Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра фізики
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Інформаційна безпека
Група:
К
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
КАФЕДРА ФІЗИКИ
Бордун Ігор Михайлович
ЕЛЕКТРИКА
МАГНЕТИЗМ
К О Н С П Е К Т Л Е К Ц І Й
для бакалаврського напрямку
6.1601 - Інформаційна безпека (ІБ)
(Семестр 2)
Затверджено
на засіданні кафедри фізики
протокол №17 від 15.09.2005р.
З М І С Т
Електричне поле в вакуумі
Лекція 1. Електричні заряди. Закон збереження електричних зарядів. Електростатичне поле. Закон Кулона. Напруженість електричного поля. Лінії напруженості. ____________ 7
Лекція 2. Робота сил електростатичного поля. Циркуляція вектора напруженості. Потенціал електростатичного поля. Зв'язок напруженості з потенціалом електростатичного поля. Еквіпотенціальні поверхні. _______________________________ 12
Лекція 3. Потік вектора напруженості електричного поля. Теорема Остроградського-Гаусса. Застосування теореми Остроградського-Гаусса. _____________________________ 17
Діелектрики і провідники в електричному полі.
Лекція 4. Типи діелектриків. Поляризація діелектриків. Поляризованість. Напруженість електричного поля в діелектрику. Електричне зміщення. Теорема Остроградського-Гаусса для електростатичного поля в діелектрику. ________________________________________ 26
Лекція 5. Електроємність відокремленого провідника. Конденсатори. Енергія електростатичного поля._________________________________________________________ 37
Постійний електричний струм
Лекція 6. Електричний струм. Сила і густина струму. Електрорушійна сила, напруга. Закон Ома. Елементарна класична теорія електропровідності металів та її дослідне обгрунтування. Виведення законів Ома та Джоуля-Ленца на основі класичної теорії провідності металів. Закон Відемана-Франца. Труднощі класичної теорії електропровідності металів. _____________________________________________________ 47
Лекція 7. Робота виходу електронів з металу. Контактна різниця потенціалів. Термоелектронна емісія. Закон трьох других. Формула Річардсона-Дешмана. Струм у газах. Плазма. ________________________________________________________________________ 61
Магнітне поле у вакуумі.
Лекція 8. Магнітне поле. Магнітна індукція. Закон Ампера. Принцип суперпозиції для магнітного поля. Закон Біо-Савара-Лапласа. Магнітне поле прямого i колового струмів. _ 74
Лекція 9. Дія магнітного поля на рухомі заряди. Ефект Холла. Циркуляція вектора магнітної індукції для магнітного поля у вакуумі. Магнітне поле соленоїда і тороїда. ____ 82
Лекція 10. Потік вектора магнітної індукції. Теорема Остроградського-Гаусса для магнітного поля. Робота, яка виконується при переміщенні провідника з струмом у магнітному полі. ________________________________________________________________ 91
Магнітні властивості речовини.
Лекція 11. Магнітні моменти електронів і атомів. Намагніченість. Напруженість магнітного поля. Теорема про циркуляцію векторів магнітної індукції і напруженості магнітного поля в речовині._______________________________________________________ 95
Лекція 12. Діамагнетики. Парамагнетики. Природа парамагнетизму. Феромагнетики та їх властивості. Природа феромагнетизму. Точка Кюрі. Ферити. _______________________ 102
Електромагнітна індукція. Основи теорії Максвелла.
Лекція 13. Явище електромагнітної індукції. Закон Фарадея. Правило Ленца. Явище самоіндукції. Індуктивність. Електрорушійна сила самоіндукції. Взаємоіндукція. Струми при замиканні і розмиканні кола. _________________________________________________ 109
Лекція 14. Енергія магнітного поля. Об`ємна густина енергії магнітного поля. Вихрове електричне поле. Струм зміщення. Рівняння Максвелла для електромагнітного поля. __ 118
Лекція 15. Електричний коливальний контур. Вільні, загасаючі і вимушені електромагнітні коливання. Електромагнітні хвилі. Експериментальне отримання електромагнітних хвиль. Енергія, що переноситься електромагнітною хвилею. ________________________ 127
В С Т У П
Фізика електромагнітних взаємодій є, мабуть, найважливішим розділом фізики. Справа в тому, що електромагнітна взаємодія обумовлює більшість явищ нашого житта. Звичайно, для нас дуже важлива гравітація., а от ефекти сильної і слабкої взаємодій настільки "глибоко" заховані в ядрі, що ми практично їх ніколи не спостерігаємо. Електромагнітна взаємодія забезпечує існування речовини на атомарно-молекулярному рівні: вона утримує електрони біля ядер і є основою природи хімічного зв'язку. Значна частина біологічних явищ також визначається цим видом взаємодій. Багато сил, з якими ми маємо справу в повсякденному житті, мають електромагнітний характер - це сили тертя, пружності, теплового розширення та ін. Крім того, енергія може існувати і поширюватися у вигляді електромагнітних хвиль. Електромагнітні хвилі - це радіохвилі, телебачення, світло, теплове і рентгенівське випромінювання.
