Учебна програма по дисциплината: електричество и магнетизъм включена


с. 1
УЧЕБНА ПРОГРАМА

ПО ДИСЦИПЛИНАТА: ЕЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗЪМ

ВКЛЮЧЕНА В УЧЕБНИЯ ПЛАН НА СПЕЦИАЛНОСТ: АСТРОНОМИЯ, МЕТЕОРОЛОГИЯ И ГЕОФИЗИКА

СТЕПЕН НА ОБУЧЕНИЕ: БАКАЛАВЪР

КРЕДИТИ (ECTS): 8.0

КАТЕДРА: ФИЗИКА НА КОНДЕНЗИРАНАТА МАТЕРИЯ

ИЗВАДКИ ОТ УЧЕБНИЯ ПЛАН

Вид на занятията:

Семестър:

Хорариум-часа/
седмично:


Хорариум-часа
Общо:

Лекции


ІІІ

4

60

Семинарни упражнения





ІІІ

2

30

Практически упражнения










Общо часа:




6

90

Форма на контрол:

     а) за семинарите:

     б) за дисциплината:

    Текущ контрол и семестриално контролно;

    Текущ контрол и изпит.




А. АНОТАЦИЯ
Курсът по електричество и магнетизъм е третата част от курса по обща физика. Той е предназначен за студенти от специалността Медицинска физика от трети семестър на обучението и при изложението му се използват познанията от предхождащите курсове по обща физика – Механика, Молекулна физика и топлина, сас съответните практикуми, както и познанията по съответните изучените и изуча-вани математически дисциплини, включително математичните методи на физиката. Преподаването на лекционния курс следва от една страна дългогодишната традиция в катедра Физика на кондензираната материя при развитието на преподаването най-напред - по Опитна физика, а от 60 -70 –те години на миналия век – по Обща физика за физици. От друга страна са извършени някои промени, наложени от спе-цификата на специалностите Инженерна физика, Ядрена техника и ядрена енер-гетика и Медицинска физика. Различен е, до известна степен, и начинът на изпитване.

При изложението се използват прости и адекватни модели на обсъжданите явления и, където е възможно и уместно се коментират принципно важните прило-жения. Цели се най-вече да се вникне в същността на явленията и да се посочат връзките на разглежданите явления с другите области на физиката, включително и на приложната физика.

Курсът се състои от два раздела – общи закономерности на електрическите и магнитни явления (части І, ІІ и ІІІ) и явления във веществото (част ІV). Първият раздел е построен по общоприетият и неизбежен за университетското преподаване на обща физика начин, докато във вторият раздел е направена известна стъпка към адаптиранне на тази част от общата физика към преподаването й за инженер-физици.

Изградените представи и получените в курса знания и умения курса са мини-малната необходима основа за продължаване изучаването на следващите курсове по физика и приложна физика.

Лекциите са съпроводени в по-голямата си част от подходящи демонстрации, които са неразделна част от преподаването.

Семинарните упражнения са посветени всъщност само на решаването на задачи от основните раздели на курса. Тяхната цел е не само да да се илюстрират изучаваните явления и закони закономерности с подходящи примери, а и да се раз-вият уменията за решения на конкретни физически проблеми.




Б. СЪДЪРЖАНИЕ НА УЧЕБНАТА ПРОГРАМА:

Лекции (семинарни упражнения)



Тема

Часове

1.
2.

3.
4.

5.
6.


7.
8.


Част І. ЕЛЕКТРОСТАТИЧНО ПОЛЕ

Електростатично взаимодействие, електричен заряд, опити и закон на Кулон. Общи свойства на електростатичните сили и на елек-тричните заряди.

Електростатично поле. Интензитет – силова характеристика на по-лето. Работа на електростатичните сили, циркулация. Потенциал – енергетична характеристика на полето, електронволт. Силови ли-нии и еквипотенциални повърхнини.

Поток на интензитета на електростатичното поле. Теорема на Гаус в електростатиката, физически смисъл, източници на електроста-тично поле. Уравнение на Максвел. Енергия на електростатично поле.

