Курс «Электромагнетизм» читается студентам второго курса физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова в 3 семестре.
Курс включает следующие основные разделы: заряды и электрическое поле, металлы и диэлектрики в электростатическом поле, постоянный электрический ток, магнитное взаимодействие токов и зарядов, магнетики, электромагнитное поле, электромагнитные колебания и волны, полупроводники, контактные явления, полупроводниковые устройства.
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. Введение в электростатику. Закон Кулона.
Фундаментальные взаимодействия в природе
Принцип суперпозиции
Электростатическое поле системы зарядов
Силовые линии электрического поля
Электрическое поле на оси заряженного кольца
Лекционные демонстрации
Электрическое поле заряженного шара
Лекция 2. Теорема Остроградского – Гаусса. Электрическое напряжение и разность потенциалов.
Плоский конденсатор
Теорема Остроградского – Гаусса
Экспериментальные основания закона Кулона
Теорема Остроградского – Гаусса в дифференциальной форме
Лекционные демонстрации (силовые линии)
Разность потенциалов
Лекционные демонстрации (пламенный зонд)
Лекция 3. Локальная связь между напряженностью поля и потенциалом. Проводники в электростатическом поле.
Потенциал электростатического поля
Уравнение Пуассона
Однородное поле внутри заряженного шара
Проводники в электростатическом поле
Лекционные демонстрации
Лекция 4. Конденсаторы. Диэлектрики в электростатическом поле.
Плоский конденсатор
Лекционные демонстрации (конденсаторы)
Плоский конденсатор (продолжение)
Цилиндрический конденсатор
Соединения конденсаторов
Поляризация диэлектриков
Диэлектрик в плоском конденсаторе
Лекционные демонстрации (диэлектрики в конденсаторах)
Лекция 5. Вектор электрической индукции. Граничные условия для векторов E и D.
Связанные заряды
Материальные уравнения
Граничные условия для векторов E и D
Диэлектрический шар в однородном поле
Лекция 6. Энергия и силы в электростатике.
Диэлектрики в электростатическом поле
Энергия системы зарядов
Собственная энергия электростатической системы
Лекционная демонстрация (лейденская банка)
Энергия электростатического поля
Электрический диполь во внешнем электростатическом поле
Силы, действующие на диэлектрик в неоднородном электростатическом поле
Электронная теория поляризации диэлектриков
Лекция 7. Постоянный электрический ток.
Плотность и сила тока
Электродвижущая сила
Закон Ома
Сторонние силы
Лекционные демонстрации
Закон Джоуля – Ленца
Лекция 8. Разветвленные цепи постоянного тока. Токи в сплошной среде.
Резисторы
Законы Кирхгофа
Метод контурных токов
Токи в сплошной среде
Лекционные демонстрации
Токи в сплошной среде (продолжение)
Лекция 9. Введение в магнитостатику. Законы Ампера и Био – Савара – Лапласа.
Токи в сплошной среде (продолжение)
RC-цепи
Введение
Законы Ампера и Био – Савара – Лапласа
Магнитное поле прямого провода с током
Лекционные демонстрации
Лекция 10. Теорема о циркуляции. Векторный потенциал.
Магнитный момент
Теорема о циркуляции
Магнитное поле толстого провода
Векторный потенциал
Лекционные демонстрации (сила Ампера)
Лекция 11. Взаимодействие движущихся зарядов. Поток вектора B. Взаимная индукция.
Магнитное поле Земли
Применение в технике
Контур с током в магнитном поле
Потенциальная функция тока во внешнем магнитном поле
Третий закон Ньютона
Лекция 12. Электромагнитная индукция.
Взаимная индукция двух соленоидов
Правило Ленца
Лекционные демонстрации
Прямоугольный контур с перемычкой в однородном магнитном поле
Измерение магнитного напряжения и индукции
Экстратоки
Лекция 13. Энергия и силы в магнитостатике. Магнитное поле в веществе.
Экстратоки
Энергия магнитного поля
Собственная силовая функция тока в магнитном поле
Явление взаимной индукции
Напряженность магнитного поля
Магнитная проницаемость и магнитная восприимчивость
Лекционные демонстрации
Лекция 14. Силы, действующие на магнетики в магнитном поле.
Магнитное поле в веществе (продолжение)
Преломление линий магнитной индукции и напряженности
Фактор формы магнетика
Силы, действующие на магнетики в магнитном поле
Лекционные демонстрации
Силовая функция для магнетика в магнитном поле
Лекция 15. Диамагнетизм и парамагнетизм.
Силовая функция для магнетика в магнитном поле (продолжение)
Физический смысл индукции и напряженности магнитного поля
Прецессия Лармора
Закон Кюри
Механомагнитный эффект и магнитомеханический эффект
Лекция 16. Ферромагнетизм. Свободные электромагнитные колебания.
Гистерезис
МРТ
Свободные колебания в колебательном контуре
Лекция 17. Электромагнитные колебания. Переменный ток.
Резонанс напряжений
Метод векторных диаграмм
Импеданс
Резонанс токов
Лекция 18. Электромагнитные колебания. Трансформаторы.
Резонанс токов (продолжение)
Работа и мощность переменного тока
Связанные колебательные контуры
Трансформаторы
Лекционные демонстрации
Генераторы электрического тока
Лекция 19. Генераторы электрического тока. Уравнения Максвелла. Электромагнитные волны.
Синхронный и асинхронные генераторы тока
Трёхфазный ток
Токи смещения
Материальные уравнения
Излучение электромагнитных волн
Лекция 20. Излучение электромагнитных волн. Волновое уравнение.
Энергия электромагнитной волны
Скин-эффект
Излучение электромагнитных волн
Волновое уравнение
Лекционные демонстрации
Сотовая связь
Волновое уравнение (продолжение)
Лекция 21. Электропроводность твёрдых тел.
Волновое уравнение (продолжение)
Сотовая связь
Классическая теория Друде – Лоренца
Закон Видемана – Франца
Опыт Толмена и Стюарта
Электронный газ в металлах
Лекционные демонстрации
Лекция 22. Зонная структура кристаллов. Контактные явления.
Зонная структура кристаллической решетки
Легирование
Полупроводниковый диод
Контактные явления
Сверхпроводимость