Электрический заряд (11). Элементарный электрический заряд (12). Опыт Милликена (13). Структура протона и нейтрона (13). Сохранение заряда (16). Электризация тел (16). Фундаментальные взаимодействия в природе (18). Стандартная модель (19).

ЛЕКЦИЯ 2 ................................................... 20

Закон Кулона (20). Принцип суперпозиции (21). Электроскоп (25). Электромагнитное поле (25). Напряженность электрического поля (26). Поле системы зарядов (26). Теорема Гаусса–Остроградского (29). Экспериментальные основания закона Кулона (34). Дифференциальная форма теоремы Гаусса (35). Электрическое поле Земли (35). Электростатический фильтр (36). Атомный силовой микроскоп (37).

ЛЕКЦИЯ 3 ................................................... 40

Электрическое напряжение (40). Разность потенциалов (40). Потенциал (42). Локальная связь между напряженностью поля и потенциалом (45). Уравнение Пуассона (45). Однородное поле внутри заряженного шара (47). Электрометр (48). Электростатический генератор Вимшурста (электрофорная машина) (50). Генератор Ван-де-Граафа (52).

Статическое электричество (54). Энергия системы зарядов (55).

РАЗДЕЛ 2. МЕТАЛЛЫ И ДИЭЛЕКТРИКИ

В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

ЛЕКЦИЯ 4 ................................................... 57

Поле в веществе (57). Электростатическая индукция в металлах (57).

Практическое применение электростатической индукции (63). Дипольный момент проводящего шара во внешнем поле (64). Время установления электростатического равновесия (65). Диэлектрик в электростатическом поле (66). Вектор поляризации (67). Диэлектрическая проницаемость (67). Вектор поляризации и связанные заряды (68). Однородно поляризованный шар (69). Фактор формы (69). Вектор индукции (70).

ЛЕКЦИЯ 5 ................................................... 72

Граничные условия для векторов E и D (72). Преломление линий напряженности и индукции (73). Поле в однородном диэлектрике (75). Силы, действующие на диполь (76). Энергия диполя во внешнем поле (79). Энергия поля (79). Поверхностные силы (81). Общая задача электростатики (84). Метод зеркальных отображений (86).

ЛЕКЦИЯ 6 ................................................... 89

Электронная теория поляризации диэлектриков (89). Неполярные диэлектрики (89). Полярные диэлектрики (91). Кристаллы (94). Пироэлектрики (95). Сегнетоэлектрики (96). Пьезоэлектрический эффект (101). Электреты (104).

ЛЕКЦИЯ 7 ................................................... 106

Электрострикция (106). Электрический пробой диэлектриков (106).

Конденсатор (108). Лейденская банка (111). Классификация и параметры конденсаторов (113). Соединение конденсаторов в батареи (116). Потенциальные и емкостные коэффициенты (118). Ионистор (119). Литий-ионные конденсаторы (121).

РАЗДЕЛ 3. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

ЛЕКЦИЯ 8 ................................................... 122

Плотность и сила тока (122). Источники тока (123). Химические источники тока (123). Гальванический элемент Даниэля (124). Электродвижущая сила (ЭДС) (126). Электрический ток в металлических проводниках (128). Закон Ома (128). Закон Ома в дифференциальной форме (131). Сторонние силы (132). Закон Джоуля–Ленца (133). Резисторы (134). RC-цепи (138).

ЛЕКЦИЯ 9 ................................................... 141

Баланс энергии в электрической цепи (141). Разветвленные цепи (142).

Первый закон Кирхгофа (143). Второй закон Кирхгофа (143). Метод контурных токов (144). Электрический ток в сплошной среде. Уравнение непрерывности (145). Преломление линий тока (146). Электрический ток в жидкостях (149). Электролиз (150). Первый закон Фарадея (150). Второй закон Фарадея (151). Применение электролиза (151). Электрический ток в газах (152). Газовый разряд (153). Плазма (158). Плазмотрон (159).

РАЗДЕЛ 4. МАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТОКОВ И ЗАРЯДОВ

ЛЕКЦИЯ 10 .................................................. 160

Основные этапы развития учения о магнетизме (160). Законы Ампера

и Био–Савара–Лапласа (163). Магнитное напряжение (168). Теорема

о циркуляции (169). Магнитное поле объемных токов (171). Вектор-потенциал магнитного поля (172). Опыты Роуланда, Рентгена и Эйхенвальда (174).

ЛЕКЦИЯ 11 .................................................. 176

Магнитное поле Земли (геомагнитное поле) (176). Природа геомагнитного поля (177). Сила Ампера (180). Магнитный диполь в магнитном поле (181). Гальванометр (182). Потенциальная функция тока во внешнем магнитном поле (185). Коэффициент взаимной индукции (186).

Диполь-дипольное взаимодействие (187). Взаимодействие контуров и третий закон Ньютона (189). Рельсотрон (190).

ЛЕКЦИЯ 12 .................................................. 192

Сила Лоренца (192). Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) (193). Циклотрон (194). Масс-спектрометр (195). Магнитные ловушки (196). Радиационные пояса Земли (197). Токамак (197). Пинч-эффект (199). Магнитогидродинамический (МГД) генератор (200). Пламзменный двигатель (202). Большой адронный коллайдер (БАК) (204).

РАЗДЕЛ 5. МАГНЕТИКИ (НАМАГНИЧИВАЮЩИЕСЯ СРЕДЫ)

ЛЕКЦИЯ 13 .................................................. 206

Магнитное поле в веществе (206). Вектор намагниченности (207). Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость (208). Граничные условия для векторов B и H (209). Преломление линий индукции магнитного поля (210). Влияние формы магнетика на его намагничивание (210).