Електричен дипол, примери за обекти, които могат да се разглеж-дат като електрични диполи. Характеристика на полето на дипола. Диполен момент. Механично поведение на електричния дипол във външно електрично поле. Енергия на електричния дипол във вън-шно електрично поле.

Електростатично поле в присъствие на проводници и поле на заре-дени проводници. Интензитет на полето и плътност на заряда в обема на проводника. Потенциал и плътност на заряда по повърхността на проводника. Поле извън проводника. Примери за използване на полето в и около проводник (заземяване, електро-статично екраниране, гръмоотвод, йонен проектор, сканиращ ту-нелен микроскоп). Капацитет. Кондензатор, енергия на елек-тричното поле в кондензатора. Комбинации от кондензатори.

Електростатично поле в присъствие на диелектрици. Интензитет на полето и плътност на заряда в обема на диелектрика. Разпре-деление на зарядите по повърхността на диелектрика. Поляри-зация и диелектрична проницаемост. Модифицирана теорема на Гаус. Индукция на електричното поле. Интензитет на електрич-ното поле на границата на два диелектрика.

Част ІІ. СТАЦИОНАРНО ЕЛЕКТРОМАГНИТНО ПОЛЕ

Електричен ток и величини за описването му, дрейфова скорост, сила и плътност на тока. Постоянен ток. Електрично напрежение.

Закони на Ом. Електрично съпротивление и идея за произхода му. Граници на валидност на закона на Ом. Протичане на ток в затво-рена верига, съдържаща източник на ЕДС. Източници на ток и източници на напрежение. Съгласуване на съпротивленията на източника и консуматора. Мощност на постоянния ток, закон на Джаул – Ленц. Правила на Кирхов и физическият им смисъл, уравнение за непрекъснатост.


10 (9)

18 (9)


10.

11.
12.

13.
14.

15.


16.

17.

18.

19.


20.

20.


Опит на Оерщед за магнитното действие на тока. Магнитно поле, относителност на електричното и магнитното поле. Магнитно поле на движещ се точков заряд и конфигурацията му.

Сила на Лоренц и движение на електричен заряд под нейно дей-ствие. Ларморова честота. Приложения на закона на Лоренц (управление на снопове от заредени частици, масспектрометрия, магнитни уловки за високотемпературна плазма).

Закон на Ампер за механичното действие на магнитното поле върху токов проводник. Механично поведение на токов контур във външно магнитно поле. Магнитен момент. Сила на Фарадей. Енер-гия на магнитния момент във външно магнитно поле. Електро-двигатели.

Закон на Био – Савар за магнитно поле на токов елемент. Поле на прав проводники на затворен токов контур. Магнитен момент. Хипотеза и теорема на Ампер за еквивалентност на затворен токов контур и постоянен магнит.

Циркулация на магнитното поле по затворена крива. Поток на индукцията на магнитното поле през затворена повърхина, Урав-нение на Максвел. Поле на соленоид и методи за създаване на магнитно поле.
Част ІІІ. ПРОМЕНЛИВО ЕЛЕКТРОМАГНИТНО ПОЛЕ

Електромагнитна индукция. Експериментални факти. Основен закон за електромагнитната индукция. Правило на Ленц и физи-ческият му смисъл. Електрически генератор. Уравнение на Макс-вел.

Взаимна индукция, индукционни коефициенти и физическият им смисъл. Самоиндукция. Физически анализ на правилото на Ленц в случай на самоиндукция. Индуктивност на соленоид. Енергия на магнитното поле. Трансформатори. Вихрови токове в проводящи тела, подложени на променливо магнитно поле. Скин-ефект.

Променливи токове и описването им. Променлив ток през омово съпротивление, индуктивност и капацитет. Принудени електро-магнитни трептения. Резонанс. Мощност при променлив ток. Сво-бодни електромагнитни трептения в идеален и в реален трептящ кръг. Физически анализ на процесите. Приложения.

Условия за нестационарност при променливите електрични и магнитни полета. Несъответствие между закона за запазване на заряда (уравнението за непрекъснатост) и израза за циркулацията на магнитното поле по затворена крива (rot B = moj). Добавка на Максвел към уравнението за за циркулацията на магнитното поле. Физически смисъл.

