ПРЕДИСЛОВИЕ | 15 |
ВВЕДЕНИЕ | 17 |
|
Г л а в а 1. ЗАРЯДЫ, ПОЛЯ, СИЛЫ | 19 |
|
1. Микроскопические носители электрических зарядов | 20 |
Классификация. Электрон. Протон. Нейтрон. Что означает непрерывное распределение электрического элементарного заряда? Спин и магнитный момент |
2. Заряженные тела. Электризация | 24 |
Термоэлектронная работа выхода. Энергетический спектр электронов. Энергия Ферми. Контактная разность потенциалов. Электризация |
3. Элементарный заряд и его инвариантность | 32 |
Опыты Милликена. Резонансный метод измерения заряда. Отсутствие дробного заряда. Равенство положительных и отрицательных элементарных зарядов. Инвариантность заряда |
4. Электрический ток | 36 |
Движение зарядов. Непрерывное распределение зарядов. Объёмная плотность зарядов. Концентрация зарядов. Поверхностная плотность зарядов. Плотность тока. Сила тока через поверхность |
5. Закон сохранения заряда | 41 |
Два аспекта понятия сохранения заряда. Интегральная формулировка закона сохранения заряда. Дивергенция. Формула Гаусса-Остроградского. Дифференциальная формулировка закона сохранения заряда |
6. Закон Кулона | 48 |
Экспериментальные проверки закона Кулона. Метод Кавендиша. Проверка закона для больших расстояний. Проверка закона для малых расстояний. Полевая трактовка закона Кулона. Электрическое поле. О границах применимости классической концепции поля |
7. Принцип суперпозиции | 56 |
Принцип суперпозиции для взаимодействия точечных зарядов. Полевая формулировка принципа суперпозиции. Пробные заряды. Границы применимости принципа суперпозиции |
8. Магнитное поле | 59 |
Необходимость возникновения магнитного поля при движении зарядов. Взаимодействие точечного заряда и бесконечной прямой заряженной нити. Релятивистская природа магнитного поля. Силы взаимодействия параллельных проводников с током. Единица силы тока. Магнитное поле |
9. Сила Лоренца. Сила Ампера | 65 |
Преобразование сил. Сила Лоренца. Индукция магнитного поля. Сила Ампера. Переход от объёмных токов к линейным. Магнитное поле прямолинейного тока |
10. Закон Био-Савара | 70 |
Взаимодействие элементов тока. Об экспериментальной проверке закона взаимодействия. Полевая трактовка взаимодействия. Закон Био-Савара. Сила взаимодействия прямолинейных токов |
11. Преобразование полей | 76 |
Инвариантность выражения для силы в электромагнитном поле. Преобразование полей. Применения формул (11.15). Поле точечного заряда, движущегося равномерно и прямолинейно |
Задачи | 81 |
|
Г л а в а 2. ПОСТОЯННОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ | 83 |
|
12. Постоянное электрическое поле | 84 |
Неподвижный заряд. Существо модели. Границы применимости модели |
13. Дифференциальная формулировка закона Кулона | 85 |
Теорема Гаусса. Измерение заряда. Физическая основа справедливости теоремы Гаусса. Дифференциальная формулировка закона Кулона. Уравнение Максвелла для divE. Силовые линии. Источники и стоки вектора Е. Инвариантность заряда |
14. Потенциальность электростатического поля | 90 |
Работа в электрическом поле. Потенциальность кулоновского поля. Ротор вектора. Формула Стокса. Дифференциальная формулировка потенциальности поля. Градиент. Скалярный потенциал. Неоднозначность скалярного потенциала. Нормировка. Выражение работы через потенциал. Потенциал поля точечного заряда. Потенциал поля системы точечных зарядов. Потенциал поля непрерывного распределения зарядов. Потенциал поля поверхностных зарядов. Бесконечность потенциала поля точечного заряда. Конечность потенциала при непрерывном распределении заряда с конечной плотностью. Непрерывность потенциала. Теорема Ирншоу |
15. Электростатическое поле в вакууме | 102 |
Постановка задачи. Прямое использование закона Кулона. Вычисление потенциала. Использование теоремы Гаусса. Уравнения Лапласа и Пуассона. Бесконечный равномерно заряженный круглый цилиндр |
