Курс «Электромагнетизм» читается студентам второго курса физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова в 3 семестре.

Курс включает следующие основные разделы: электростатика: закон Кулона, теорема Остроградского-Гаусса, потенциальность электростатического поля, теорема о циркуляции, уравнения Пуассона и Лапласа, проводники в электростатическом поле; диэлектрики; постоянный электрический ток: сила и плотность тока, линии тока, условие стационарности тока, закон Ома, работа и мощность; магнитостатика: взаимодействие токов, закон Био-Савара-Лапласа, закон Ампера, теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля; магнетики; электромагнитные колебания; полупроводники.

Задачей физики является объяснение окружающего нас материального мира на основе фундаментальных законов. Знание законов электромагнетизма необходимо для понимания строения вещества, в том числе новых необычных материалов, рождаемых революционным развитием технологической цивилизации.

Изучение раздела «Электромагнетизм» в курсе общей физики призвано заложить основы такого понимания, подготовить студентов к освоению более сложных дисциплин, таких как квантовая механика и физика конденсированного состояния.

Список всех тем лекций

Лекция 1. Электромагнитные взаимодействия, электростатика.
Электромагнитное взаимодействие и его место среди других взаимодействий в природе Строение атома Электромагнитное взаимодействие Опыт с янтарем Опыт с эбонитом и стеклом Опыт с двумя гильзами Электроскопы и электрометры Электризация проводника через влияние Опыт: электризация влиянием Закон сохранения электрического заряда Принцип электрофорной машины Опыт: закон сохранения заряда Опыт: электрофорная машина Генератор Ван де Граафа Принцип работы электростатической и электрофорной машины Опыты Милликена Ломоносова в теорию электричества Громоотвод Франклина Основные определения Крутильные весы Кулона Закон Кулона Единицы заряда в системах СИ и СГСЭ Векторная форма записи закона Кулона Принцип суперпозиции для сил взаимодействия точечных зарядов

Лекция 2. Электрическое поле.
Принцип суперпозиции для сил взаимодействия точечных зарядов Электрическое поле Пробный заряд Принцип суперпозиции электрических полей Объемная, поверхностная и линейная плотности континуального распределения электрического заряда Напряженность электрического поля, создаваемая непрерывным распределением зарядов Напряженность поля при распределении на поверхности или участке линии Начало второй лекции Линии напряжённости электрического поля Опыт: визуализация силовых линий Поток вектора напряжённости электрического поля Пример вычисления вектора напряженности через сферическую поверхность Электростатическая теорема Остроградского-Гаусса - формулировка и доказательство Примеры использования теоремы Остроградского-Гаусса Теорема Ирншоу - формулировка и доказательство Дифференциальная форма электростатической теоремы Остроградского-Гаусса Формула Гаусса-Остроградского Потенциал Потенциал электрического поля точечного заряда Потенциал поля системы зарядов Работа сил электрического поля

Лекция 3. Формула Стокса. Электрический диполь.
Итоги прошлой лекции Опыт: изменение формы энергии Циркуляция вектора напряженности электростатического поля Теорема о циркуляции Ротор векторной функции Физический смысл ротора в рамках гидродинамической аналогии Физический смысл ротора в электростатике Система полевых уравнений в вакууме в интегральной и дифференциальной форме Уравнения Лапласа и Пуассона Электрический диполь Потенциал диполя Поле диполя Потенциал и поле диполя (общий случай) Потенциал и поле системы диполей Пример решения задач электростатики с помощью уравнений Пуассона и Лапласа

Лекция 4. Проводники в электрическом поле.
Электростатическая индукция Опыт: электростатическая защита Индуцирование заряда, эквипотенциальные поверхности Электрометр Распределение заряда по поверхности проводника Поверхностная плотность заряда пропорциональна кривизне поверхности Опыт: эквипотенциальная поверхность Напряженность поля вблизи поверхности проводника Опыт: колесо Франклина Метод Кавендиша проверки закона Кулона Опыт Кавендиша Электроемкость Ёмкость плоского, сферического и цилиндрического конденсаторов Потенциальные и емкостные коэффициенты Метод изображений Опыт: конденсатор Пример решения задачи

Лекция 5. Диэлектрики.
Диэлектрики Опыт: влияние диэлектрика на электрическое поле Связь вектора поляризации с поверхностными связанными зарядами Объемный дипольный момент Материальное уравнение для векторов электрического поля Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость вещества Теорема Остроградского-Гаусса для случая диэлектриков в дифференциальной и интегральной форме Система полевых уравнений электростатики в бесконечной изотропной диэлектрической среде Граничные условия для векторов напряженности и электрической индукции Преломление линий E и D Электрическое поле однородно поляризованного диэлектрического шара Поле внутри и вне шара Диэлектрический шар в однородном электрическом поле Фактор формы

Лекция 6. Энергия системы зарядов, взаимодействия, собственная энергия.
Энергия системы электрических зарядов Энергия системы заряженных проводников Строгий вывод формулы для плотности энергии э/с поля Энергия взаимодействия и собственная энергия Энергия электрического диполя во внешнем поле Пондеромоторные силы в электрическом поле Момент силы, действующей на диполь Объемная плотность силы, действующей на диэлектрик Связь пондеромоторных сил с энергией системы зарядов Опыт