Уравнения на Максвел. Физическа интерпретация.

Електромагнитни вълни във вакуум. Физически характеристики и свойства. Плътност и поток на плътността на енергията на елек-тромагнитната вълна.




15 (9)


21.
22.


23.
24.

25.
26.

27.


Част ІV. ЕЛЕКТРИЧЕСКИ И МАГНИТНИ ЯВЛЕНИЯ ВЪВ ВЕЩЕСТВОТО

Електричен ток в газове. Йонизация и рекомбинация. Несамос-тоятелен газов разряд, волт-амперна характеристика и физичес-кият й анализ. Приложения. Самостоятелен газов разряд, разно-видности и приложения. Плазма, основни характеристики и видо-ве. Електричен ток в плазма.

Основни магнитни характеристики на веществата и класифи-кацията им по тяхните магнитни свойства. Диамагнитен ефект като проявление на електромагнитната индукция. Елементарни магнитни моменти във веществото. Парамагнитно състояние. Условия за възникване на магнитен порядък. Видове магнитен порядък. Феромагнетизъм. Енергия на намагнитеното феромаг-нитно тяло. Доменна структура. Намагнитване на феромагнитните тела. Приложения (магнитопроводи, постоянни магнити, магнитен запис).

Диелектрични свойства на веществата. Диелектрици с полярни и неполярни молекули. Поляризация на плътни вещества. Специ-фични явления в диелектриците (пиезоелектричество, сегнето-електричество, електрети) и приложения.

Енергитични зони на електроните в твърдите тела. Диелектрици, полупроводници и метали от гледна точка на зонната им струк-тура. Типове проводимост в полупроводниците и темпера-турните им зависимости. p-n преход и волт-амперната му харак-теристика.

Електричен ток в метали. Механизъм на разсейване на електро-ните. Температурна зависимост на съпротивлението. Свръхпрово-димост. Контактни явления. Приложения.

Електрически и магнитни явления на Земята в атмосферата. Атмосферно електричество и електрически разряди. Произход на електричното поле на Земята и денонощните му вариации. Маг-нитно поле на Земата и същност на промените му.

Влияние на електрическите и магнитни полета върху живите организми.




17 (3)




Общо:

60 (30)


В. Формата на контрол

За семинарните упражнения: Текущ контрол.

За дисциплината: Текущ контрол и изпит.
Условия за допускане до изпит:

Оценка не по-ниска от среден (3) от текущия контрол на семинарните упражнения.

Оценяването на семинарните упражнения се провежда от техния ръково-дител. Той се изразява в провеждане на контролни работи върху задачи от всеки изучаван раздел. Общата текуща оценка от семинарните упражнения е осреднената оценка от всички контролни.

Оценяването по дисциплината по време на изпита се извършва въз основа на:



  • Решаване на встъпителния тест върху основните закони и величини, което е необходимо условие за продължаване на изпита. (Резултатите от текущия контрол по време на семестъра, изразяващ се в провеждането на 2 – 4 контролни върху преподавания материал, определят освобождаването или обема на встъпителния тест).

  • Оценката от семинарните упражнения с относително тегло от около 20 %.

  • Устна беседа върху два (при необходимост и повече) въпроса от конспекта към дисциплината.


Г. Основна литература:

  1. И. Лалов, “Електромагнитни явления”, София, “УИ”, 1993,

  2. С.Г.Калашников, “Электричество”, Москва, “Наука”, 1977,

  3. И.В.Савельев, “Курс общей физики”, т. 2 + 3, Москва, “Наука”, 1978(9),


Д. Допълнителна литература:

  1. Э. Парсел, “Электричество и магнетизм” (Берклиевский курс физики), Москва, “Наука”, 1975,

  2. Ф. Крауфорд и др., “Волны” (Берклиевский курс физики), Москва, “Наука”, 1974,

  3. А. Апостолов, М. Михов, “Магнетизъм”, София, “НИ”, 1978.

Дата: 01.10.2008 г. Съставил програмата:



/доц. д-р В. Машева/
с. 1

скачать файл