Физика



Аннотация

Курс содержит три раздела: классическая механика (включая основы теории относительности), аналитическая механика и статистическая механика В первом разделе излагаются кинематика материальной точки и твердого тела, кинематика сложного движения, динамика материальной точки и твердого тела, законы сохранения импульса, энергии и момента импульса. В качестве примеров рассматриваются движение частицы в центральном силовом поле и плоское движение твердого тела. Во втором разделе вводятся основные понятия аналитической механики, дан вывод уравнений Лагранжа и Гамилтьона. В качестве примеров рассматриваются вопросы равновесия механических систем и физика колебаний. В третьей части дается распределение плотности вероятности для различных состояний системы в условиях термодинамического равновесия (распределение Гиббса), а также элементарная теория процессов в неравновесных системах (диффузия и теплопроводность). В качестве примеров рассматриваются распределение молекул по скоростям (распределение Максвелла), распределение частиц в потенциальном силовом поле (распределение Больцмана), формулируется теорема о равнораспределении энергии по степеням свободы.

Содержание курса


Заряды и токи. Закон сохранения заряда. Электромагнитные явления в Точечные и распределенные заряды. Плотность заряда и плотность сила тока. Закон сохранения заряда.
Токи в проводниках. Законы Ома и Джоуля-Ленца. Проводники и диэлектрики. Причины, вызывающие движение зарядов. Понятие электрического поля Связь пллотности тока и напряженности электрического поля. Удельная проводимость среды. Закон Ома. Джоулево тепло и закон Джоуля-Ленца.
Взаимодействие зарядов. Закон Кулона. Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона. Напряженность электрического поля точечного заряда. Принцип суперпозиции полей. Поля, создаваемые системами зарядов и заряженного по объему.
Потенциал в электростатике. Его связь с напряженностью поля. Потенциалэлектростатике. Связь потенциала и вектора напряженности поля. Свойства потенциальности электрического поля. Потенциал точечного заряда и тела, заряженного по объему.
Диполь. Дипольный момент системы зарядов. Потенциал и электрическое поле. Силы и моменты сил, действуюшие на диполь во внешнем поле.дипольный момент нейтральной системы зарядов.
Вещество в электрическом поле. Вектор поляризации. Проводники и диэлектрики в стационарном электрическом поле. Поляризованное состояние диэлектрика. Квазиупругая молекула как элементарный диполь. Вектор поляризаиии. Поляризуемость среды.
Электростатическая теорема Гаусса. Формулировка теоремы Гаусса в произвольной среде. Вектор электрической индукции. Материальное уравнение. Диэлектрическая постоянная и ее связь с поляризуемостью.
Граничные условия для векторов Е и D. Условия для векторов поля на границах раздела двух сред. Преломление линий поля. Поле вблизи поверхности проводника.
Дифференциальные уравнения электростатики. Дифференциальные уравнения поля в электростатике. Условие потенциальности и теорема Гаусса дифференциальной форме. Поле в однородной среде. Уравнения Пуассона Лапласа. Граничные условия для потенциала.
Заряды и потенциалы в системе заряженных тел. Связь между зарядами потенциалами в системе заряженных проводящих тел. Емкостные коэффциенты. Емкость уединенного тела. Конденсатор и его емкость.
Плотность энергии электрического поля. Энергия заряженного конденсатора. Плотность электрической энергии. Энергия системы заряженных тел.
Релаксация заряда в проводяшей среде. Перераспределение зарядов в однородной проводящей среде. Постоянная времени релаксации.
Сторонние силы. Закон Ома для контура и его части. Представление о сторонних силах. Условие протекания стационарных токов. Электродвижение сила (Э.Д.С.). Закон Ома для участка цепи и для контура.
Сила Лоренца. Закон Ампера. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Вектор магнитной индукции. Сила Лоренца. Действие магнитного поля на провод с током. Закон Ампера.
Формула Био-Савара-Лапласа и ее следствия. Магнитное поле контура с током. Формула Био-Савара-Лапласа. Поле длинного прямого провода.
