Материал: 2073
Министерство образования и науки Россий скоиФедераций Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
″Сибирскийгосударственныйавтомобильно-дорожныйуниверситет (СибАДИ)″
|
В. А. Федорук,С. В. Бирюков, |
и |
|
С |
А. В.Тюкин,А.С.Рубан |
бА |
|
ЭЛЕКТРИЧЕСТВОИМАГНЕТИЗМ |
|
|
Уче ное пособие |
Подо щей редакциейВ. . Федорука |
|
|
Д |
|
И |
Омск ■ 2018
УДК 537 |
Согласно 436-ФЗ от |
29.12.2010 «О |
защите |
|
детей от информации, |
причиняющей |
вред |
||
ББК 22.33 |
||||
их здоровью и развитию» данная продукция |
||||
Ф33 |
маркировке не подлежит. |
|
|
|
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. В. И. Суриков (ОмГТУ); канд. техн. наук, доц. Е. В. Иванова
СибАДИ(филиал ФГКВОУ ВО «Военная академия материально-технического обеспечения им. А. В. Хрулева)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве учебного пособ я.
Федорук, Влад м р Аркадьевич.
Ф33 Электр чество магнетизм[Электронный ресурс] : учебное пособие /
В. А. Федорук, С. В. Б рюков, А. В. Тюкин, А. С. Рубан ; под общей ред.
В. А. Федорука. – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2018. – URL: http:// bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
Включает в се я теоретические сведения, тестовые и разноуровневые задачи из раздела о щей физики «Электричество и магнетизм».
Имеет инетерактивное оглавление в виде закладок.
Предназначено для самостоятельной подготовки студентов всех форм обучения по всем специальностям и направлениям подготовки бакалавров специалистов технических вузов, изучающих электромагнетизм.
Подготовлено на кафедре «Физика».
Текстовое (символьное) издание (530 КБ)
Системные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista/7; DVD-ROM; 1 Гб свободного места на жестком диске;программа для чтения pdf-файлов:
Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader
Редактор Н.В. Павлова Техническая подготовка Н.В. Кенжалинова
Издание первое. Дата подписания к использованию 14.05.2018 Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2018
Введение
Данное учебное пособие предназначено для самостоятельной подготовки студентов к практическим занятиям по разделу общей физики «Электричество и магнетизм».
Материал данного учебного пособия включает в себя теоретические сведения по электричеству и магнетизму [1, 2], необход мые для решения тестовых и разноуровневых задач [3, 4, 5, 6, 7] по данным разделам.
Пр ведённые в данном пособии примеры задач с решениями |
|
позволяют студентам успешно осваивать на практических занятиях |
|
С |
|
законы |
электростат , постоянного электрического тока и |
магнет |
зма. |
Матер ал данного посо ия содержит тестовые задачи, решение |
|
ки |
|
|
бА |
которых самостоятельно и на практических занятиях позволяет подготов ть студентов к успешному прохождению интернеттестирован я при проверке остаточных знаний, а также к успешной сдаче семестрового экзамена или зачёта по физике.
Пособие по электричеству и магнетизму является логическим продолжением посо ия по механике, молекулярной физике и
термодинамике [8].
При подготовке студентов к интернет-экзамену [7] по физике на кафедре «Физика» используется гибкая система тестирования в виде «exe» файлов, разработанная и реализованная Федоруком В. А. в виде
частью вышеуказанной системыСибАДИтестирования, благодаря которой реализована текущая проверка знаний студентов в рамках контрольных недель, а также их поэтапная подготовка к интернетэкзамену [7] по физике.
программной оболочки «TestingShell-v1.0» [9].
