Физика - план лекций третьего семестра

ПЛАН ЛЕКЦИЙ ТРЕТЬЕГО СЕМЕСТРА
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
1. (Лекция 1) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ
1.1. Закон Кулона.
Электрический заряд. Закон Кулона. Потенциальная энергия
взаимодействия двух зарядов.
1.2. Напряжённость и потенциал электрического поля.
Напряжённость. Потенциал электростатического поля. Работа сил
электрического поля. Связь между напряжённостью и потенциалом.
Циркуляция электростатического поля. Ещё одно определение
потенциала.
1.3. Электрическое поле системы неподвижных зарядов.
Поле точечного заряда. Напряжённость и потенциал системы
точечных зарядов. Потенциальная энергия электрического
взаимодействия системы точечных зарядов. Теорема Ирншоу. Пример:
потенциал поля равномерно заряженного полукольца. Линии
напряжённости и эквипотенциальные поверхности.
(Лекция 2) Математическое дополнение 1. Приращение и дифференциал
скалярной функции трех переменных.
1.4. Электрический диполь.
1.4.1. Электрическое поле точечного диполя. Потенциал диполя.
Напряжённость электрического поля диполя.
1.4.2. Диполь во внешнем электрическом поле. Потенциальная энергия
диполя во внешнем электрическом поле. Момент сил,
действующих на диполь.
Математическое дополнение 2. Приращение и дифференциал
векторной функции трех переменных. Сила, действующая на
диполь.
1.4.3. Поле системы зарядов на больших расстояниях.
(Лекция 3) Математическое дополнение 3. Элементы векторного анализа
I. Поток и дивергенция векторного поля. Поток векторного поля.
Геометрическая интерпретация потока. Дивергенция векторного поля.
Выражение для дивергенции в декартовых координатах. Теорема
Остроградского-Гаусса. Свойства оператора набла.
1.5. Теорема Гаусса для вектора напряжённости электрического поля.
1.5.1. Вывод теоремы Гаусса.
1.5.2. Теорема Гаусса в локальной форме.
1.6. (Лекция 4) Применение теоремы Гаусса для частных случаев.
1.6.1. Поле бесконечной однородно заряженной плоскости.
1.6.2. Поле разноимённо заряженных плоскостей (поле плоского
конденсатора).
1.6.3. Поле бесконечной равномерно заряженной цилиндрической
поверхности.
1.6.4. Поле равномерно заряженной сферической поверхности.
1.6.5. Поле двух противоположно заряженных коаксиальных сфер (поле
сферического конденсатора)
2.
3.
4.
5.
6.
1.6.6. Поле объёмно заряженного шара.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ДИЭЛЕКТРИКАХ
Диэлектрики и проводники.
2.1. Поляризация диэлектриков.
Полярные и неполярные диэлектрики. Вектор поляризованности
(поляризации) диэлектрика. Сторонние и связанные заряды.
2.2. (Лекция 5) Связь между поляризованностью и плотностью связанных
зарядов.
Математическое дополнение 4. Действия с оператором набла.
Поверхностная плотность связанных зарядов на границе двух
диэлектриков.
2.3. Вектор электрического смещения.
Диэлектрическая проницаемость. Теорема Гаусса для вектора
электрического смещения.
2.4. Условия на границе двух диэлектриков.
Условие для тангенциальной составляющей вектора E. Условие для
нормальной составляющей вектора D. Условия для нормальной
составляющей вектора E и тангенциальной составляющей вектора D.
Преломление силовых линий векторов E и D на границе двух
диэлектриков.
2.5. (Лекция 6) Кристаллические диэлектрики.
ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
3.1. Внешнее электрическое поле.
3.2. Электроёмкость уединённого проводника.
3.3. Конденсаторы.
Ёмкость плоского конденсатора.
ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
4.1. Энергия заряженного проводника.
4.2. Энергия заряженного конденсатора.
4.3. Энергия электрического поля.
(Лекция 7) ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
5.1. Плотность тока и сила тока.
Электрический ток. Плотность тока. Сила тока. Уравнение
непрерывности.
5.2. Закон Ома для однородного проводника.
Классическая теория электропроводности металлов. Закон Ома в
локальной форме. Закон Ома для однородного проводника. Закон
Джоуля-Ленца.
5.3. Закон Ома для неоднородного участка цепи.
Электродвижущая сила (Э.Д.С.) и напряжение. Закон Ома для
неоднородного участка цепи. Мощность тока на неоднородном участке
цепи. Разветвлённые цепи. Правила Кирхгофа. (Лекция 8) Граничные
условия на поверхности проводника. Электрические токи в природе.
Математическое дополнение 5. Элементы векторного анализа II.
Циркуляция и ротор векторного поля. Циркуляция вектора. Ротор
векторной функции. Выражение для ротора в декартовых координатах.
Примеры. Повторное дифференцирование векторного поля. Теорема
Стокса.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ
6.1. Сила Лоренца. Вектор магнитной индукции.
Измерение магнитной индукции.
6.2. (Лекция 9) Закон Био-Савара.
