Электродинамика
План курса
О.Ю.Шведов
Электрические цепи
Конденсаторы и гальванические элементы
- Электростатика проводников (напряженность внутри проводника, эквипотенциальность, заряд на поверхности). Конденсатор и его электроемкость.
- Последовательное и параллельное соединение конденсаторов
- Работа в обратимом процессе перезарядки конденсатора; применение к расчету потенциальной энергии заряженного конденсатора.
- Батарейка, ее энергия и ЭДС. Равновесие в цепи, состоящей из конденсатора и батарейки.
- Расчет напряженности электрического поля и электроемкости плоского конденсатора. Плотность энергии электростатического поля. Влияние диэлектрической проницаемости на электроемкость.
- Методы расчета сил для конденсаторов. Сила взаимодействия пластин плоского конденсатора. Сила, действующая со стороны конденсатора на диэлектрическую пластину, частично вдвинутую в конденсатор.
Электрический ток
- Понятие о магнитном действии электрического тока. Сила электрического тока и ее измерение.
- Исследования Ома по прохождению тока через проводник. Понятие сопротивления. Закон Ома и правила Кирхгофа. Идеальные и неидеальные батарейки. Идеальные и неидеальные вольтметр и амперметр; идеальный и неидеальный диод. Понятие вольтамперной характеристики элемента.
- Последовательное и параллельное соединение сопротивлений. Зависимость сопротивления проводника от его длины и толщины. Удельное сопротивление. Связь плотности электрического тока и напряженности электрического поля (закон Ома в дифференциальной форме).
- Превращение энергии в электрической цепи, состоящей из конденсатора и резистора. Закон Джоуля-Ленца.
- Исследование процесса разрядки конденсатора через резистор.
- Электрический ток в металлах (отсутствие переноса вещества, электронная теория Лоренца, опыт Толмена и Стюарта) и электролитах (перенос вещества, постоянная Фарадея).
Электромагнитные явления
Магнитостатика
- Закон Кулона взаимодействия магнитных полюсов. Количество магнетизма. Понятие о магнитной индукции. Магнитные полюса и электрические заряды: сходство, различие.
- Магнитный диполь, его магнитный дипольный момент. Момент сил, действующих на магнитный диполь. Работа по перемещению диполя в магнитном поле.
- Опыт Эрстеда (1820): взаимодействие электрического тока с магнитом. Аналогия Ампера: малый контур с током как магнитный диполь. Измерение силы тока по создаваемому магнитному полю.
- Единицы измерения силы тока, магнитного дипольного момента, количества магнетизма, магнитной индукции, магнитной постоянной в системе СИ. Значение магнитной постоянной в системе СИ.
- Работа по перемещению контура с постоянным током в магнитном поле и изменение магнитного потока.
- Сила Ампера, действующая на элемент тока в магнитном поле. Связь выражений для силы Ампера и работы по перемещению контура с током.
- Магнитное поле контура с током произвольной формы (замена контура на магнитный листок). Теорема о циркуляции магнитного поля.
- Магнитное поле прямого провода (расчет с помощью теоремы о циркуляции). Сила взаимодействия прямых проводов. Определение одного ампера через эту силу.
- Магнитное поле длинной катушки индуктивности
- Сила взаимодействия проводника с током с магнитным полюсом. Магнитное поле элемента тока.
- Электродинамический опыт Вебера и Кольрауша (1856). Электродинамическая постоянная. Значение электростатической постоянной в системе СИ.
Электромагнитная индукция
- Превращение энергии при изменении магнитного потока через контур с током. Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Решение задач на движение проводников с током в магнитном поле.
- Самоиндукция. Индуктивность длинной катушки. Понятие о взаимной индукции. Трансформатор.
- Превращение энергии в колебательном контуре. Энергия катушки индуктивности. Представление об энергии магнитного поля.
- Свободные колебания в контуре, состоящем из конденсатора и катушки индуктивности. Частота колебаний.
- Вынужденные колебания в контуре, состоящем из источника переменного напряжения, резистора, конденсатора и катушки. Понятие о резонансе.
Понятие о системе уравнений Максвелла
- Интерпретация закона электромагнитной индукции с точки зрения представлений о вихревом электрическом поле.
- Ток смещения. Понятие о системе уравнений Максвелла.
Движение частиц в электромагнитных полях
- Сила Лоренца, действующая на электрон в магнитном поле (связь с силой Ампера).
- Электромагнитная индукция в движущемся проводнике (микроскопическое объяснение)
- Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле.
Волновые и квантовые явления
Волновые явления
- Распространение продольных волн в системе грузов, связанных пружинами. Фаза волны, волновое число, длина волны, круговая частота, период, фазовая скорость
- Распространение поперечных волн по струне
- Распространение плоской электромагнитной волны
Волновая оптика
- Принцип Гюйгенса. Объяснение закона преломления света с точки зрения волновой теории света.
- Интерференция света. Опыт Юнга. Интерференционные опыты (билинза, бипризма, бизеркало). Интерференция в тонких пленках.
- Дифракция света. Дифракционная решетка
Квантовые явления
- Идея Планка о дискретности уровней энергии осциллятора. Фотоэффект и его объяснение по Эйнштейну
- Модель атома Резерфорда. Оценка расстояния между уровнями энергии и размера атома по Бору. Экспериментальные данные по уровням энергии атома водорода.
Архив курса (нужен допуск-4 )
- О.Ю.Шведов. Лекции по школьной физике. Глава 9. Электрические цепи
- О.Ю.Шведов. Лекции по школьной физике. Глава 10. Электромагнитные явления
- О.Ю.Шведов. Лекции по школьной физике. Глава 11. Волновые и квантовые явления (в стадии написания)
- Приложение 9.1. Задания для разбора с преподавателем
- Приложение 9.2. Задания для самостоятельной проработки
- Приложение 9.3. Задания повышенной трудности
К обзору материалов кружка