Тестовые задания данного пособия и пособия по механике,
молекулярной физике и термодинамике [8] являются неотъемлемой И
3
|
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ |
|
|
|||||||||
|
|
|
1. Электростатика |
|
|
|
|
|
||||
|
1.1. Основные понятия, законы и формулы [1, 2] |
|
|
|||||||||
|
Электрический заряд q характеризует способность тел |
|||||||||||
оказывать с ловое |
воздействие |
друг |
на |
|
друга |
при |
помощи |
|||||
электр ческого поля. Единицей измерения электрического заряда q, |
||||||||||||
принятой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
в с стеме СИ, является Кулон (Кл). |
|
|
|
|
|
||||||
|
Электр ческ й |
заряд является |
квантованной величиной, |
|||||||||
С |
|
|
|
|
|
-19 |
Кл, |
|
|
|
||
кратной элементарному заряду e0 = 1,602 10 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
q = ±Ne0, |
|
|
|
|
|
|
(1.1) |
|
где N – целое ч сло. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Элементарный заряд – наименьшая встречающаяся в природе |
|||||||||||
мера |
электр ческого |
заряда. |
Носителем |
элементарного |
||||||||
отрицательного заряда является электрон, а положительного – протон. |
||||||||||||
|
Точечный заряд – заряд, сосредоточенный на теле, линейные |
|||||||||||
размеры которого прене режимо малы по сравнению с расстоянием |
||||||||||||
до других заряженных тел, с которыми данный заряд |
||||||||||||
взаимодействует. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Закон сохранения заряда: общий заряд замкнутой системы |
|||||||||||
остаётся неизменнымбА, какие бы процессы ни происходили внутри |
||||||||||||
данной системы; сумма положительных и отрицательных зарядов |
||||||||||||
остаётся постоянной: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
(1.2) |
|
|
|
|
qi const. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
i 1 Д |
|
|||||||
|
Закон Кулона описывает силу, возникающую при воздействии |
|||||||||||
друг на друга двух точечных зарядов: сила F12 |
взаимодействия двух |
|||||||||||
точечных зарядов q1 |
и q2 |
прямо пропорциональна произведению этих |
||||||||||
зарядов и обратно пропорциональна квадратуИрасстояния r12 между |
||||||||||||
ними. Эта сила является центральной: она направлена вдоль прямой, |
||||||||||||
соединяющей заряды (рис. 1.1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Сила (см. рис. 1.1), действующая со стороны заряда q1 |
на заряд |
||||||||||
q2, определяется следующим образом: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
q1q2 |
|
r12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
(1.3) |
|||||||
|
|
|
|
4 |
|
|
r2 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
21 |
0 |
|
|
|
r |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
F12 |
q1 |
r12 |
q2 |
|
F21 |
|
|
|
|
F12 |
r12F21 |
q2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q1 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
r1 |
r2 |
|
|
|
|
|
|
|
r1 |
r2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
С0 |
|
F12 F21 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
а – одно менные заряды q1 |
и q2; б – разноименные заряды q1 и q2 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Рис. 1.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где F21 – |
с ла, которая действует на второй точечный электрический |
||||||||||||||||||||
заряд q2 |
со стороны первого заряда q1; |
r12 – |
вектор, |
соединяющий |
|||||||||||||||||
заряды и направленный от q1 |
к |
q2; |
r12 |
|
r12 |
|
|
– расстояние между |
|||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||
зарядами; ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды; |
|||||||||||||||||||||
ε0=8,85∙10-12 Ф/м – электрическая постоянная. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Напряжённость |
|
Д |
|
|
|||||||||||||||||
электростатического |
поля |
– физическая |
|||||||||||||||||||
величина, бАопределяемая силой, действующей на единичный |
|||||||||||||||||||||
положительный заряд q0, помещённый в данную точку поля: |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
F |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1.4) |
||||
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
q0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Единица измерения напряжённости электростатического поля – ньютон/кулон (Н/Кл) или вольт/метр (В/м). 1 Н/Кл=1 В/м. Напряжённость является силовой характеристикой электростатического поля.
Силовые линии (линии напряжённости) – линии, касательные к |
|||||||||
которым в каждой точке совпадают |
|
с |
Инаправлением вектора |
||||||
напряжённости в этой точке. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжённость электростатического поля, создаваемого |
|||||||||
точечным зарядом q, равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
q |
r |
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
|
, |
(1.5) |
4 |
0 |
|
r2 |
r |
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
12 |
|
12 |
|
|
|||
5