Векторный потенциал магнитного поля. Выражение магнитного поля через векторный потенциал. Векторный потенциал поля стационарных токов Соленоидальный характер магнитного поля.
Магнитное поле в веществе. Вектор намагничения. Амперовы (молекулярные) токи. Магнитный момент рамки с током. Магнитное поле рамки магниченное состояние среды. Вектор намагничения.
Теорема о циркуляции вектора Н. Циркуляция магнитного поля. Теорема о циркуляции. Вектор напряженности магнитного поля. Связь векторов В и Н в среде. Магнитная проницаемость.
Дифференциальные уравнения магнитостатики. Дифференииальная теорема о циркуляции. Уравнение для векторного потенциала, уравнения Пуассона и Лапласа.
Условия для векторов В и Н на границах раздела. Условия для нормальных компонентов вектора В и тангенциальннх компонентов вектора Н.
Магнитний поток. Магнитный поток, сцепленный с контуром. Крата сцепления. Независимость потока от контрольной поверхности. Связь с векторным потенциалом. Коэффициент самоиндукции.
Закон электромагнитной индукции. Э.Д.С. индукции. Закон электромагнитной индукции и его следствия. Правило Ленца.
Энергия катушки с током. Плотность магнитной энергии. Энергия соленоида и произвольной катушки с током. Плотность энергии магнитного поля.
Энергия системы токов. Коэффициенты индуктивности. Энергия произвольной системы контуров с токами. Коэффициенты взаимной индукции их свойства.
Вихревое электрическое поле. Первое уравнение Максвелла. Электричское поле с учетом явления электромагнитной индукции. Уравнение для полного поля.
Ток смещения. Второе уравнение Максвелла. Необходимость введения токов смещения. Взаимосвязь электрического и магнитного полей.
Система уравнений Максвелла. Некоторые следствия из уравнений Максвелла. Стационарные, квазистационарные и нестационарные задачи.
Квазистационарные токи. Уравнения Кирхгофа. Условия квазистационарности. Теория цепей. Первая и вторая системы уравнений Кирхгофа. Элементы электрических цепей. Правила составления уравнений цепи.
Переходные процессы в электрических цепях. Дифференциальные уравнения электрической цепи. Колебательннй контур. Свободные и вынужденные колебания в контуре. Начальные условия. Установившиеся колебания в цепи.
Метод комплексных амплитуд. Нахождение установившегося режима. Комплексная амплитуда и ее физический смысл. Комплексное сопротивление (импеданс) участка цепи. Резонансные явления.
Теорема Умова-Пойнтинга. Поток электромагнитной энергии. Закон сохранения энергии в электромагнитном поле. Плотность потока энергии. Вектор Пойнтинга.
Единственность решения уравнений Максвелла. Граничные условия и условия единственности. Их физический смысл.
Уравнение для потенциалов. Условие Лоренца. Выражение полей через потеницалы в электродинамике. Уравнения для векторного, скалярного потенциалов Калибровка Лоренца.
Плоские электромагнитные волны. Волновое уравнение. Скорость распространение электромагнитных волн. Плоские волны. Структура плоской волны. Связь векторов Е и Н.
Давление света. Импульс световой волны. Взаимодействие поля волны со средой. Давление и импульс волны.
Противоречия классической теории. Опыт Майкельсона-Морли. Электромагнитное поле в движущейся системе координат. Результаты экспериментальных исследований. Принцип постоянства скорости света.
Преобразования Лоренца для поля. Классические преобразования полей в движущей системе координат. Противоречие с принципом относительности. Преобразования Лоренца для векторов поля.
Излучение электромагнитных волн. Сферические волны. Запаздываюший потенциал. Поле движущегося заряда в дальней зоне. Дипольное излучение.

Литература


  • Сивухин Д.В. Обший курс физики, т. 1. Механика. М.: Наука.1989.

  • Ольховский И.И. Курс теоретической механики для физиков. М.: Изд-во МГУ. 1978.

  • Стратонович Р.Л., Полякова М.С. Элементы молекулярной физики, термодинамики и статистической физики. М.: Изд-во МГУ. 1981.

  • Буховцев Б.Б., Чесноков С.С. Методика решения задач по механике. М.Изд-во МГУ. 1989.