16. Электростатическое поле при наличии проводников | 108 |
Дифференциальная форма закона Ома. Классификация материалов по проводимости. Отсутствие электрического поля внутри проводника. Отсутствие в проводнике объёмных зарядов. Электрическая индукция. Поле вблизи поверхности проводника. Механизм образования поля вблизи поверхности проводника. Зависимость поверхностной плотности зарядов от кривизны поверхности. Отекание заряда с острия. Электроскопы и электрометры. Металлический экран. Потенциал проводника. Ёмкость уединённого проводника. Система проводников. Конденсаторы. Проводящий шар в однородном поле. Поле диполя. Метод изображений |
17. Электростатическое поле при наличии диэлектриков | 138 |
Дипольный момент непрерывного распределения зарядов. Поляризация диэлектриков. Молекулярная картина поляризации. Зависимость поляризованности от напряжённости электрического поля. Влияние поляризации на электрическое поле. Объёмная и поверхностная плотности связанных зарядов. Электрическое смещение. Электростатическая теорема Гаусса при наличии диэлектриков. Граничные условия. Граничные условия для нормальной составляющей вектора D. Граничные условия для тангенциальной составляющей вектора Е. Преломление силовых линий на границе раздела диэлектриков. Знаки связанных зарядов на границе раздела диэлектриков. Метод изображений. Диэлектрический шар в однородном поле |
18. Энергия электростатического поля | 156 |
Энергия взаимодействия дискретных зарядов. Энергия взаимодействия при непрерывном распределении зарядов. Собственная энергия. Плотность энергии поля. Энергия поля поверхностных зарядов. Энергия заряженных проводников. Энергия диполя во внешнем поле. Энергия диэлектрического тела во внешнем поле |
19. Силы в электрическом поле | 165 |
Природа сил. Сила, действующая на точечный заряд. Сила, действующая на непрерывно распределённый заряд. Сила, действующая на диполь. Момент сил, действующих на диполь. Объёмные силы, действующие на диэлектрик. Силы, действующие на проводник. Поверхностные силы, действующие на диэлектрик. Объёмные силы, действующие на сжимаемый диэлектрик. Вычисление сил из выражения для энергии |
Задачи | 178 |
|
Г л а в а 3. ДИЭЛЕКТРИКИ | 181 |
|
20. Локальное поле | 182 |
Отличие локального поля от внешнего. Вычисление напряжённости локального поля |
21. Неполярные диэлектрики | 184 |
Молекулярная диэлектрическая восприимчивость. Разреженные газы. Плотные газы |
22. Полярные диэлектрики | 187 |
Зависимость поляризованности от температуры. Поле насыщения. Разреженные газы. Квантовая интерпретация поляризованности полярных газообразных диэлектриков. Плотные газы. Полярные жидкости. Ионные кристаллы |
23. Сегнетоэлектрики | 193 |
Определение. Петля гистерезиса. Точка Кюри. Молекулярный механизм спонтанной поляризованности. Диэлектрические домены. Антисегнетоэлектрики |
24. Пьезоэлектрики | 197 |
Свойства пьезоэлектриков. Продольный и поперечный пьезоэффекты. Механизм пьезоэффекта. Обратный пьезоэффект. Пироэлектрики |
Задачи | 200 |
|
Г л а в а 4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК | 201 |
|
25. Электрическое поле при наличии постоянных токов | 202 |
Поле внутри проводника. Вопрос об источниках поля. Поле вне проводника. Поверхностные заряды. Объёмные заряды. Механизм осуществления постоянного тока. Изменение потенциала вдоль проводника с током |
26. Сторонние э. д. с. | 206 |
Сущность сторонних э. д. с. Механическая сторонняя э. д. с. Гальванические элементы. Элемент Вольта. Область действия сторонних э. д. с. Закон сохранения энергии. Поляризация элемента. Способы деполяризации. Аккумуляторы |
27. Дифференциальная форма закона Джоуля-Ленца. Работа, совершаемая при прохождении тока, и развиваемая мощность | 213 |
