Планы семинарских занятий.
Модуль 1. Тема 1.1.
Взаимодействие точечных зарядов. Расчёт напряжённости электростатического поля при пространственном (линейном, плоском и объёмном) распределении зарядов.
Поле диполя.
Тема 1.2.
Применение теоремы Гаусса для расчёта напряжённости и потенциала электростатического поля.
Расчёт потенциала электростатического поля.
Тема 1.3.
Применение метода изображений для нахождения электростатического поля точечных зарядов вблизи проводящих поверхностей.
Определение ёмкости проводников и системы проводников различной конфигурации.
Энергия электростатического поля.
Тема 1.4.
Нахождение электростатического поля при наличии диэлектриков.
Применение теоремы Гаусса для расчёта напряжённости электростатического поля в диэлектрике.
Модуль 2. Тема 2.1.
Расчёт электрических цепей, содержащих сопротивления.
Применение правил Кирхгофа для расчёта электрических цепей.
Расчёт электрических цепей, содержащих конденсаторы. Расчёт переходных процессов в простых электрических цепях.
Тема 2.2, тема 2.3.
Нахождение электрических сопротивлений и токов в однородных и неоднородных проводящих средах различной конфигурации.
Тема 2.4.
Нахождение индукции магнитного поля при протекании тока по проводникам различной формы. Применение теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции.
Тема 2.5.
Расчёт магнитного поля катушек различной формы.
Расчёт сил, действующих на проводники с током во внешнем магнитном поле. Расчёт взаимодействия проводников с током.
Модуль 3. Тема 3.1.
Расчёт магнитных полей при наличии магнетиков.
Тема 3.2.
Применение закона электромагнитной индукции.
Самоиндукция и расчёт индуктивности.
Тема 3.3.
Расчёт цепей с квазистационарным синусоидальным переменным током. Метод комплексных амплитуд.
Мощность в цепи переменного тока.
Резонансные контуры.
Тема 3.4.
Энергия и поток энергии электромагнитной волны.
Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум).
Учебным планом ООП не предусмотрен.
Примерная тематика курсовых работ.
Учебным планом ООП курсовые работы не предусмотрены.
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
Основной вид самостоятельной работы студентов заключается в выполнении практических заданий по применению изучаемых в рамках курса «Электричество и магнетизм» физических концепций, моделей, законов и формул с целью развития и закрепления требуемых знаний, умений и навыков.
Предоставление студентам заданий для самостоятельной работы, а также контроль их выполнения осуществляется на семинарских занятиях один раз в неделю.
Список тем обязательных заданий для самостоятельной работы (в списке возможны изменения при сохранении общего объёма и тематики заданий).
Модуль 1.
Взаимодействие точечных зарядов. Расчёт напряжённости электростатического поля при пространственном (линейном, плоском и объёмном) распределении зарядов.
Поле диполя.
Применение теоремы Гаусса для расчёта напряжённости и потенциала электростатического поля.
Расчёт потенциала электростатического поля.
Применение метода изображений для нахождения электростатического поля точечных зарядов вблизи проводящих поверхностей.
Определение ёмкости проводников и системы проводников различной конфигурации.
Энергия электростатического поля.
Нахождение электростатического поля при наличии диэлектриков.
Применение теоремы Гаусса для расчёта напряжённости электростатического поля в диэлектрике.
Модуль 2.
Расчёт электрических цепей, содержащих сопротивления.
Применение правил Кирхгофа для расчёта электрических цепей.
Расчёт электрических цепей, содержащих конденсаторы. Расчёт переходных процессов в простых электрических цепях.
Нахождение электрических сопротивлений и токов в однородных и неоднородных проводящих средах различной конфигурации.
Нахождение индукции магнитного поля при протекании тока по проводникам различной формы. Применение теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции.
Расчёт магнитного поля катушек различной формы.
Расчёт сил, действующих на проводники с током во внешнем магнитном поле. Расчёт взаимодействия проводников с током.
Модуль 3.
Расчёт магнитных полей при наличии магнетиков.
Применение закона электромагнитной индукции.
Самоиндукция и расчёт индуктивности.
Расчёт цепей с квазистационарным синусоидальным переменным током. Метод комплексных амплитуд.
Мощность в цепи переменного тока.
Резонансные контуры.
Энергия и поток энергии электромагнитной волны.
Примерные задания для контрольной работы:
Внутри шара, заряженного равномерно с объёмной плотностью , имеется сферическая полость. Центр полости смещен относительно центра шара на величину а. Найти напряженность поля внутри полости, считая относительную диэлектрическую проницаемость шара равной единице.
Ответ:  .
Точечный заряд q находится в вакууме на расстоянии h от плоской по верх нос ти однородного изотропного диэлектрика, заполняющего всё полу прост ранст во. Диэлектрическая проницаемость диэлектрика равна . Найти по вер х ностную плотность связанных зарядов в произвольной точке границы диэ лект рика.
Ответ:  .
В изображенной на схеме цепи определить заряд конденсатора с ём костью С.
Ответ:  .
Ток равномерно распределён по сечению длинного провода радиуса R, плот ность тока равна j. Найти индукцию магнитного поля B(r), где r - расстояние от оси провода. Магнитная проницаемость всюду = 1.
Ответ: 
Индукция магнитного поля в вакууме вблизи плоской поверхности од но род но го изотропного магнетика равна B, причем вектор B составляет угол с нор малью к поверхности. Магнитная проницаемость магнетика равна . Най ти модуль вектора индукции B’ магнитного поля в магнетике вблизи по верхности.
Ответ:  .
