Электродинамика

 Программа

Электрические заряды и токи. 
Электрический заряды и его физические свойства. Плотность электрического заряда. Точечные заряды. Электрический ток и плотность тока. Соотношение между плотностью заряда и плотностью тока.

Потенциальное электростатическое поле.
Кулоновское поле. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции для напряженности. Полевая трактовка закона Кулона.
Электростатическая теорема Гаусса.
Понятия о потоке векторного поля и дивергенции вектора. Формула Остроградского-Гаусса. Силовые линии поля, его истоки и стоки. Теорема Гаусса в интегральной и дифференциальной формах.
Потенциальность электростатического поля. Потенциальная энергия взаимодействия точечных зарядов. Потенциал электростатического поля и его свойства. Условие потенциальности. Принцип суперпозиции для потенциалов.
Закон сохранения заряда. Уравнение непрерывности. Ток проводимости и ток смещения. Физическая природа тока смещения.
Потенциальная энергия электростатического взаимодействия точечных, объемных и поверхностно распределенных зарядов.

Магнитное поле и его релятивистская природа.
Преобразование силы в СТО. Сила Лоренца. Физические свойства силы Лоренца. Сила Ампера. Взаимодействие точечного заряда и бесконечной прямой заряженной нити. Закон Био-Саварра. Поле прямого тока.
Магнитное поле движущегося заряда. Поле объемных и линейных токов. Поле прямого тока. Взаимодействие параллельных проводников с током. Сила Ампера. Единица измерения силы тока в СИ.
Закон полного тока. Понятие о циркуляции вектора. Ротор вектора. Формула Стокса. Закон полного тока в интегральной и дифференциальной формах. Поле соленоида.

Движение заряженных частиц в электромагнитном поле.
Движение заряда в однородном электрическом поле. Движение в однородном магнитном поле. Циклотронная частота. Движение в скрещенных полях. Дрейф частиц. Ускорители заряженных частиц. Принципы работы.

Закон электромагнитной индукции.
Электродвижущая сила. Интегральная и дифференциальная форма закона электромагнитной индукции. Правило Ленца. Пример.
Отсутствие носителей магнитного заряда. Уравнение Максвелла divB=0. Замкнутость магнитных силовых линий.

Полная система уравнений электродинамики в вакууме.
Система уравнений Максвелла в вакууме. Граничные условия. Теорема о единственности решения задач электродинамики.
Уравнения Лапласа и Пуассона для скалярного потенциала. Пример: поле бесконечного круглого однородно заряженного цилиндра.
Стационарное электрическое поле. Уравнения электростатики. Плотность заряда на поверхности проводника. Граничные условия для поля на поверхности. Электростатическая защита.

Постоянный электрический ток.
Сторонние силы и эдс. Закон Ома для участка цепи и для полной цепи. Интегральная и дифференциальная форма закона Ома. Удельное сопротивление и проводимость.

Электроемкость.
Электроемкость проводника. Единица измерения емкости. Конденсатор. Заряд, энергия и емкость конденсатора. Емкость батареи конденсаторов. Типы конденсаторов и их емкость.

Электрический диполь.
Дипольный момент. Потенциал и напряженность поля диполя. Электрический диполь во внешнем поле.

Электростатическое поле при наличии диэлектриков.
Поляризуемость вещества. Связанные заряды. Полярные и неполярные молекулы. Вектор индукции электрического поля D и его граничные условия.

Закон сохранения энергии для электромагнитного поля.
Джоулево тепло. Объемная плотность энергии электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга.

Стационарное магнитное поле.
Уравнения магнитостатики. Граничные условия для магнитного поля и тока. Поле контура с током.
Магнитный диполь. Поле контура с током. Магнитный дипольный момент. Контур с током во внешнем поле.

Магнитное поле в веществе.
Магнетики. Намагничиваемость вещества. Диа-, пара- и ферромагнетизм. Магнитная восприимчивость и проницаемость вещества. Вектор напряженности магнитного поля Н и его граничные условия.

Явление самоиндукции.
Индуктивность проводника. Эдс самоиндукции. Энергия проводника с током. Ток при замыкании и размыкании RL - цепи.
Явление взаимной индукции.
Коэффициент взаимоиндукции. Эдс взаимоиндукции. Ток при замыкании и размыкании CL - цепи.

Переменный электрический ток.
Квазистационарный ток. Закон Ома для переменного тока. Импеданс. Векторная диаграмма для напряжений на R,L и С. Законы Кирхгофа для переменного тока. Активное и реактивное сопротивления. Мощность в цепи переменного тока. Действующие значения тока и напряжения.

Колебательный контур.
Свободные электрические колебания. Собственная частота, декремент затухания, добротность контура.
Вынужденные электрические колебания. Условия резонанса. Резонансная частота. Резонансные кривые.
Передача энергии по проводу.
Передача энергии по кабелю.

Электромагнитные волны.
Плоские электромагнитные волны. Монохроматическая волна. Волновое уравнение. Фазовая скорость волны. Свойства плоских волн.
Распространение электромагнитной волны в диэлектрике.
Распространение электромагнитной волны в проводнике.
Уравнения Максвелла для волн в проводнике и их решение в виде плоских волн. Дисперсионное уравнение. Скин-эффект.