Історія розвитку класичної електродинаміки є повчальним прикладом того, як математизація природничо-наукової дисципліни спричинила за собою якісний стрибок у розумінні цілого ряду явищ природи, частина з яких була спочатку передбачена теоретично (“на кінчику пера”), а потім одержала блискуче експериментальне підтвердження.
Оскільки ми розглядаємо основи фізики, то у фізиці існує деяка кількість простих, але фундаментальних понять, які, однак, не так просто відразу зрозуміти. До них відносяться постійно розглядувані в нашому курсі простір, час і от тепер інше фундаментальне поняття - поле. У механіці дискретних об'єктів, механіці Галілея, Ньютона, Декарта, Лапласа, Лагранжа, Гамільтона й інших механіків фізичного класицизму, ми були згодні з тим, що сили взаємодії між дискретними об'єктами викликають зміну параметрів їхнього руху (швидкість, імпульс, момент імпульсу), змінюють їхню енергію, роблять роботу і т.д. І це, в загальному, було наочним і зрозумілим. Однак з вивченням природи електрики і магнетизму виникла ситуація, що взаємодіяти між собою електричні заряди можуть без безпосереднього контакту. У цьому випадку ми як би переходимо від концепції близькодії до безконтактної далекодії. Це і привело до поняття поля.
Формальне визначення цього поняття звучить так: фізичним полем називається особлива форма матерії, що зв'язує частинки (об'єкти) речовини в єдині системи і передає з скінченою швидкістю дію одних частинок на інші. Правда, як ми уже відзначали, такі визначення занадто загальні і не завжди визначають глибинну та й конкретно-практичну сутність поняття. Фізики відмовлялися від ідеї фізичної контактної взаємодії тіл і вводили для пояснення різних явищ такі моделі як електричну і магнітну «рідину», для поширення коливань використовували уявлення про механічні коливання часточок середовища - моделі ефіру, оптичних флюїдів, теплорода, флогістону в теплових явищах, описуючи їх теж з механічної точки зору, і навіть біологи вводили «життєву силу» для пояснення процесів у живих організмах. Усе це не що інше, як спроби описати передачу дії через матеріальне («механічне») середовище.
Однак роботами Фарадея (експериментально), Максвелла (теоретично) і багатьох інших учених було показано, що існують електромагнітні поля (у тому числі й у вакуумі) і саме вони передають електромагнітні коливання. Через 20 років після створення теорії Фарадея - Максвелла в 1887 р. Герц експериментально підтвердив наявність електромагнітного випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 10 до 100 м за допомогою іскрового розряду і реєстрацією сигналу в контурі в декількох метрах від розрядника. Вимірявши параметри випромінювання (довжину і частоту хвилі), він одержав, що швидкість поширення хвилі збігається зі швидкістю світла. Згодом були вивчені й освоєні інші діапазони частот електромагнітного випромінювання. Було встановлено, що можна одержати хвилі будь-якої частоти за умови наявності відповідного джерела випромінювання. З'ясувалося, що і видиме світло є теж електромагнітні коливання у визначеному діапазоні частот коливань. Насьогодні електромагнітні хвилі поділяються на декілька видів у шкалі коливань: радіохвилі (103 - 10-4 м), світлові хвилі (10-4 - 10-9 м), інфрачервоне (ІЧ) ( 5 ×10-4 - 8 ×10-7 м), ультрафіолетове (УФ) (4 ×10-7 - 10-9 м), рентгенівське випромінювання (2 ×10-9 - 6 ×10-12 м), γ-випромінювання (< 6 ×10-12 м).