Катушка, имеющая индуктивность L = 0,3 Гн и сопротивление R = 100 Ом, включена в цепь переменного тока частотой 50 Гц с эффективным напряжением Vэфф = 120 В. Определить выделяемую в цепи мощность.
Ответ:  .
Примерные вопросы к экзамену
Электрический заряд. Модель точечного заряда. Инвариантность заряда. 3акон сохранения заряда.
Закон Кулона. Полевая трактовка закона. Напряженность электрического поля.
Электрический диполь. Дипольный момент. Поле диполя.
Теорема Гаусса для электростатики (в интегральной и дифференциальной форме).
Потенциальный характер электростатического поля. Интегральная и дифференциальная формулировки критерия потенциальности. Скалярный потенциал, разность потенциалов. Градиент потенциала. Уравнения Пуассона и Лапласа.
Постоянное электрическое поле при наличии проводников. Электрическая емкость уединенного проводника.
Силы в электростатическом поле, действующие на заряд, на диполь.
Энергия электростатического поля. Энергия заряженного конденсатора. Энергия диполя во внешнем поле.
Постоянное электрическое поле при наличии диэлектрика. Поляризованность диэлектрика. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость.
Объемные и поверхностные поляризационные заряды в диэлектрике. Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса при наличии диэлектрика. Граничные условия для вектора напряженности и смещения.
Молекулярная картина поляризации диэлектриков. Электронная, ионная и дипольная поляризация. Формула Клазиуса-Мосотти. Формула Дебая-Ланжевена.
Сегнетоэлектрики и пьезоэлектрики. Прямой и обратный пьезоэлектрический эффект.
Условия существования постоянного электрического тока. Сторонняя ЭДС.
Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной формах.
Правила Кирхгофа. Расчет линейных цепей с использованием правил Кирхгофа.
Классическая теория проводимости металлов Друде. Теория Зоммерфельда.
Основы зонной теории твердых тел. Энергетические зоны металлов и полупроводников. Энергия Ферми.
Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы).
Явление сверхпроводимости.
Механизм проводимости растворов электролитов. Законы Фарадея для электролиза. Число Фарадея.
Электрическая проводимость газов. Типы газовых разрядов и их характеристика. Плазма и ее основные свойства.
Внутренняя и внешняя контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления (явления Зеебека, Пельте и Томсона).
Термоэлектронная эмиссия. Формула Ричардсона-Дешмана. Закон Богуславского-Ленгмюра (закон трех вторых).
Стационарное магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Магнитный момент. Закон Био-Савара-Лапласа.
Магнитный поток. Теорема о потоке вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность. Векторный потенциал.
Закон взаимодействия токов (закон Ампера), его полевая трактовка.
Сила Лоренца и ее проявления. Эффект Холла.
Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции по замкнутому контуру (закон полного тока). Вихревой характер магнитного поля.
Магнитное поле при наличии магнетиков. Намагниченность. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Типы магнетиков.
Объемные и поверхностные молекулярные токи в веществе. Напряженность магнитного поля. Граничные условия для векторов напряженности и индукции магнитного поля.
Гиромагнитные явления. Гиромагнитные отношения для орбитальных и спиновых моментов.
Ларморова прецессия атома. Ларморова частота. Природа диамагнетизма.
Парамагнетики. Зависимость парамагнитной восприимчивости от температуры. Закон Кюри.
Ферромагнетики. Зависимость намагниченности и магнитной индукции напряженности поля. Закон Кюри. Доменная структура. Антиферромагнетизм. Ферримагнетики.
Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца. Максвелловская трактовка закона электромагнитной индукции. Вихревой характер электрического поля. Выражение напряженности вихревого поля через векторной потенциал.
Явления самоиндукции и взаимной индукции. Индуктивность контура. Трансформатор.
Энергия и плотность энергии магнитного поля.
Вынужденные электрические колебания в цепи с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Квазистационарный синусоидальный переменный ток. Критерий квазистационарности тока. Закон Ома. Импеданс.
Мощность переменного тока. Действующие (эффективные) значения силы тока и напряжения. Коэффициент мощности, его физический смысл.
Резонанс напряжений в цепи переменного тока с индуктивностью и емкостью.
Резонанс токов в цепи с индуктивностью и емкостью.
Система уравнений Максвелла (в интегральной и дифференциальной форме) и их физический смысл.
Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Фазовая скорость волны.
Уравнение плоской электромагнитной волны. Поперечный характер волны.
Энергия электромагнитной волны. Поток энергии. Вектор Пойнтинга.
Инварианты электромагнитного поля.
Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки для реализации компетентностного подхода предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм образовательных технологий: лекционные чтения, проведение семинарских занятий, разбор задач и внеаудиторная работа в учебно-научных лабораториях.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
Основная литература
Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм: Учеб. пособие.СПб.: Издательство «Лань», 2010. - 464 с.
Калашников С.Г. Электричество: Учеб. пособие. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 624 с.
Иродов И.Е. Задачи по общей физике. Учеб. пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2002. - 416с.
Дополнительная литература:
Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. – 352 с.
Сивухин Д.В. Электричество: Учеб. пособие. М.: Наука, 1980, 688с.
Сборник задач по общему курсу физики: Электричество и магнетизм/под ред. Д.В.Сивухина. М.: Наука, 1977, 272с.
Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary.ru/
Единое окно доступа к образовательным ресурсам: http://window.edu.ru/window/
Федеральный портал «Российское образование»: http://www.edu.ru/
Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).
Лекционная аудитория с доской мелом, лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, компьютерный класс для практических занятий.
Дополнения и изменения к рабочей программе на 201 / 201 учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ____________________ «___»_______________201 г.
Заведующий кафедрой ___________________/___________________/
Роспись Ф.И.О. |