Работа, совершаемая при прохождении тока. Мощность. Дифференциальная форма закона Джоуля-Ленца. Источник энергии для работы электрического тока. Вывод закона Ома исходя из электронной картины электропроводности. Вывод закона Джоуля-Ленца исходя из электронной теории электропроводности. Недостатки классической теории электропроводности. Основные черты квантовой трактовки электропроводности |
28. Линейные цепи. Правила Кирхгофа | 217 |
Изолированная замкнутая цепь. Разветвлённые цепи. Правила Кирхгофа |
29. Токи в сплошной среде | 221 |
Постановка задачи. Вывод формулы. Условия применимости (29.6). Коаксиальные электроды. Неоднородная среда |
30. Заземление линий передач | 224 |
Постановка задачи. Расчёт сопротивления. Экспериментальная проверка. Напряжение шага |
Задачи | 228 |
|
Г л а в а 5. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ | 229 |
|
31. Электропроводность металлов | 230 |
Доказательство отсутствия переноса вещества электрическим током в металлах. Опыты Толмена и Стюарта. О зонной теории. Зависимость сопротивления от температуры. Эффект Холла. Магнетосопротивление. Подвижность электронов. Сверхпроводимость. Критическая температура. Критическое поле. Эффект Мейсснера. Поверхностный ток. Сверхпроводники первого и второго рода. Объяснение сверхпроводимости |
32. Электропроводность жидкостей | 238 |
Диссоциация. Расчёт электропроводимости. Зависимость электропроводимости от концентрации. Зависимость электропроводимости от температуры. Электролиты |
33. Электропроводность газов | 241 |
Самостоятельный и несамостоятельный ток. Несамостоятельный ток. Плотность тока насыщения. Характеристика тока. Самостоятельный ток. Действие пространственного заряда. Подвижность зарядов. Сравнение выводов из (33.18) с экспериментом |
34. Электрический ток в вакууме | 245 |
Термоэлектронная эмиссия. Характеристики электронного облака. Плотность тока насыщения. Закон трёх вторых |
Задачи | 252 |
|
Г л а в а 6. СТАЦИОНАРНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ | 253 |
|
35. Закон полного тока | 254 |
Постановка задачи. Интегральная формулировка закона полного тока. Дифференциальная форма закона полного тока. Экспериментальная проверка закона полного тока. Вывод дифференциальной формы непосредственным дифференцированием формы Био-Савара |
36. Уравнения Максвелла для стационарного магнитного поля | 259 |
Уравнение для divВ. Уравнения Максвелла. Тип решаемых задач |
37. Векторный потенциал | 261 |
Возможность введения векторного потенциала. Неоднозначность векторного потенциала. Калибровка потенциала. Уравнение для векторного потенциала. Закон Био-Савара. Поле элементарного тока |
38. Магнитное поле при наличии магнетиков | 268 |
Определение. Механизмы намагничивания. Намагниченность. Векторный потенциал при наличии магнетиков. Объёмная плотность молекулярных токов. Поверхностные молекулярные токи. Однородно намагниченный цилиндр. Напряжённость магнитного поля. Уравнение для напряжённости. Зависимость намагниченности от напряжённости. Поле в магнетике. Постоянные магниты. Граничные условия для векторов поля. Граничное условие для нормальной составляющей вектора В. Граничное условие для тангенциальной составляющей вектора Н. Преломление магнитных силовых линий. Измерение индукции магнитного поля. Поля бесконечного соленоида и однородно намагниченного бесконечно длинного цилиндра. Измерение магнитной проницаемости, индукции и напряжённости поля внутри магнетика. Шар из магнетика в однородном поле. Магнитная экранировка |
39. Силы в магнитном поле | 284 |
Силы, действующие на ток. Сила Лоренца. Сила и момент сил, действующие на магнитный момент. Объёмные силы, действующие на несжимаемые магнетики |
Задачи | 288 |
|
Г л а в а 7. МАГНЕТИКИ | 291 |
|
40. Диамагнетики | 292 |
Ларморова прецессия. Диамагнетизм. Диамагнитная восприимчивость. Независимость диамагнитной восприимчивости от температуры |
41. Парамагнетики | 296 |