Силы, действующие на магнетик в магнитном поле (213). Силы на границе раздела магнетиков (216). Магнитный потенциал (217). Физический смысл индукции и напряженности магнитного поля (219). Формализм магнитных зарядов (220).

ЛЕКЦИЯ 14 .................................................. 222

Прецессия Лармора (222). Диамагнетизм (223). Парамагнетизм (224).

Механомагнитный эффект (225). Магнитомеханический эффект (226).

Опыт Штерна и Герлаха (227). Квантовомеханическое описание движения электрона в атоме (228). Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) (229). Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) (231). Магниторезонансная томография (МРТ) (231).

ЛЕКЦИЯ 15 .................................................. 234

Ферромагнетизм (234). Размагничивание тел (237). Поле постоянного магнита (238). Магнитная цепь (240). Магнитная левитация (241). Поезд на магнитной подушке (241). Магнитные носители информации (243). Антиферромагнетики, ферримагнетики, ферриты (244).

РАЗДЕЛ 6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ. УРАВНЕНИЯ

МАКСВЕЛЛА

ЛЕКЦИЯ 16 .................................................. 246

Электромагнитная индукция (247). Скалярный и векторный потенциалы

электромагнитного поля (252). Измерение магнитного напряжения и индукции (253). Самоиндукция (254). Собственная потенциальная функция тока (256). Релятивистское преобразование сил (259). Преобразование полей (261).

ЛЕКЦИЯ 17 .................................................. 264

Энергия тока (264). Энергия магнитного поля (264). Взаимная индукция (265). Закон сохранения энергии для электрических цепей с магнитной связью (266). Вихревые токи (268). Металлодетекторы и металлоискатели (270). Токи смещения (271). Уравнения Максвелла (272).

Материальные уравнения среды (273). Закон сохранения энергии электромагнитного поля (274). Скин-эффект (275).

РАЗДЕЛ 7. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

ЛЕКЦИЯ 18 .................................................. 279

Свободные колебания в электрическом колебательном контуре (279).

Вынужденные колебания в контуре. Резонанс напряжений (281). Переменный ток. Закон Ома (283). Метод векторных диаграмм (284). Метод комплексных амплитуд (285). Резонанс токов (286). Работа и мощность переменного тока (287). Связанные колебательные контуры (289). Цепочка связанных контуров (290). Четырехполюсники (291).

ЛЕКЦИЯ 19 .................................................. 293

Частотные фильтры (293). Трансформатор (295). Виды трансформаторов (298). Генераторы электрического тока (301). Синхронный генератор переменного тока (303). Трехфазный ток (304). Электродвигатели (306). Асинхронный двигатель (306). Генерация электроэнергии (308).

ЛЕКЦИЯ 20 .................................................. 310

Колебания тока в двухпроводной линии (310). Телеграфные уравнения (310). Электромагнитная волна (313). Резонансы Шумана (313).

Распространение возбуждений между нейронами (314). Условие квазистационарности (315). Излучение электромагнитных волн (316). Волновое уравнение (318). Принципы организации сотовой связи (322). Система глобального позиционирования (324).

РАЗДЕЛ 8. ЗОННАЯ ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

ЛЕКЦИЯ 21 .................................................. 327

Классическая теория электропроводности (327). Закон Видемана–Франца (328). Волновые свойства частиц (329). Уравнение Шредингера (330). Электронный газ в металле. Энергия Ферми (331). Распределение Ферми–Дирака. Химический потенциал (334). Опыт Толмена и Стюарта (338).

ЛЕКЦИЯ 22 .................................................. 339

Взаимодействие электронов с решеткой (339). Зоны Бриллюэна (340).

Энергия электрона в кристалле (342). Движение электрона под действием

внешнего электрического поля (344). Квазиклассическое описание электропроводности металлов (346). Взаимодействие электронов с тепловыми фононами. Температура Дебая (348). Сверхпроводимость (352). Эффект Мейснера и Оксенфельда (352). Природа сверхпроводимости (354).

РАЗДЕЛ 9. ПОЛУПРОВОДНИКИ. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

ЛЕКЦИЯ 23 .................................................. 356

Электропроводность полупроводников (356). Эффективная масса электрона и дырки (357). Концентрация электронов и дырок (358). Полупроводники с примесями (360). Донорные примеси (361). Акцепторные примеси (363). Основные выводы (365). Подвижность собственных носителей заряда (366).

ЛЕКЦИЯ 24 .................................................. 367

Эффект Холла (367). Свойства p–n-перехода (369). Полупроводниковый диод (371). Транзистор (373). Полевой транзистор (375). Контактная разность потенциалов (377). Термоэлектричество (379). Эффект Пельтье (381). Термоэлектрический модуль (382).

РАЗДЕЛ 10. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УСТРОЙСТВА. НИЗКОРАЗМЕРНЫЕ СТРУКТУРЫ

ЛЕКЦИЯ 25 .................................................. 384

Флэш-память (384). Фотопроводимость (386). Фотоэдс (387). Фотоэлементы (388). Экситон (390). Светодиод (391). Низкоразмерные структуры (393). Гетероструктуры (393). Молекулярно-лучевая эпитаксия (395).

Заключение................................................... 397

Предметный указатель .......................................... 401

Алешкевич В.А.

(Алешкевич В.А. “Электромагнетизм” 2014)