Лекция 7. Электронная теория поляризации диэлектриков.
Поляризация неполярных молекул Микроскопическое и макроскопическое поле в веществе Локальное поле Формула Клаузиуса-Моссотти Другой способ доказательства формулы Клаузиуса-Мосотти Функция Ланжевена Поляризация газообразного полярного диэлектрика Поляризация ионных кристаллов Точка Кюри Опыт: гистерезис Закон Кюри-Вейсса Пондеромоторные силы, действующие на диэлектрик в конденсаторе

Лекция 8. Постоянный электрический ток.
Сила и плотность тока Линии тока Условие стационарности тока Электрическое поле в проводнике с током и его источники Опыт Электросопротивление Опыт Сверхпроводимость Удельная электропроводность вещества Отсутствие в однородном проводнике объемных зарядов Электролитическая ванна Электросопротивление сплошной среды

Лекция 9. Работа и мощность постоянного тока, разветвленные цепи.
Токи в сплошных средах Опыт - зависимость сопротивления среды от расстояния Закон Джоуля-Ленца и его дифференциальная форма Опыт ЭДС Закон Ома для участка цепи с ЭДС Правила Кирхгофа Пример применения правил Кирхгофа Примеры источников тока Гальванический элемент Вольта Опыт: измерение потенциала в цепи с гальваническим элементом Элемент Даниеля-Якоби Свинцово-кислотный аккумулятор Литий-ионные аккумуляторы Сравнительные характеристики современных аккумуляторов Суперконденсаторы (ионисторы) Топливный элемент

Лекция 10. Магнитные взаимодействия токов.
Закон взаимодействия токов Опыт Ампера Элемент тока Вектор индукции магнитного поля Пример расчета индукции магнитного поля с помощью закона Био-Савара-Лапласа Линии индукции магнитного поля Опыт: линии индукции Закон Био-Савара-Лапласа для элемента объемного тока Векторный потенциал магнитного поля тока Вихревой характер магнитного поля Уравнение для векторного потенциала Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля в дифференциальной и интегральной форме Система полевых уравнений магнитостатики в вакууме в дифференциальной и интегральной формах Пример решения задач магнитостатики с помощью теоремы о циркуляции вектора индукции магнитного поля Магнитное поле тороида Магнитное поле соленоида Релятивистская природа магнитных взаимодействий на примере взаимодействия двух однородно заряженных тонких бесконечных стержней

Лекция 11. Элементарный ток и его магнитный момент, поле элементарного тока.
Векторный потенциал элементарного тока Поле элементарного тока Элементарный ток в магнитном поле Элементарный ток в магнитном поле (общий случай) Магнитное поле движущегося заряда Сила Лоренца Эффект Холла Опыт: датчик Холла Определение единицы силы тока - ампера Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле Опыт: движение заряженных частиц Принцип действия циклотрона Движение заряженной частицы в скрещенных электрическом и магнитном полях

Лекция 12. Пондеромоторные магнитные силы. Работа магнитных сил.
Поток вектора магнитной индукции Потенциальная функция тока Пример вычисления обобщенных сил Опыт: работа пондеромоторных сил Сила, действующая на контур с током в неоднородном магнитном поле Коэффициент взаимной индукции двух контуров Опыт: работа силы Ампера Опыт: сила, действующая на виток с током в неоднородном поле Коэффициент самоиндукции - индуктивность Коэффициенты индуктивности контуров с токами Взаимодействие двух контуров с током Пример задачи на вычисление коэффициентов индуктивности Индуктивность двухпроводной линии из пустотелых проводников Репортаж об "электрической розетке в кармане"

Лекция 13. Электромагнитная индукция.
Электромагнитная индукция Опыт: электромагнитная индукция Опыт: правило Ленца Закон электромагнитной индукции Фарадея и его формулировка в интегральной форме Вывод формулы для ЭДС индукции: ЭДС индукции в движущихся проводниках Вывод формулы для ЭДС индукции: метод Гельмгольца Закон электромагнитной индукции Фарадея и его формулировка в дифференциальной форме Непотенциальность индукционного электрического поля Векторный и скалярный потенциал нестационарного электромагнитного поля Индукционные методы измерения электромагнитных полей Опыт: баллистический гальванометр Опыт: пояс Роговского Опыт: токи Фуко (вихревые токи) Магнитная энергия тока Магнитная энергия системы контуров с током Её объемная плотность Экстратоки замыкания и размыкания

Лекция 14. Магнетики, молекулярные токи, намагниченность.
Понятие молекулярных токов Вектор намагниченности вещества и его связь с молекулярными токами Плотность поверхностного молекулярного тока на границе двух диэлектриков Вектор напряженности магнитного поля Магнитная проницаемость и магнитная восприимчивость вещества Индукция магнитного поля в однородном, изотропном и бесконечном магнетике Система полевых уравнений магнитостатики в магнитных средах Граничные условия для векторов напряженности и индукции магнитного поля Преломление линий магнитной индукции магнитного поля на границе двух магнетиков Магнитная защита Аналогия с электростатикой диэлектриков Поле однородно намагниченного шара Влияние формы магнетика на его намагниченность

