Био-Савара-Лапласа к расчету магнитного поля бесконечного линейного тока.

5. Магнитное поле на оси кругового проводника с током. Магнитное поле в центре кругового проводника с током.

6. Вихревой характер магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора напряжённости магнитного поля и вектора индукции магнитного поля . Применение закона полного тока для магнитного поля в вакууме

7. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.

8. Магнитное поле и магнитный дипольный момент кругового тока. Намагничение магнетиков. Напряженность магнитного поля.

9. Классификация магнетиков. Парамагнетики и диамагнетики. Магнитная восприимчивость и агнитная проницаемость среды.

10. Поток магнитной индукции. Магнитные цепи. Индукция и напряженность магнитного поля бесконечно длинного соленоида.

11. Поток магнитной индукции. Магнитные цепи. Индукция и напряженность магнитного поля тороида.

12. Явление электромагнитной индукции. Основной закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Вывод основного закона электромагнитной индукции из закона сохранения и превращения энергии.

13. Явление самоиндукции при замыкании и размыкании электрической цепи. Индуктивность соленоида.

14. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля.

15. Движение заряженных частиц в однородном электрическом поле. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле.

16. Движение заряженных частиц в электромагнитном поле. Применение электронных пучков в науке и технике: электронная и ионная оптика, электронный микроскоп. Ускорители заряженных частиц.

17. Собственные электромагнитные колебания. Дифференциальное уравнение собственных электромагнитных колебаний и его решение.

18. Затухающие электромагнитные колебания. Дифференциальное уравнение затухающих электромагнитных колебаний и его решение. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания. Добротность.

19. Вынужденные электромагнитные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных электромагнитных колебаний и его решение. Резонанс.

20. Электромагнитные волны. Энергия электромагнитной волны. Плотность потока энергии. Вектор Умова-Пойнтинга. Интенсивность волны.

21. Электромагнитные волны. Вывод волнового уравнения для нейтральной, однородной среды. Скорость электромагнитной волны.

22. Электромагнитное поле. Взаимные превращения электрического и магнитного полей. Представление циркуляции вектора с помощью теоремы Стокса (случай стационарного и нестационарного полей). Ток смещения.

23. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формах. Материальные уравнения. Уравнение непрерывности.

24. Теория Максвелла. Первое уравнение Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.

25. Теория Максвелла. Уравнения Максвелла и их инвариантность относительно преобразований Лоренца.