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.