Лекция 15. Магнетики (продолжение).
Силы, действующие на магнетики в магнитном поле Опыт Влияние формы магнетика на его намагниченность Опыт: пондеромоторные силы Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики Величина магнитной восприимчивости магнетиков Ларморова прецессия Диамагнитная восприимчивость Теория Ланжевена Магнитные восприимчивости пара- и диамагнетиков Магнитомеханический опыт Эйнштейна-де-Гааза Механомагнитный опыт Барнетта Гиромагнитное отношение Классическая модель спина электрона Энергия магнитного поля (тока) в бесконечной изотропной магнитной среде

Лекция 16. Ферромагнетики, спонтанная намагниченность.
Ферромагнетики Кривая намагничивания Анизотропия намагничивания Остаточная индукция и коэрцитивная сила Схема установки для наблюдения петли гистерезиса Эффект Баркгаузена Работа при намагничивании ферромагнетика Спонтанная намагниченность и температура Кюри Температура Кюри некоторых ферромагнетиков Опыт Дорфмана Ферромагнитные домены и механизм их восстановления Доменная граница (стенка) Блоха Опыт: наблюдение доменов Суперпарамагнетики Анизотропный магниторезистивный эффект Спинтроника ГМР-датчик Анимация действий магнитной головки

Лекция 17. Квазистационарные поля, переходные процессы в RC- и RL-цепях.
Критерий квазистационарности Уравнение колебательного контура в квазистационарном приближении Механическая аналогия Переходные процессы в RC- и RL-цепях Опыт Уравнение гармонических колебаний Энергия гармонических колебаний Затухающие колебания в контуре и их уравнение Опыт: наблюдение затухающих колебаний Добротность контура Нормальные колебания (моды) и их частоты Опыт Парциальная частота

Лекция 18. Колебания. Переменный ток.
Затухающие колебания Метод векторных диаграмм Метод комплексных амплитуд Комплексная частота Вынужденные колебания в контуре Процесс установления вынужденных колебаний при резонансе Активное, емкостное и индуктивное сопротивления Опыт Векторная диаграмма напряжений для последовательного соединения сопротивления, ёмкости и индуктивности Закон Ома для цепей переменного тока Учебный фильм: суперконденсаторы

Лекция 19. Резонанс напряжений, резонанс токов, правило Кирхгофа.
Напряжения и токи при резонансе Опыт Ширина резонансной кривой Токи при резонансе АЧХ и ФЧХ Опыт Правило Кирхгофа для цепей переменного тока Резонанс токов Векторная диаграмма токов Эффективные значения тока и напряжения Зависимость средней мощности переменного тока, поглощаемой в контуре, от частоты Применение резонанса напряжений в радиотехнике Применение резонанса токов Индукционная плита

Лекция 20. Техническое использование переменных токов.
Генераторы и электродвигатели Принцип действия генератора постоянного (пульсирующего) тока Опыт: принцип действия генератора Учебный фильм: принцип действия генератора Электродвигатель постоянного тока Синхронные двигатели Учебный фильм: генератор постоянного тока Двухфазный ток Трехфазный ток Соединение обмоток генератора "звездой" и "треугольником" Получение и использование вращающегося магнитного поля Принцип действия, устройство, применение, коэффициент трансформации Опыт Производство, передача и распределение электроэнергии Учебный фильм: электрический трансформатор

Лекция 21. Полная система классических уравнений Максвелла.
Ток проводимости и ток смещения Пример важности введения тока смещения Толщина скин-слоя Высокочастотный резонансный трансформатор Тесла Волновое уравнение Вектор Умова-Пойнтинга Вектор Умова-Пойнтинга (строгий вывод) Вибратор Герца Излучение электромагнитных волн элементарным диполем Поле стоячей электромагнитной волны

Лекция 22. Основные положения классической электронной теории проводимости, понятие о зонной теории твердых тел.
Радиотелеграф Попова Опыты Толмена и Стюарта Основные положения классической электронной теории проводимости Друде-Лоренца Законы Ома и Джоуля-Ленца Закон Видемана-Франца в классической теории Трудности классической электронной теории Энергетические уровни и формирование энергетических зон Статистика Ферми-Дирака Объяснение проводимости твердых тел с помощью зонной теории Происхождение эффективной массы электронов Объяснение закона Видемана-Франца в рамках квантовых представлений

Лекция 23. Полупроводники.
Собственная и примесная проводимость полупроводников Полупроводники p и n типа p-n переход Полупроводниковый диод Биполярные и полевые транзисторы Устройство полевого транзистора с изолированным затвором Топология полупроводниковых запоминающих устройств Фоторезисторы, фотодиоды Контактные явления, контактная разность потенциалов Термоэлектричество (явление Зеебека), термодвижущая сила Термопары Эффект Пельтье Опыт: явление Зеебека Явление Томсона Высокотемпературная сверхпроводимость Критическое поле