Магнитное поле равномерно движущегося заряда. Принцип
суперпозиции. Закон Био-Савара. Закон Био-Савара для линейного
проводника. Магнитное поле прямого бесконечного тока. Магнитное
поле на оси кругового витка с током.
6.3. Основные законы магнитного поля постоянных токов.
Теорема Гаусса для вектора магнитной индукции Циркуляция и ротор
магнитного поля. Основные уравнения магнитостатики.
6.4. (Лекция 10) Закон Ампера.
Общий вид закона Ампера. Закон Ампера для линейного проводника. Сила
взаимодействия двух параллельных токов. Единица силы тока. Работа
силы Ампера.
6.5. Магнитный диполь.
6.5.1. Контур с током в однородном магнитном поле. Магнитный
дипольный момент. Сила и момент силы, действующие на контур с
током. Механическая энергия.
6.5.2. Контур с током в неоднородном магнитном поле.
6.5.3. Магнитное поле магнитного диполя на больших расстояниях.
6.6. Магнитное поле соленоида.
Поле идеального соленоида. Реальный соленоид. Тороид.
6.7. (Лекция 11) Эффект Холла.
6.8. Преобразование электромагнитного поля.
Магнетизм как релятивистский эффект. Формулы преобразования
электромагнитного поля.
7. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ.
7.1. Намагниченность вещества.
Виды магнетиков. Вектор намагниченности магнетика. Молекулярные
токи и токи проводимости. Связь между намагниченностью и
плотностью молекулярных токов.
7.2. Напряжённость магнитного поля.
Определение напряжённости магнитного поля. Циркуляция вектора H.
Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. (Лекция 12)
Условия на границе двух магнетиков. Преломление линий B и H на
границе магнетиков.
7.3. Природа парамагнетизма и диамагнетизма.
7.3.1. Магнитные свойства атомов.
Магнитный момент атома. Опыт Штерна и Герлаха.
7.3.2. Природа парамагнетизма.
7.3.3. Природа диамагнетизма
7.4. (Лекция 13) Ферромагнетизм.
Гиромагнитные явления. Опыт Эйнштейна де Хааса. Опыт Барнета.
Результаты опытов. Явление гистерезиса. Классификация
ферромагнитных материалов. Природа ферромагнетизма.
7.5. Магнитные поля в природе.
8. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
8.1. Закон электромагнитной индукции.
Явление электромагнитной индукции. Э.Д.С. индукции. Правило Ленца.
Физические механизмы электромагнитной индукции. Измерение
магнитного поля. Флюксметр и пояс Роговского. Токи Фуко.
8.2. (Лекция 14) Явление самоиндукции.
Индуктивность контура. Индуктивность соленоида. Э.Д.С.
самоиндукции. Скин-эффект.
8.3. Взаимная индукция.
Взаимная индуктивность. Теорема взаимности. Э.Д.С. взаимной
индукции.
8.4. Энергия магнитного поля.
Энергия магнитного поля изолированного контура с током. Энергия
магнитного поля нескольких контуров с током. Плотность магнитной
энергии. Энергия магнитного поля соленоида. Работа перемагничивания
ферромагнетика.
9. (Лекция 15) УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА
9.1. Ток смещения.
Обзор основных результатов. Вихревое электрическое поле. Плотность
тока смещения.
9.2. Система уравнений Максвелла.
Уравнения Максвелла, материальные уравнения и граничные условия.
Интегральная форма уравнений Максвелла. Условия применимости
уравнений Максвелла. Свойства уравнений Максвелла.
10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ (Самостоятельно)
10.1.
Колебательный контур без сопротивления.
Квазистационарные токи. Уравнение свободных колебаний.
10.2.
Колебательный контур с затуханием.
Уравнение затухающих колебаний. Параметры колебательного
процесса.
10.3.
Вынужденные электрические колебания.
Уравнение вынужденных колебаний. Ёмкостное и индуктивное
сопротивления. Резонанс тока и напряжений.
11. ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ
ПОЛЕ
11.1.
Движение в однородных полях.
Однородное электрическое поле. Однородное магнитное поле.
11.2.
Определение удельного заряда и заряда электрона и ионов.
11.2.1. Определение удельного заряда электрона (самостоятельно). Опыт
Томсона. Опыт Буша.
11.2.2. Определение заряда электрона. Опыт Милликена.
11.2.3. Определение удельного заряда ионов (самостоятельно). Метод
парабол Томсона. Масс-спектрограф и масс-спектрометр.
11.3.
Ускорители заряженных частиц.
11.3.1. Линейные ускорители.
11.3.2. (Лекция 16) Бетатрон. Условия радиальной фокусировки. Условия
вертикальной фокусировки. Бетатронное условие.
11.3.3. Циклотрон.
12. ПЛАЗМА.
12.1.
Плазма как состояние вещества.
Низкотемпературная и высокотемпературная плазма.
Квазинейтральность плазмы.
12.2.
Плазменные колебания.
Плазменная или ленгмюровская частота.
12.3.
Электрическое поле в плазме.
Дебаевский радиус экранирования. Идеальная плазма. Электрическое
поле иона в плазме.
12.4.
Плазма в магнитном поле.
Магнитное удержание плазмы. Пинч-эффект. Неустойчивость плазмы.