"Fisica generale. Elettromagnetismo" - corso 2800 rubli. da MSU, formazione 15 settimane. (4 mesi), Data: 5 dicembre 2023.
Miscellanea / / December 08, 2023
Lezione 1. Interazione elettromagnetica e sua collocazione tra le altre interazioni in natura. Sviluppo della fisica dell'elettricità nelle opere di M.V. Lomonosov. Carica elettrica. Portatori di carica microscopici. L'esperienza di Millikan. Legge di conservazione della carica elettrica. Elettrostatica. Legge di Coulomb e sua interpretazione del campo. Vettore dell'intensità del campo elettrico. Il principio di sovrapposizione dei campi elettrici.
Lezione 1. Flusso vettoriale dell'intensità del campo elettrico. Teorema elettrostatico di Ostrogradsky-Gauss, sua rappresentazione in forma differenziale. Potenziale del campo elettrostatico. Potenziale. Normalizzazione del potenziale. Relazione tra il vettore dell'intensità e del potenziale del campo elettrostatico. Lavoro delle forze del campo elettrostatico. Potenziale del sistema di carica.
Lezione 3. Circolazione del vettore intensità del campo elettrico. Il teorema della circolazione, sua rappresentazione in forma differenziale. Equazioni di Poisson e Laplace. Dipolo elettrico. Potenziale e intensità di campo di un dipolo.
Lezione 4. Conduttori in un campo elettrostatico. Induzione elettrostatica. Intensità di campo sulla superficie e all'interno del conduttore. Distribuzione della carica sulla superficie di un conduttore. Protezione elettrostatica. Relazione tra carica e potenziale di un conduttore. Capacità elettrica. Condensatori. Capacità dei condensatori piatti, sferici e cilindrici. Una sfera conduttrice in un campo elettrostatico uniforme.
Lezione 5. Dielettrici. Spese libere e vincolate. Vettore di polarizzazione. Relazione tra vettore di polarizzazione e cariche legate. Vettore di induzione elettrica in un dielettrico. Suscettibilità dielettrica e costante dielettrica e sostanze. Equazione della materia per i vettori del campo elettrico. Teorema di Ostrogradsky-Gauss per i dielettrici. La sua forma differenziale. Condizioni al contorno per vettori tensione e induzione elettrica. Sfera dielettrica in un campo elettrico uniforme.
Lezione 6. Energia di un sistema di cariche elettriche. Energia di interazione ed energia del sé. Energia del campo elettrostatico e sua densità volumetrica. Energia di un dipolo elettrico in un campo esterno. Forze ponderomotrici in un campo elettrico e metodi per il loro calcolo. Relazione tra le forze ponderomotrici e l'energia del sistema di carica.
Lezione 7. Teoria elettronica della polarizzazione dei dielettrici. Campo locale. Dielettrici non polari. Formula di Clausius-Mossotti. Dielettrici polari. Funzione Langevin. Polarizzazione dei cristalli ionici. Proprietà elettriche dei cristalli. Piroelettrico. Piezoelettrici. Effetto piezoelettrico diretto ed inverso e loro applicazioni. Ferroelettrico. Struttura dei domini dei ferroelettrici. Isteresi. Punto di curie. Applicazione della ferroelettrica.
Lezione 8. Corrente elettrica costante. Intensità e densità attuali. Linee attuali. Campo elettrico in un conduttore percorso da corrente e sue sorgenti. Equazione di continuità. Condizione affinché la corrente sia stazionaria. Tensione elettrica. Legge di Ohm per una sezione di circuito. Resistenza elettrica. La legge di Ohm in forma differenziale. Conduttività elettrica specifica di una sostanza.
Lezione 9. Correnti nei mezzi continui. Messa a terra. Funzionamento e alimentazione DC. Legge di Joule-Lenz e sua forma differenziale. Forze esterne. Forza elettromotiva. La legge di Ohm per un circuito chiuso. Catene ramificate. Le regole di Kirchhoff. Esempi della loro applicazione.
Lezione 10. Magnetostatica. Interazione delle correnti. Elemento corrente. La legge di Biot-Savart-Laplace e la sua interpretazione sul campo. Vettore di induzione del campo magnetico. L'effetto di un campo magnetico su una corrente. Legge di Ampere. Teorema sulla circolazione del vettore induzione del campo magnetico. Forma differenziale del teorema della circolazione. Natura vorticosa del campo magnetico. L'equazione è div B = 0. Il concetto di potenziale vettoriale. Natura relativistica delle interazioni magnetiche.
Lezione 11. Corrente elementare e suo momento magnetico. Campo magnetico di una corrente elementare. Corrente elementare in un campo magnetico. Campo magnetico di una carica in movimento. Interazione di cariche in movimento. Forza di Lorentz. Effetto Hall.
Lezione 12. Flusso vettoriale di induzione magnetica (flusso magnetico). Coefficiente di autoinduttanza (induttanza). Il coefficiente di mutua induzione di due circuiti. Funzione corrente potenziale. Forze agenti su un circuito percorso da corrente. Interazione di due circuiti con la corrente.
