Вопросы/задания: Вопросы к экзамену Электричество и Магнетизм

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

по физике

для групп ТФ– 1-8 –04 (3 семестр)

Лектор потока – Иванов Д.А.

1. Электрическое поле. Электрический заряд и его основные свойства. Напряженность. Принцип суперпозиции и примеры его применения (поле диполя и заряженной нити). Сила, действующая в электрическом поле на точечный и неточечный заряд. Силовые линии поля. Примеры.

1. Работа сил электростатического поля по перемещению заряда. Потенциальность электростатического поля. Разность потенциалов. Потенциал. Расчет потенциала поля системы точечных зарядов и зарядов, непрерывно распределенных в пространстве. Выбор нулевого уровня потенциала.

1. Интегрально–дифференциальная связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатического поля, их свойства.

1. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского–Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы для расчета поля равномерно заряженного по поверхности длинного цилиндра и равномерно заряженной плоскости.

1. Диполь в однородном и неоднородном электростатическом поле. Энергия диполя в поле. Диэлектрики с полярными и неполярными молекулами. Электронная и ориентационная поляризации.

1. Вектор поляризации и его связь с напряженностью поля. Диэлектрическая восприимчивость. Поляризационные заряды на поверхности диэлектрика. Формулировка теоремы Остроградского–Гаусса для электростатического поля в диэлектриках. Пример расчета электрического смещения и напряженности поля в диэлектрике.

1. Электрическое поле в диэлектриках и его характеристики. Свободные и связанные заряды. Вывод теоремы Остроградского–Гаусса для электростатического поля в диэлектриках.

1. Вектор электрического смещения и его связь с напряженностью поля. Граничные условия для векторов и . Преломление силовых линий электрического поля на границе раздела диэлектрических сред.

1. Проводники в электростатическом поле. Электростатическая индукция. Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение зарядов в проводнике. Экранировка и заземление.

1. Электрическая емкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы. Емкость плоского и сферического конденсаторов. Соединения конденсаторов.

1. Энергия электрического поля заряженного проводника, конденсатора. Объемная плотность энергии. Расчет энергии поля в заданном объеме (пример расчета).

1. Магнитное поле постоянного тока. Магнитная индукция. Принцип суперпозиции магнитных полей. Вихревой характер магнитного поля. Закон Био–Савара–Лапласа и его применение для расчета индукции магнитного поля прямолинейного тока, кругового тока (в центре и на оси).

1. Циркуляция вектора магнитной индукции по замкнутому контуру. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме. Применение закона для расчета магнитного поля тороидальной катушки и длинного соленоида.

1. Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Определение единицы силы тока в СИ.

1. Магнитный момент витка с током. Действие однородного и неоднородного магнитного поля на виток с током. Энергия витка с током в магнитном поле.

1. Поток вектора магнитной индукции через поверхность. Теорема Остроградского–Гаусса для магнитного поля. Работа сил магнитного поля по перемещению проводника с током и замкнутого контура с током в магнитном поле.

1. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Движение заряда в магнитном поле при различной ориентации вектора скорости заряда относительно линий магнитной индукции. Эффект Холла. Масс-спектрометр.

1. Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции. Поток вектора магнитной индукции через поверхность. Закон Фарадея–Максвелла и его вывод из электронных представлений и из закона сохранения энергии. Правило Ленца.

1. Явление электромагнитной индукции. Собственный магнитный поток. Потокосцепление. Явление самоиндукции. Собственная индуктивность контура. Вывод собственной индуктивности длинного соленоида и тороидальной катушки.

1. Явление электромагнитной индукции. Взаимная индукция. Взаимная индуктивность двух контуров и факторы, определяющие ее величину. Пример.

1. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля. Пример расчета энергии магнитного поля.

1. Магнитное поле в веществе. Макро- и микротоки. Намагниченность. Диамагнитный эффект. Типы магнетиков. Диамагнетизм и парамагнетизм.

1. Ферромагнетики. Опыты Столетова. Природа ферромагнетизма. Кривая намагниченности ферромагнетиков и ее объяснение. Точка Кюри. Магнитный гистерезис и его объяснение. Коэрцитивная сила и остаточная магнитная индукция.

