URSS.ru Магазин научной книги
Обложка Кабисов К.С., Копылов С.В., Никулин А.В. Электричество и магнетизм: электростатика, магнитостатика, электродинамика: Основные положения теории и задачи. 120 подробно разобранных задач Обложка Кабисов К.С., Копылов С.В., Никулин А.В. Электричество и магнетизм: электростатика, магнитостатика, электродинамика: Основные положения теории и задачи. 120 подробно разобранных задач
Id: 288957
1259 р.

Электричество и магнетизм:
электростатика, магнитостатика, электродинамика: Основные положения теории и задачи. 120 подробно разобранных задач

URSS. 2023. 552 с. ISBN 978-5-9710-9811-9.
Типографская бумага

Аннотация

Настоящая книга представляет собой учебное пособие, которое должно помочь студентам активно усвоить материал электромагнетизма. Предполагается, что эту книгу можно изучать, не пользуясь другими учебниками. Она основана на тех же педагогических подходах, которые уже использовались ее соавторами в публикуемых нашим издательством учебниках по механике, термодинамике, колебаниям и волнам, а также в книге «Гравитация, астрофизика, космология:... (Подробнее)


Содержание
top
Предисловие8
Литература к предисловию10
Часть 1 Электростатика и электрический ток11
Глава 1. Электрическое поле в вакууме11
§ 1. Электрические заряды11
§ 2. Закон взаимодействия электрических зарядов14
§ 3. Система единиц измерения электрических величин17
§ 4. Элементарные электрические заряды18
Сводка основных результатов и понятий (§ 1–4)21
Контрольные вопросы и задачи к § 1–423
§ 5. Понятие об электрическом поле. Вектор напряженности электрического поля28
§ 6. Теорема Остроградского—Гаусса36
Сводка основных результатов и понятий (§ 5–6)48
Контрольные вопросы и задачи к § 5–651
§ 7. Работа сил электростатического поля70
§ 8. Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле75
§ 9. Потенциал электростатического поля. Напряжение78
§ 10. Эквипотенциальные поверхности. Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля81
Сводка основных результатов и понятий (§ 7–10)89
Контрольные вопросы и задачи к § 7–1093
Глава 2. Электрическое поле в веществе113
§ 11. Введение113
§ 12. Проводники в электростатическом поле116
§ 13. Электроемкость. Конденсаторы120
§ 14. Диэлектрики в электростатическом поле125
§ 15. Вектор электростатической индукции133
§ 16. Энергия электрического поля137
Сводка основных результатов и понятий (§ 11–16)140
Контрольные вопросы и задачи к § 11–16144
Глава 3. Постоянный электрический ток159
§ 17. Электрический ток. Ток проводимости. Характеристики электрического тока159
§ 18. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводников165
§ 19. Электродвижущая сила. Закон Ома для замкнутой цепи172
§ 20. Электрические цепи. Правила Кирхгофа. Последовательное и параллельное соединения проводников176
§ 21. Закон Джоуля—Ленца181
Сводка основных результатов и понятий (§ 17–21)184
Контрольные вопросы и задачи к § 17–21188
§ 22. Классическая теория электропроводности металлов202
Сводка основных результатов и понятий (§ 22)209
Контрольные вопросы и задачи к § 22210
Часть 2 Магнитостатика211
Глава 4. Магнитное поле в вакууме211
§ 23. Магнитное взаимодействие211
§ 24. Вектор магнитной индукции216
§ 25. Магнитное поле тока. Закон Био—Савара—Лапласа223
§ 26. Циркуляция вектора напряженности магнитного поля228
§ 27. Магнитное поле движущегося заряда234
Сводка основных результатов и понятий (§ 23–27)236
Контрольные вопросы и задачи к § 23–27240
§ 28. Действие магнитного поля на ток. Закон Ампера256
§ 29. Механическая работа в магнитном поле263
Сводка основных результатов и понятий (§ 28–29)268
Контрольные вопросы и задачи к § 28–29271
§ 30. Действие магнитного поля на движущиеся заряды283
Сводка основных результатов и понятий (§ 30)290
Контрольные вопросы и задачи к § 30291
§ 31. Электромагнитная индукция297
§ 32. Самоиндукция314
Сводка основных результатов и понятий (§ 31–32)323
Контрольные вопросы и задачи к § 31–32326
§ 33. Энергия магнитного поля345
Сводка основных результатов и понятий (§ 33)348
Контрольные вопросы и задачи к § 33349
Глава 5. Магнитное поле в веществе354
§ 34. Намагничивание сред354
§ 35. Природа магнитных свойств веществ357
§ 36. Объяснение диамагнетизма и парамагнетизма363
§ 37. Закон полного тока для магнитного поля в веществе366
§ 38. Ферромагнетизм369
Сводка основных результатов и понятий (§ 34–38)373
Контрольные вопросы и задачи к § 34–38378
Часть 3 Уравнения Максвелла. Электромагнитные волны381
Глава 6. Элементы теории поля381
§ 39. Скалярное и векторное поле381
§ 40. Поверхности уровня и градиент скалярного потенциала383
§ 41. Векторные линии. Поток векторного поля390
§ 42. Дивергенция. Теорема Остроградского—Гаусса400
§ 43. Линейный интеграл и циркуляция вектора406
§ 44. Ротор. Теорема Стокса411
Контрольные вопросы и задачи к § 39–44418
§ 45. Оператор Гамильтона. Дифференциальные операции второго порядка426
Контрольные вопросы и задачи к § 45431
Глава 7. Взаимные превращения электрических и магнитных полей. Теория Максвелла434
§ 46. Вихревое электрическое поле. Первое уравнение Максвелла434
§ 47. Ток смещения438
§ 48. Второе уравнение Максвелла443
§ 49. Третье и четвертое уравнения Максвелла450
§ 50. Полная система уравнений Максвелла для электромагнитного поля453
§ 51. Законы преобразования электромагнитного поля при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую455
§ 52. Теория Максвелла как завершающий этап эволюции представлений о природе электромагнетизма462
Контрольные вопросы и задачи к § 46–52463
Глава 8. Электромагнитные волны. Свет470
§ 53. Электромагнитный импульс вдоль проводов. Физические основы существования электромагнитных волн470
§ 54. Волновое уравнение для электромагнитного поля473
§ 55. Плоские электромагнитные волны479
§ 56. Энергия электромагнитных волн484
§ 57. Отражение и преломление электромагнитных волн на границе раздела двух диэлектрических сред488
§ 58. Экспериментальное исследование электромагнитных волн494
Сводка основных результатов и понятий (§ 53–58)497
Контрольные вопросы и задачи к § 53–58505
Приложения507
Задачи для самостоятельной работы. Электричество507
Задачи для самостоятельной работы. Магнетизм517
Системы единиц измерения электромагнитных величин527
Единицы измерения электрических и магнитных величин в СИ и системе Гаусса533
Основные формулы электромагнетизма в СИ и системе Гаусса534
Физические величины и их единицы в системе СИ538
Значения некоторых внесистемных единиц в системе СИ540
Кратные и дольные единицы541
Основные физические постоянные541
Некоторые астрономические величины542
Краткие биографические сведения об упоминаемых в книге ученых543
Литература548

