способными устанавливать математическую взаимосвязь между различными электромагнитными явлениями и эффектами.
Перед преподающими дисциплину ставятся следующие задачи:
· систематически и полно изложить студенту основные принципы и законы электромагнетизма и их математические выражения;
· знакомить его с основными электромагнитными явлениями, методами их наблюдения и экспериментального исследования;
· учить студента количественно формулировать и решать задачи, описывающие электромагнитные явления;
· способствовать развитию научного мировоззрения.
В результате усвоения дисциплины студент должен:
знать:
- понятия заряда, электрического и магнитного дипольных моментов;
- основные электромагнитные физические величины;
- основные модели, применяемые в электромагнетизме;
- формулировку основных законов электромагнетизма.
уметь:
- применять теорему Гаусса для расчета электростатических полей, теорему о циркуляции напряженности магнитного поля и закон Био – Савара – Лапласа для расчета магнитных полей;
- решать простейшие уравнения электростатики и магнитостатики;
- рассчитывать простейшие электрические цепи постоянного и переменного тока;
- собирать простейшие электрические цепи и производить измерения их параметров.
Учебная программа по учебной дисциплине «Физика. Электричество и магнетизм» разработана в соответствии с образовательными стандартами высшего образования первой ступени по специальности 1-40 0102-06 - «Информационные системы и технологии в экологии».
Учебный материал изучается на втором курсе. Программа рассчитана на 66 аудиторных часов, в том числе на лекции отводится 28 часов.
Контроль знаний по семестру предполагает проведение одной контрольной работы в семестр. На практических занятиях следует обратить внимание на решение задач с практическим содержанием из электротехники. При разработке учебной программы допустимо производить необходимый отбор и перестановку материала.
2. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
Тема 1. Предмет электромагнетизма
Роль электромагнитных взаимодействий в природе. Общая характеристика электромагнитного поля. Электрический заряд. Опыт Милликена. Микроскопические носители зарядов. Элементарный заряд и его инвариантность. Плотность заряда. Закон сохранения заряда.
Тема 2. Постоянное электрическое поле
Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Силовые линии электрического поля. Однородное электрическое поле. Пробный электрический заряд. Принцип суперпозиции электрических полей. Экспериментальная проверка закона Кулона на различных расстояниях.
Тема 3. Потенциал электрического поля и теорема Гаусса
Потенциальность электростатического поля. Связь между напряженностью и потенциалом. Потенциал точечного заряда, системы точечных зарядов и непрерывного распределения зарядов. Эквипотенциальные поверхности. Теорема Гаусса для напряженности электрического поля в вакууме. Нахождение напряженности электрического поля с использованием потенциала, прямым применением закона Кулона и с использованием теоремы Гаусса. Теорема Ирншоу. Электрическое поле Земли. Решение задач электростатики методом изображений.
Тема 4. Мультипольные характеристики источников
Электрическое поле системы зарядов на далеких расстояниях. Понятие об электрическом диполе и квадруполе. Понятие о мультиполях. Электрические диполь и квадруполь во внешнем электрическом поле.
Тема 5. Проводники в электрическом поле
Электростатическое поле при наличии проводников. Распределение зарядов на поверхности проводника. Поле вблизи поверхности проводника. Электростатическая защита. Потенциал проводника. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы и их емкость. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. Плотность энергии электрического поля. Энергия заряженных проводников. Коэффициенты емкости и электростатической индукции.
Тема 6. Диэлектрики в электрическом поле
Электростатическое поле при наличии диэлектриков. Роль диэлектрика в конденсаторе. Молекулярная картина поляризации диэлектриков. Поляризуемость. Связанные заряды. Диэлектрическая проницаемость. Индукция электрического поля. Формулировка теоремы Гаусса для электрического поля в диэлектриках. Пьезоэлектричество. Пироэлектричество. Сегнетоэлектричество.
Тема 7. Энергия электростатического поля
Силы, действующие на точечный заряд, диполь и непрерывно распределенный заряд. Энергия взаимодействия дискретных зарядов. Энергия взаимодействия при непрерывном распределении зарядов. Собственная энергия системы зарядов. Объемная плотность энергии электрического поля. Энергия поля поверхностных зарядов. Силы, действующие на диэлектрик и проводник в электрическом поле.