Механизм намагничивания. Зависимость парамагнитной восприимчивости от температуры. Магнитные моменты свободных атомов. Магнитные моменты молекул. Магнетизм, обусловленный свободными электронами. Парамагнитный резонанс |
42. Ферромагнетики | 302 |
Определение. Кривая намагничивания и петля гистерезиса. Кривая магнитной проницаемости. Классификация ферромагнитных материалов. Взаимодействие электронов. Элементарная теория ферромагнетизма. Закон Кюри-Вейсса. Анизотропия намагничивания. Домены. Границы. Перемагничивание. Антиферромагнетизм. Ферримагнетизм. Ферромагнитный резонанс |
43. Гиромагнитные эффекты | 310 |
Соотношение между механическими и магнитными моментами. Опыт Эйнштейна-де Гааз. Эффект Барнетта |
Задачи | 314 |
|
Г л а в а 8. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ |
И КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ ТОКИ | 315 |
|
44. Индукция токов в движущихся проводниках | 316 |
Возникновение э. д. с. в движущемся проводнике. Обобщение на произвольный случай. Генераторы переменного тока. Закон сохранения энергии |
45. Закон электромагнитной индукции Фарадея | 320 |
Определение. Физическая сущность явления. Движущийся проводник в переменном магнитном поле. Применение электромагнитной индукции к генераторам переменного тока |
46. Дифференциальная формулировка закона электромагнитной индукции | 322 |
Формулировка. Непотенциальность индукционного электрического поля. Векторный и скалярный потенциалы в переменном электромагнитном поле. Неоднозначность потенциалов, калибровочное преобразование |
47. Энергия магнитного поля | 325 |
Энергия магнитного поля изолированного контура с током. Энергия магнитного поля нескольких контуров с током. Энергия магнитного поля при наличии магнетиков. Плотность энергии магнитного поля. Индуктивность. Поле соленоида. Энергия магнетика во внешнем магнитном поле. Вычисление сил из выражения для энергии. Объёмные силы, действующие на сжимаемые магнетики. Энергия магнитного момента во внешнем поле |
48. Цепи квазистационарного переменного тока | 339 |
Определение. Самоиндукция. Включение и выключение постоянной э. д. с. в цепи с сопротивлением и индуктивностью. Получение прямоугольных импульсов тока. Ёмкость в цепи. Включение и выключение постоянной э. д. с. в цепи с ёмкостью и сопротивлением. Цепь с ёмкостью, индуктивностью, сопротивлением и источником сторонних э. д. с. Переменный ток. Векторные диаграммы. Правила Кирхгофа. Последовательное и параллельное соединения импедансов. Метод контурных токов |
49. Работа и мощность переменного тока | 350 |
Мгновенная мощность. Средняя мощность. Эффективные значения силы тока и напряжения. Коэффициент мощности. Электродвигатели. Синхронные двигатели. Асинхронные двигатели. Создание вращающегося магнитного поля. Согласование нагрузки с генератором. Токи Фуко |
50. Резонансы в цепи переменного тока | 360 |
Резонанс напряжений. Резонанс токов. Колебательный контур |
51. Цепи с учётом взаимной индукции | 363 |
Роль взаимной индукции. Уравнения для системы проводников с учётом самоиндукции и взаимоиндукции. Случай двух контуров. Трансформатор. Векторная диаграмма холостого хода трансформатора. Векторная диаграмма нагруженного трансформатора. Автотрансформатор. Трансформатор как элемент цепи. Реальный трансформатор |
52. Трёхфазный ток | 370 |
Определение. Получение трёхфазного тока. Соединение обмоток генератора звездой. Соединение обмоток генератора треугольником. Соединение нагрузок. Получение вращающегося магнитного поля |
53. Скин-эффект | 373 |
Сущность явления. Физическая картина возникновения. Элементарная теория. Толщина скин-слоя. Зависимость омического сопротивления проводника от частоты. Зависимость индуктивности проводника от частоты. Закалка металлов токами высокой частоты. Аномальный скин-эффект |
54. Четырёхполюсники | 377 |
Определение. Уравнения. Теорема взаимности. Сопротивление четырёхполюсника. Простейшие четырёхполюсники. Входное и выходное сопротивления. Коэффициент передачи |