Предисловие
top
Предлагаемое читателям учебное пособие является попыткой адаптировать объем и содержание к соответствующим критериям при изучении физики бакалаврами, которые предполагают значительное сокращение времени для традиционного, пассивного, усвоения материала на лекциях и других видах учебного процесса, изученного и изложенного преподавателем. И, наоборот, они предусматривают выработку у студентов навыков активного усвоения материала путем самостоятельного изучения учебников и учебно-методических пособий, когда предлагаемый материал и метод его изложения носят, в основном, рекомендательный характер.

Цель настоящей книги — помочь студентам усвоить основные законы и методы физики. В соответствии со сложившимися в настоящее время традициями мы подразделяем физику, условно, на следующие части:

I. Классическая и релятивистская механика.

II. Статистическая физика. Термодинамика.

III. Электричество и магнетизм.

IV. Колебания и волны.

V. Оптика и спектроскопия.

VI. Атомная физика. Квантовая механика.

VII. Ядерная физика. Элементарные частицы.

Подчеркнем, что предложенный порядок следования частей не является строгим. Например, чтобы быть последовательным и охватить всю программу, включая квантовую статистическую физику, следовало бы часть II излагать в конце всего курса физики. Также понятным является порядок следования частей IV и V, если имеется в виду рассмотрение волновой оптики.