Lezione 13. Induzione elettromagnetica. Legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica e sua forma differenziale. Regola di Lenz. Metodi di induzione per la misura dei campi magnetici. Toki Fuko. Il fenomeno dell'autoinduzione. Correnti extra di chiusura e interruzione. Energia magnetica della corrente. Energia magnetica di un sistema di circuiti elettrici. Energia del campo magnetico e sua densità volumetrica.
Lezione 14. Magnetici. Il concetto di correnti molecolari. Il vettore di magnetizzazione di una sostanza e la sua connessione con le correnti molecolari. Vettore di intensità del campo magnetico. Permeabilità magnetica e suscettibilità magnetica di una sostanza. Equazione della materia per i vettori del campo magnetico. Condizioni al contorno per i vettori dell'intensità del campo magnetico e dell'induzione. Protezione magnetica. L'influenza della forma di un magnete sulla sua magnetizzazione.
Lezione 15. Classificazione dei materiali magnetici. Diamagneti, paramagneti e ferromagneti. Descrizione classica del diamagnetismo. Precessione di Larmor. Paramagnetismo. La teoria di Langevin. Portatori microscopici di magnetismo. Esperimento magneto-meccanico di Einstein-de-Haas. Esperimento meccanomagnetico di Barnett. Rapporto giromagnetico.
Lezione 16. Ferromagneti. Magnetizzazione spontanea e temperatura di Curie. Struttura del dominio. Isteresi di magnetizzazione, curva di Stoletov. Induzione residua e forza coercitiva. Dipendenza della magnetizzazione dalla temperatura. Forze agenti sui magneti in un campo magnetico.
Lezione 17. Correnti quasi stazionarie. Condizioni di quasi-stazionarietà. Processi transitori nei circuiti RC e LC. Vibrazioni elettromagnetiche. Circuito oscillatorio. Vibrazioni naturali in un circuito. Equazione delle vibrazioni armoniche. Energia immagazzinata nel circuito. Oscillazioni smorzate. Indice di attenuazione. Momento di relax. Decremento logaritmico dello smorzamento. Fattore di qualità del contorno. Oscillazioni in circuiti accoppiati. Oscillazioni parziali e loro frequenze. Vibrazioni normali (modalità).
Lezione 18. Oscillazioni forzate nel circuito. Il processo di creazione di oscillazioni forzate. Corrente sinusoidale alternata. Resistenza attiva, capacitiva e induttiva. Impedenza. Legge di Ohm per i circuiti a corrente alternata. Metodo dei diagrammi vettoriali e metodo delle ampiezze complesse.
Lezione 19. Risonanza di tensione. Tensioni e correnti alla risonanza. Larghezza della curva di risonanza. Risonanza delle correnti. Regole di Kirchhoff per i circuiti in corrente alternata. Funzionamento e alimentazione CA. Valori effettivi di corrente e tensione.
Lezione 20. Applicazione tecnica delle correnti alternate. Generatori e motori elettrici. Corrente trifase. Ottenere e utilizzare un campo magnetico rotante. Collegamento stella e triangolo degli avvolgimenti. Tensioni di fase e di linea. Trasformatore. Principio di funzionamento, dispositivo, applicazione. Coefficiente di trasformazione. Il ruolo del nucleo.
Lezione 21. Correnti ad alta frequenza. Effetto pelle. Spessore dello strato cutaneo. Il sistema di equazioni di Maxwell come generalizzazione dei dati sperimentali. Corrente di conduzione e corrente di spostamento. Trasformazioni reciproche di campi elettrici e magnetici. Onde elettromagnetiche. Equazione delle onde. Vettore Umov-Poynting. La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche.
Lezione 22. Teoria classica della conduttività elettronica Drude – Lorentz. Esperienza di Tolman e Stewart. Leggi di Ohm, Joule-Lenz e Wiedemann-Franz. Limitazioni della teoria elettronica classica. Il concetto di teoria delle bande dei solidi. Livelli energetici e formazione di zone energetiche. Principio di Pauli. Statistiche di Fermi-Dirac. Caratteristiche della struttura a bande dei dielettrici, dei semiconduttori e dei metalli. Spiegazione della conducibilità dei solidi mediante la teoria delle bande.
Lezione 23. Semiconduttori. Conducibilità intrinseca e delle impurità dei semiconduttori. Semiconduttori di tipo P e n, giunzione pn. Applicazioni dei semiconduttori: diodi semiconduttori, transistor, fotodiodi, fotoresistori. Fenomeni di contatto. Differenza potenziale di contatto. Termoelettricità. Forza termomotrice. Termocoppie. Effetto Peltier. Fenomeno di Thomson. Superconduttività. Proprietà fondamentali dei superconduttori. Induzione magnetica all'interno di un superconduttore. Effetto Meissner. Campo critico. Superconduttività ad alta temperatura. Applicazione dei superconduttori.
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