55. Фильтры | 381 |
Определение. Фильтр низких частот. Фильтр высоких частот. Цепочка из фильтров. Полосовой фильтр |
56. Бетатрон | 384 |
Назначение. Принцип действия. Бетатронное условие. Радиальная устойчивость. Вертикальная устойчивость. Бетатронные колебания. Предел энергий, достижимых в бетатроне |
Задачи | 387 |
|
Г л а в а 9. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ | 391 |
|
57. Ток смещения | 392 |
Сущность процесса. Почему скорость изменения вектора смещения называется плотностью тока? Уравнение Максвелла с током смещения. Релятивистская природа тока смещения |
58. Система уравнений Максвелла | 397 |
Система уравнений Максвелла. Физический смысл уравнений. Условия применимости уравнений. Полнота и совместность системы уравнений |
59. Закон сохранения энергии электромагнитного поля. Поток энергии | 400 |
Формулировка. Поток энергии |
60. Движение электромагнитной энергии вдоль линий передач | 402 |
Механизм компенсации потерь энергии на джоулеву теплоту. Движение энергии вдоль кабеля. Линия передачи для переменного тока. Уравнения для силы тока и напряжения. Характеристический импеданс и постоянная распространения. Характеристическое сопротивление. Скорость распространения. Отражение |
61. Излучение электромагнитных волн | 409 |
Уравнение для векторного потенциала. Выбор калибровочной функции χ. Решение волнового уравнения. Запаздывающие и опережающие потенциалы. Вибратор Герца. Скалярный потенциал диполя, изменяющегося со временем. Векторный потенциал. Электрическое и магнитное поля. Поле вибратора в волновой зоне. Мощность, излучаемая вибратором. Излучение рамки с током. Излучение ускоренно движущегося электрона. Сила торможения излучением |
62. Распространение электромагнитных волн в диэлектриках | 422 |
Плоские волны. Уравнения для векторов поля волны. Векторы волны. Фазовая скорость. Длина волны. Свойства волн. Плотность потока энергии |
63. Распространение электромагнитных волн в проводящих средах | 426 |
Комплексная диэлектрическая проницаемость. Глубина проникновения. Физическая причина поглощения. Интерпретация скин-эффекта. Фазовая скорость и длина волны в проводящей среде. Соотношение между фазами колебаний векторов поля. Соотношение между амплитудами векторов поля |
64. Инвариантность плоской волны | 430 |
Преобразование полей. Инварианты преобразований электромагнитного поля. Анализ инвариантов поля |
65. Давление электромагнитных волн. Импульс фотона | 432 |
Механизм возникновения давления. Давление. Импульс цуга электромагнитных волн. Объёмная плотность импульса электромагнитных волн. Импульс фотона |
66. Волноводы и резонаторы | 435 |
Участок цепи. Участок проводника. Катушка индуктивности. Конденсатор. Излучение. Волноводы. Прямоугольный волновод. Граничная частота. Фазовая скорость. Длина волны в волноводе. Применение метода изображений к анализу волноводов. Дискретность направлений распространения плоских волн от системы излучателей. Граничная длина волны. Длина волны и фазовая скорость в волноводе. Групповая скорость. Соотношение между групповой и фазовой скоростями. Магнитное поле. Классификация волн в волноводах. Резонаторы |
Задачи | 445 |
|
Г л а в а 10. ФЛУКТУАЦИИ И ШУМЫ | 444 |
|
67. Флуктуации в контуре с током. Шум сопротивления | 448 |
Теорема о равнораспределении энергии по степеням свободы. Применение теоремы о равнораспределении энергии к свободному гальванометру. Флуктуации в колебательном контуре. Распределение флуктуации по частотам. Шум сопротивления. Эквивалентный генератор шума. Мощность шума генератора. Максимальная чувствительность. Эквивалентная шумовая температура приёмника. Коэффициент шума приёмника. Отношение сигнал-шум |
68. Дробовой шум и шум тока | 455 |
Источник дробового шума. Распределение шума по частотам. Шум тока. Методы уменьшения шумовых помех |
ПРИЛОЖЕНИЯ | 459 |