1. Закон полного тока в магнитных средах. Примеры его применения. Напряженность магнитного поля и ее связь с магнитной индукцией. Относительная магнитная проницаемость вещества.

1. Граничные условия для векторов и . Преломление линий магнитной индукции на границе раздела магнитных сред.

1. Система уравнений Максвелла в интегральной форме, физический смысл каждого уравнения. Ток смещения.

1. Система уравнений Максвелла в дифференциальной форме, физический смысл каждого уравнения.

1. Гармонические электромагнитные колебания. Процесс возникновения собственных колебаний в контуре. Дифференциальное уравнение незатухающих колебаний и его решение. Формула Томсона. Превращение энергии при колебаниях в идеальном контуре.

1. Затухающие электромагнитные колебания. Дифференциальное уравнение колебаний и его решение. Характеристики затухающих колебаний: коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность контура.

1. Вынужденные колебания. Резонанс. Резонансные кривые для силы тока в последовательном контуре и напряжения на конденсаторе.

1. Волновые процессы. Продольные и поперечные волны. Уравнение бегущей волны и его характеристики: волновое число, скорость, длина волны. Волновое уравнение.

1. Электромагнитные волны. Вывод волнового уравнения для электромагнитных волн. Основные свойства электромагнитных волн.
2. Какие методы расчета напряженности электростатического поля вам известны? В чем заключаются преимущества и недостатки каждого из методов? Приведите примеры их использования.

1. Какие методы расчета потенциала электрического поля вам известны? В чем заключаются преимущества и недостатки каждого из методов? Приведите примеры их использования.

1. Какой физический смысл имеют выражения , ? Почему силовые линии электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям?

1. В каком случае для расчета напряженности электростатического поля удобно использовать теорему Остроградского–Гаусса?

1. Постройте график зависимости .

1. Объясните, чем отличаются различные типы поляризации диэлектриков. Для каких веществ характерен каждый тип поляризации?

1. Изобразите качественно силовые линии электростатического поля в диэлектрике с относительной диэлектрической проницаемостью .

1. Объясните, почему напряженность электростатического поля в проводнике равна нулю.

1. Объясните, почему силовые линии поля вне проводника перпендикулярны его поверхности.

1. Объясните опыт «Клетка Фарадея».

1. Как изменится емкость уединенного проводника, если вблизи него расположить другой большой незаряженный проводник?

1. Объясните сущность физических процессов, происходящих при заземлении проводника, и результаты этих процессов.

1. Объясните опыт «Колесо Франклина».

1. Какие методы расчета индукции магнитного поля вам известны? В чем заключаются преимущества и недостатки каждого из методов? Приведите примеры их использования.

1. В каких случаях для расчета индукции магнитного поля удобно использовать закон полного тока?

1. Объясните температурную зависимость диэлектрической восприимчивости вещества.

1. Какие методы экспериментального определения магнитной индукции вам известны? На каких физических законах они основаны?

1. Объясните результаты опытов Ампера по наблюдению взаимодействия параллельных проводников с токами.

1. Какие способы изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную проводящим контуром, вам известны?

1. Укажите и объясните направление возникающего в контуре индукционного тока.

1. Сравните качественно характер петель гистерезиса у постоянных магнитов и трансформаторной стали.

1. При каких условиях в R,L,C-контуре возможно возникновение собственных колебаний?

1. Изобразите на графике резонансную кривую для последовательного R,L,C-контура с добротностью = 4 и объясните ее вид.

1. Нарисуйте векторную диаграмму для напряжений в последовательном R,L,C-контуре при .

1. Укажите и объясните направление возникающего в контуре индукционного тока.

1. Возможен ли магнитный гистерезис у парамагнетиков и почему?

1. В чем заключаются физические причины появления резонанса при вынужденных электрических колебаниях в колебательном контуре?

1. Опишите характер поведения рамки с током, выполненной из гибкого проводника, расположенной вблизи бесконечно длинного провода с током (рассмотрите различные варианты их взаимного расположения).

1. В чем отличия в объяснении электромагнитной индукции с позиций М.Фарадея и Дж. Максвелла?