Пособие содержит в качестве приложения ряд задач, рекомендуемых студентам для самостоятельного решения. Как нетрудно заметить, вся совокупность задач, рекомендуемых каждому студенту для самостоятельного решения, охватывает практически весь курс соответствующей части физики, требуемый программой по физике для бакалавров. Условия задач располагаются сразу после таблиц. Номера задач, которые должен решить студент, расположены в строке, соответствующей последней цифре номера его зачетной книжки. Числа, соответствующие последней цифре номера зачетной книжки, расположены в крайнем левом столбце каждой из таблиц. Столбцы таблицы нумерованы и соответствуют определенной теме данной части курса физики.

Предполагается, что эту книгу можно читать, не пользуясь другими учебниками. Впрочем, для углубления и расширения знаний по физике ниже перечисляются учебники и учебные пособия, традиционно предлагаемые и используемые в технических вузах. Книга содержит основные положения теории, примеры и большое число задач с полными решениями.

Сказанное определило выбор несколько специфического метода составления данного методического пособия. Стесненные временными рамками (они диктуются учебными планами для бакалавров, в которых, как сказано выше, предполагается, что основное время при изучении определенной части физики выделяется для самостоятельной работы), авторы вынуждены были опускать второстепенный материал. Кроме того, мы стремились к тому, чтобы теоретический материал и относящиеся к нему задачи составляли единое целое. Мы осознаем, что не являемся пионерами такого метода изложения. Достаточно сослаться на известные учебники по физике [1, 2, 3]. Невозможно не согласиться с основной идеей, высказанной в них, а именно: «органически совместить в одном учебном пособии изложение принципов теории и практику решения задач. С этой целью... сначала излагается теория... а затем делается разбор задач...

Задачи тесно связаны с основным текстом, часто являясь его развитием и дополнением» [3]. Кроме того, они взаимосвязаны. Зачастую в последующих задачах используются методы и результаты решения предыдущих.

В связи с этим мы настоятельно рекомендуем учащимся ознакомиться с решениями всех задач. При подборе и систематизации задач авторы, не претендуя на оригинальность, следовали именно этим критериям и пользовались уже существующими сборниками задач и руководствами для их решения [5–7], но при этом задачи не являются простыми копиями задач из этих руководств.

Часть задач сопровождается объяснительным текстом. Если внимательно проверить все выкладки и вдуматься в доказательства, то это может существенно помочь при рассмотрении аналогичной задачи.

Везде, где это было возможно, и в теории, и при решении задач, мы старались ограничиться математическим аппаратом элементарной алгебры, геометрии и тригонометрии. Вместе с тем, во многих случаях мы не пренебрегали возможностью использовать основные формулы векторной алгебры и векторного анализа, дифференциального и интегрального исчисления. Поэтому мы посчитали необходимым напомнить студентам основные положения и формулы соответствующих разделов математики, без чего вообще не представляется возможным углубленное изучение физики.

Мы полагаем, что после такого усвоения теоретического материала и проработки решений задач студент будет способен самостоятельно решать задачи.

Изложение ведется в Международной системе единиц измерения (СИ) физических величин.

Чтобы облегчить работу студентам, значения всех необходимых материальных констант приводятся непосредственно в условиях задач.

В списке литературы на с. 548 авторы позволили себе сослаться на свои книги [9–11], так как они написаны с тех же методических позиций, что и настоящее учебное пособие.

При написании данного пособия использовалась следующая литература (представленный список носит справочный характер, всюду в книге мы ссылаемся не на него, а на библиографический раздел на с. 548).


Об авторах
top
photoКабисов Казбек Сардионович
Кандидат физико-математических наук. Область научных интересов: теория и механика твердого тела. Работал в Молдове, Алжире, на Мадагаскаре. Им написан и издан ряд учебников по физике, как в России, так и за рубежом. Автор около 100 научных работ.
photoКопылов Сергей Васильевич
Кандидат технических наук. Область научных интересов: теоретическая физика, механика радиационно-модифицированных материалов. Автор более 100 научных статей, патентов и учебно-педагогических работ.
photoНикулин Алексей Валентинович
Выпускник Московского государственного открытого университета. Область научных интересов: математическая физика, математическое моделирование. Имеет опыт преподавания физики в системе высшего образования. Работает в области информационных технологий.