Тема 8. Постоянный электрический ток
Определение постоянного электрического тока. Сила тока. Плотность силы тока. Сторонние электродвижущие силы. Напряжение на участке цепи. Электродвижущая сила источника тока. Сила и плотность тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи. Элементарная ласссическая теория движения зарядов в проводниках. Дифференциальная форма закона Ома. Закон Джоуля - Ленца. Дифференциальная форма закона Джоуля - Ленца. Работа и мощность тока. Линейные цепи. Правила Кирхгофа. Конденсаторы в цепях постоянного тока и переходные процессы.
Тема 9. Электрический ток в газах и жидкостях
Газовый разряд. Несамостоятельный и самостоятельный разряды. Тлеющий разряд. Искровой разряд. Коронный разряд. Дуговой разряд. Применение газового разряда. Электрический ток в жидкостях. Законы Фарадея для электролиза. Химические источники тока. Аккумуляторы.
Тема 10. Стационарное магнитное поле
Вектор индукции магнитного поля. Линии индукции магнитного поля. Закон Био - Савара - Лапласа. Закон Ампера. Магнитное поле элементарного тока. Магнитный момент элементарного тока. Правило буравчика. Напряженность магнитного поля. Связь между индукцией и напряженностью магнитного поля. Теорема о циркуляции напряженности магнитного поля. Вычисление индукции и напряженности магнитного поля в простейших случаях. Магнитное поле системы токов на далеких расстояниях. Мультипольное разложение.
Тема 11. Проводники с током в магнитном поле
Проводник с током в магнитном поле. Сила Ампера. Рамка с током в магнитном поле. Потенциальная энергия контура с током в магнитном поле. Силы и момент сил, действующие на магнитный момент.
Тема 12. Заряженные частицы в электрическом и магнитном полях
Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в магнитном поле. Движение заряженной частицы в скрещенных электрическом и магнитном полях. Фокусировка пучков заряженных частиц. Основы масс-спектрометрии. Ускорители заряженных частиц.
Тема 13. Магнитные свойства вещества
Диамагнетизм, парамагнетизм и ферримагнетизм. Доменная структура. Ферромагнетизм как частный случай ферримагнетизма. Точка Кюри - Неля.
Тема 14. Электромагнитная индукция
Электродвижущая сила индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Дифференциальная формулировка закона электромагнитной индукции Фарадея. Вращающийся виток с током в магнитном поле. Взаимная индукция. Индуктивность. Соленоид. Самоиндукция. Скин-эффект. Токи Фуко. Переходные процессы в цепях постоянного тока с индуктивностью.
Тема 15. Переменное стационарное электромагнитное поле
Ток смещения. Колебательный контур. Собственные электрические и магнитные колебания. Вынужденные электрические колебания. Переменный электрический ток. Емкость и индуктивность в цепях переменного тока. Закон Ома для переменных токов. Резонанс токов и напряжений. Понятие об импедансе. Особенности протекания переменного электрического тока в газах и жидкостях.
Тема 16. Уравнения Максвелла
Система уравнений Максвелла и физический смысл отдельных уравнений системы. Лоренц-ковариантность уравнений Максвелла. Закон сохранения энергии электромагнитного поля. Плотность потока электромагнитной энергии. Вектор Умова - Пойнтинга.
Тема 17. Электромагнитные волны
Основные сведения об излучении электромагнитных волн. Описание электромагнитного поля излучения линейного осциллятора. Опыты Герца. Шкала электромагнитных волн. Бегущие электромагнитные волны. Плоские и сферические волны. Плоские монохроматические электромагнитные волны. Фазовая скорость. Вектор Умова - Пойнтинга плоской волны. Интенсивность монохроматической волны. Интенсивность произвольной электромагнитной волны. Диаграмма направленности. Распространение электромагнитных волн в различных средах. Принципы радиосвязи.
3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ
Номера тем, наименования тем и (или) содержания, количество аудиторных часов (лекции, практические (семинарские) занятия, лабораторные занятия и управляемая
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
