ПРОГРАМА КУРСУ “ЕЛЕКТРИКА І МАГНЕТИЗМ”
ЗМ-1
ЕЛЕКТРОСТАТИКА. Закон Кулона. Принцип суперпозиції полів. Вектор напруженості електростатичного поля. Теорема Остроградського-Гаусса та її застосування для знаходження напруженості поля. Диференціальна форма запису теореми Остроградського-Гаусса. Потенційний характер електростатичного поля. Скалярний потенціал, різниця потенціалів. Зв’язок між напруженістю електростатичного поля та потенціалом. Диференціальне формулювання потенціальності електростатичного поля. Рівняння Лапласа і Пуассона. Провідники в електростатичному полі. Знаходження розподілу потенціалу методами електричних зображень та застосування функцій комплексної змінної. Електроємність. Конденсатори. Енергія електричного поля, її локалізація в просторі та зв’язок з пондеромоторними силами. Теорема Ірншоу. Електричний диполь. Поле диполя. Енергія диполя в електростатичному полі. Сили, що діють на диполь. Взаємна енергія диполя.
ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОМУ ПОЛІ. Молекулярна картина поляризації діелектриків. Вектор поляризації. Поверхневі і об’ємні поляризаційні заряди, їх зв’язок із вектором поляризації. Електричне поле в діелектриках. Вектор електричного зміщення. Тензор діелектричної сприйнятливості. Діелектрична стала. Диференціальне формулювання теореми Остроградського-Гаусса для поля в діелектриках. Граничні умови для векторів напруженості електричного поля та вектора зміщення. Енергія електричного поля в діелектриках. Сили, що діють на діелектрик в електричному полі. Електронна, орієнтаційна та іонна поляризація газоподібних, рідких та твердих діелектриків. Поле Лоренца. Формула Клаузіуса-Мосотті. Сегнетоелектрики. Точка Кюрі. Сегнетоелектричні домени. П’єзоелектричний ефект. Піроелектрики.
ЗМ-2
ПОСТІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ. Сила та густина струму. Електричне поле в умовах протікання струму. Рівняння неперервності та умови стаціонарності струму. Диференціальне формулювання закону Ома та Джоуля-Ленца. Сторонні е.р.с. Правила Кірхгофа. Хімічні джерела струму.
МАГНІТНЕ ПОЛЕ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ. Релятивістська інваріантність електричного заряду. Електричне поле зарядів, що рухаються. Взаємодія зарядів, що рухаються. Релятивістська природа магнітної взаємодії. Сила Лоренца. Ефект Холла. Закон Ампера для магнітної взаємодії струмів. Закон Біо-Савара-Лапласа. Вектор магнітної індукції. Вектор напруженості магнітного поля. Соленоїдальність магнітних полів. Теорема про циркуляцію вектора магнітної індукції по замкненому контуру та її використання для знаходження магнітних полів. Диференціальне формулювання цієї теореми. Рамка зі струмом у магнітному полі. Магнітний момент. Сили, що діють на рамку, її потенціальна енергія. Досліди Роуланда та Ейхенвальда.
МАГНІТНЕ ПОЛЕ В МАГНЕТИКАХ. Молекулярні струми. Магнітна сприйнятливість та проникливість. Умови на межі двох магнетиків. Вплив форми та розміру тіла на його магнітні властивості. Поле розмагнічування. Природа діамагнетизму. Гіромагнітне відношення. Теорема Лармора. Класична та квантова теорія парамагнетизмі. Феромагнетизм. Магнітний гістерезис. Температурна залежність намагнічуваності феромагнетиків. Точка Кюрі. Закон Кюрі-Вейса. Молекулярне поле Вейса. Магнітні домени. Квантові уявлення про природу феромагнетизму. Феро-, фері- та антиферомагнетики.
ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. Інтегральне і диференціальне формулювання закону електромагнітної індукції Фарадея. Вихрове електричне поле. Явище самоіндукції та взаємоіндукції. Коефіцієнти самоіндукції, взаємоіндукції та їх розрахунок. Магнітна енергія струму. Густина магнітної енергії та її зв’язок із силами, що діють у магнітному полі. Взаємна індукція струмів. Скін-ефект.
РІВНЯННЯ МАКСВЕЛЛА. Струм зміщення. Система рівнянь Максвелла та їх фізичний зміст. Відносний характер електричних і магнітних полів. Досліди Рентгена, Троутона та Нобля. Інваріантність рівнянь Максвелла відносно перетворень Лоренца. Електромагнітне поле як об’єктивна реальність, яка не зводиться до механічних явищ.
КПМ-1
ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ. Електромагнітні хвилі як наслідок рівнянь Максвелла. Швидкість поширення електромагнітних хвиль. Плоскі електромагнітні хвилі. Зв’язок між напруженістю електричної і магнітної компоненти поля в електромагнітній хвилі. Вектор Умова-Пойтінга. Теорема Пойтінга. Стоячі електромагнітні хвилі. Імпульс електромагнітних хвиль. Тиск електромагнітних хвиль. Співвідношення між енергією і масою. Електромагнітна маса. Випромінювання лінійного осцилятора. Діаграма напрямленості. Залежність випромінюваної потужності від частоти. Опір випромінювання.
ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ ТВЕРДИХ ТІЛ. Природа носіїв заряду в металах. Класична електронна теорія металів Друде-Лоренца; пояснення закону Ома, Джоуля-Ленца та Відемана-Франца. Труднощі цієї теорії. Теорія Зоммерфельда. Квантова статистика Фермі-Дірака. Енергія Фермі. Елементи зонної теорії твердих тіл. Енергетичні зони металів, напівпровідників та ізоляторів. Напівпровідники з власною та домішковою провідністю. Положення рівня Фермі. Залежність електропровідності від температури. Електричні явища на контактах. Контактна різниця потенціалів. Контакт між металом і напівпровідником, перехід. Випрямляюча дія контакту. Терморушійна сила, ефекти Пельт’є та Томсона.
ОСНОВИ ЕМІСІЙНОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ ТА ФІЗИКИ ГАЗОВОГО РОЗРЯДУ. Термоелектронна, автоелектронна та фотоелектронна емісії. Рух заряджених частинок у вакуумі за наявності об’ємного заряду. Закон “трьох других”. Іонізація молекул газу при зіткненні з електронами. Переріз іонізації, потенціал іонізації. Несамостійний газовий розряд. Газове підсилення. Умова виникнення самостійного газового розряду. Плазма газового розряду. Вольт-амперна характеристика газового розряду. Основні типи самостійного газового розряду.