Так що ж таке поле? Найкраще скористатися якимось абстрактним уявленням, і в цій абстракції знову ж немає нічого незвичайного або незрозумілого: як ми побачимо далі, такі ж абстракції використовуються в побудові фізики мікросвіту і фізики Всесвіту. Найпростіше сказати, що поле - це певна фізична величина, що у різних точках простору приймає різні значення. Наприклад температура - це поле (у даному випадку скалярне), яке можна описати як Т = Т(x, y, z), або, якщо воно змінюється в часі, Т = Т (x, y, z, t). Можуть бути поля тисків, у тому числі й атмосфери повітря, поле розподілу людей на Землі або різних націй серед населення, розподілу зброї на Землі, різних пісень, тварин, усього чого завгодно. Можуть бути і векторні поля, як, наприклад, поле швидкостей текучої рідини. Ми знаємо вже, що швидкість υ(x, y, z, t) є вектором. Тому ми записуємо швидкість руху рідини в будь-якій точці простору в момент часу t у вигляді вектора, залежного від координат і часу. Аналогічно можуть бути представлені й електромагнітні поля. Зокрема, електричне поле - векторне, тому що кулонівська сила взаємодії між зарядами - вектор:
Незважаючи на подібність основних законів електричних і гравітаційних полів і методологій введення і використання параметрів, що їх описують, пояснити їхню сутність на основі спільної природи дотепер не вдалося. Хоча такі спроби, починаючи від Ейнштейна і до останнього часу, постійно проводяться з метою створення єдиної теорії поля. Природно, що це спростило б наше розуміння фізичного світу і дозволило описати його одноманітно.
Вважається, що гравітаційні й електричні поля діють незалежно і можуть співіснувати в будь-якій точці простору одночасно, не впливаючи один на одного. Сумарна сила, що діє на пробну частинку з зарядом q і масою m, може бути виражена векторною сумою гравітаційної сили та сили Кулона. Введення в класичній електродинаміці поняття електромагнітного поля з передачею взаємодії й енергії шляхом поширення хвиль через простір, дозволило відійти від механічного уявлення ефіру. У старому уявленні поняття ефіру як якогось середовища, що пояснює передачу контактної дії сил, було спростовано як експериментально дослідами Майкельсона при вимірюванні швидкості світла, так і, головним чином, теорією відносності Ейнштейна. Через поля виявилося можливим описувати фізичні взаємодії, для чого власне і були сформульовані загальні для різних типів полів характеристики, про які ми тут говорили. Правда слід зазначити, що зараз ідея ефіру почасти відроджується деякими вченими на базі поняття фізичного вакууму.
Так після механічної картини сформувалася нова на той час електромагнітна картина світу. Її можна розглядати як проміжну відносно сучасної природничо-наукової. Відзначимо деякі загальні характеристики цієї парадигми. Оскільки вона включає не тільки уявлення про поля, але і нові дані, що з'явилися до того часу - про електрони, фотони, ядерній моделі атома, закономірностях хімічної будови речовин і розташування елементів у періодичній системі Менделєєва і ряд інших результатів на шляху пізнання природи, то, звичайно, у цю концепцію ввійшли також ідеї квантової механіки, про яку мова ще буде йти далі. Головним поняттям такої картини світу є можливість описати велику кількість явищ на основі поняття поля. Було встановлено, на відміну від механічної картини, що матерія існує не тільки у вигляді речовини, але і поля. Електромагнітна взаємодія на основі хвильових уявлень досить впевнено описує не тільки електричні і магнітні поля, але й оптичні, хімічні, теплові і механічні явища. Методологія польового представлення матерії може бути використана і для розуміння полів іншої природи. Зроблено спроби пов’язати корпускулярну природу мікрооб'єктів із хвильовою природою процесів. Було встановлено, що «переносником» взаємодії електромагнітного поля є фотон, що підкоряється вже законам квантової механіки. Робляться спроби знайти гравітон, як носій гравітаційного поля.
Незважаючи на істотне просування вперед у пізнанні оточуючого нас світу, електромагнітна картина не позбавлена недоліків. Так, у ній не розглядаються імовірнісні підходи, власне кажучи імовірнісні закономірності не визнаються фундаментальними, збережений детерміністичний підхід Ньютона до опису окремих частинок і тверда однозначність причинно-наслідкових зв'язків (що зараз оспорюється синергетикою), ядерні взаємодії і їх поля визначаються не тільки електромагнітними взаємодіями між зарядженими частинками. У цілому таке положення зрозуміле, тому що кожне проникнення в природу речей поглиблює наші уявлення і вимагає створення нових адекватних фізичних моделей
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора