Электричество и магнетизм. Матвеев А.Н.
М.: Высш. школа, 1983.— 463с.
Изложение курса начинается с экспериментального обоснования теории электричества и магнетизма и базируется на релятивистских представлениях, известных студентам из предшествующих разделов курса общей физики Связь между электрическими и магнитными полями выявляется на самой ранней стадии изложения. Наряду с традиционными достаточно подробно изложены новые вопросы курса' флуктуации тока в Цепях, аномальный скин-эффект, волноводы и резонаторы и др.
Книга представляет собой третий том курса общей физики для университетов и вузов. Первый том «Механика и теория относительности» вышел в 1976 г., второй том «Молекулярная физика» — в 1981 г.
Для студентов физических факультетов вузов.
Формат: djvu / zip
Размер: 5,4 Мб
Скачать файл по ссылке Скачать файл
ОГЛАВЛЕНИЕПредисловие 11Введение 131. Заряды, поля, силы.
§ 1. Микроскопические носители электрических зарядов 16Классификация. Электрон. Протон. Нейтрон. Что означает непрерывное распределение электрического элементарного заряда? Спин и магнитный момент§ 2. Заряженные тела. Электризации 20Термоэлектронная работа выхода. Энергетический спектр электронов. Энергия Ферми. Контактная разность потенциалов. Электризация§ 3. Элементарный заряд и его инвариантность 28Опыты Милликена. Резонансный метод измерения заряда. Отсутствие дробного заряда. Равенство положительных и отрицательных элементарных зарядов. Инвариантность заряда§ 4. Электрический ток 32Движение зарядов. Непрерывное распределение зарядов. Объемная плотность зарядов. Концентрация зарядов. Поверхностная плотность зарядов. Плотность тока. Сила тока через поверхность§ 5. Закон сохранения заряда 37Два аспекта понятия сохранения заряда. Интегральная формулировка закона сохранения заряда. Дивергенция. Формула Гаусса — Остроградского. Дифференциальная формулировка закона сохранения заряда§ 6. Закон Кулона 44Экспериментальные проверки закона Кулона. Метод Кавендиша. Проверка закона для больших расстояний. Проверка закона для малых расстояний. Полевая трактовка закона Кулона. Электрическое поле. О границах применимости классической концепции поля§ 7. Принцип суперпозиции 52Принцип суперпозиции для взаимодействия точечных зарядов. Полевая формулировка принципа суперпозиции. Пробные заряды. Границы применимости принципа суперпозиции§ 8. Магнитное поле 55Необходимость возникновения магнитного поля при движении зарядов. Взаимодействие точечного заряда и бесконечной прямой заряженной нити. Релятивистская природа магнитного поля. Силы взаимодействия параллельных проводников с током. Единица силы тока. Магнитное поле§ 9. Сила Лоренца. Сила Ампера б]Преобразование сил. Сила Лоренца. Индукция магнитного поля. Сила Ампера. Переход от объемных токов к линейным. Магнитное поле прямолинейного тока§ 10. Закон Био-Савара ббВзаимодействие элементов тока Об экспериментальной проверке закона взаимодействия. Полевая трактовка взаимодействия. Закон Био —Савара. Сила взаимодействия прямолинейных токов§ 11. Преобразование полей 72Инвариантность выражения для силы в электромагнитном поле. Преобразование полей. Применения формул (11.15). Поле точечного заряда, движущегося равномерно и прямолинейноЗадачи 77
2. Постоянное электрическое поле.§ 12. Постоянное электрическое поле 80Неподвижный заряд. Существо модели. Границы применимости модели§ 13. Дифференциальная формулировка закона Кулона 81Теорема Гаусса. Измерение заряда. Физическая основа справедливости теоремы Гаусса. Дифференциальная формулировка закона Кулона. Уравнение Максвелла для div E. Силовые линии. Источники и стоки вектора Е. Инвариантность заряда§ 14. Потенциальность электростатического поля S6Работа в электрическом поле. Потенциальность кулоновского поля. Ротор вектора. Формула Стокса. Дифференциальная формулировка потенциальности поля. Градиент. Скалярный потенциал. Неоднозначность скалярного потенциала. Нормировка. Выражение работы через потенциал. Потенциал поля точечного заряда. Потенциал поля системы точечных зарядов. Потенциал поля непрерывного распределения зарядов. Потенциал поля поверхностных зарядов. Бесконечность потенциала поля точечного заряда Конечность потенциала при непрерывном распределении заряда с конечной плотностью. Непрерывность потенциала Теорема Ирншоу§ 15. Электростатическое поле в вакууме 98Постановка вопроса Прямое использование закона Кулона. Вычисление потенциала. Использование теоремы Гаусса. Уравнения Лапласа и Пуассона Бесконечный равномерно заряженный круглый цилиндр§ 16. Электростатическое поле при наличии проводников 104Дифференциальная форма закона Ома. Классификация материалов по проводимости. Отсутствие электрического поля внутри проводника. Отсутствие в проводнике объемных зарядов. Электрическая индукция. Поле вблизи поверхности проводника. Механизм образования поля вблизи поверхности проводника. Зависимость поверхностной плотности зарядов от кривизны поверхности. Стекание заряда с острия. Электроскопы и электрометры. Металлический экран. Потенциал проводника Емкость уединенного проводника Система проводников. Конденсаторы. Проводящий шар в однородном поле. Поле диполя. Метод изображений§ 17. Электростатическое поле при наличии диэлектриков 134Дипольный момент непрерывного распределения зарядов. Поляризация диэлектриков. Молекулярная картина поляризации. Зависимость поляризованности от напряженности электрического поля. Влияние поляризации на электрическое поле Объемная и поверхностная плотность связанных зарядов. Электрическое смещение. Электростатическая теорема Гаусса при наличии диэлектриков. Граничные условия. Граничные условия для нормальной составляющей вектора D. Граничные условия для тангенциальной составляющей вектора Е. Преломление силовых линий на границе раздела диэлектриков. Знаки связанных зарядов на границе раздела диэлектриков. Метод изображений. Диэлектрический шар в однородном поле§ 18. Энергия электростатического поля 152Энергия взаимодействия дискретных зарядов. Энергия взаимодействия при непрерывном распределении зарядов. Собственная энергия. Плотность энергии поля. Энергия поля поверхностных зарядов. Энергия заряженных проводников. Энергия диполя во внешнем поле. Энергия диэлектрического тела во внешнем поле§ 19. Силы в электрическом поле 161Природа сил. Сила, действующая на точечный заряд. Сила, действующая на непрерывно распределенный заряд. Сила, действующая на диполь. Момент сил, действующих на диполь. Объемные силы, действующие на диэлектрик. Силы, действующие на проводник. Поверхностные силы, действующие на диэлектрик. Объемные силы, действующие на сжимаемый диэлектрик. Вычисление сил из выражения для энергииЗадачи 174
3. Диэлектрики.§ 20. Локальное поле 178Отличие локального поля от внешнего. Вычисление напряженности локального поля§ 21. Неполярные диэлектрики 180Молекулярная диэлектрическая восприимчивость. Разреженные газы. Плотные газы§ 22. Полярные диэлектрики 183Зависимость поляризованности от температуры. Поле насыщения. Разреженные газы Квантовая интерпретация поляризованности полярных газообразных диэлектриков. Плотные газы. Полярные жидкости. Ионные кристаллы§ 23. Сегнето электрики 189Определение. Петля гистерезиса. Точка Кюрн. Молекулярный механизм спонтанной поляризованности. Диэлектрические домены. Антисегнетоэлектрики§ 24. Пьезоэлектрики 193Свойства пьезоэлектриков. Продольный и поперечный пьезоэффекты. Механизм пьезоэффекта. Обратный пьезоэффект. Отлнчие обратного пьезоэффекта от элек1 рестрикции. ПироэлектрикиЗадачи 196
4. Постоянный электрический ток.§ 25. Электрическое пою при наличии постоянных токов 198По ie внутри проводника. Вопрос об источниках поля. Поле вне проводника. Поверхностные заряды. Объемные заряды. Механизм осуществления постоянною тока. Изменение потенциала вдоль проводника с током§ 26. Сторонние э. д. с. 202Сущность сторонних э. д с. Механическая сторонняя э. д. с. Гальванические элементы. Элемент Вольта. Область действия сторонних э. д. с. Закон сохранения энергии. Поляризация элемента. Способы деполяризации. Аккумуляторы§ 27. Дифференциальная форма закона Джоули-Ленца. Работа, совершаемая при прохождении тока, и развиваемая мощность 209Работа, совершаемая при прохождении тока. Мощность. Дифференциальная форма закона Джоуля — Ленца. Источник энергии для работы электрического тока Вывод закона Ома исходя из электронной картины электропроводности. Вывод закона Джоуля - Ленца исходя из электронной теории электропроводности. Недостатки классической теории электропроводности. Основные черты квантовой трактовки электропроводности§ 28. Линейные цепи. Правила Кярхгофа 213Изолированная замкнутая цепь. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа§ 29. Токи в сплошной среде 217Постановка задачи Вывод формулы. Условия применимости (29.6). Коаксиальные электроды. Неоднородная среда§ 30. Заземление линий передач 220Постановка задачи. Расчет сопротивления. Экспериментальная проверка. Напряжение шагаЗадачи 223
5. Электропроводность.§ 31. Электропроводность металлов 226Доказательство отсутствия переноса вещества электрическим током в металлах. Опыты Толмена и Стюарта. О зонной теории. Зависимость сопротивления от температуры. Эффект Холла. Магнето-сопротивление. Подвижность электронов. Сверхпроводимость. Критическая температура. Критическое поле. Эффект Мейсснера. Поверхностный ток. Сверхпроводники первого и второго рода. Объяснение сверхпроводимости§ 32. Электропроводность жидкостей 234Диссоциация. Расчет электропроводимости. Зависимость электропроводимости от концентрации. Зависимость электропроводимости от температуры. Электролиты§ 33. Электропроводность газов 237Самостоятельный и несамостоятельный ток. Несамостоятельный ток. Плотность тока насыщения. Характеристика тока. Самостоятельный ток. Действие пространственного заряда. Подвижность за¬рядов. Сравнение выводов из (33.18) с экспериментом§ 34. Электрический ток в вакууме 241Термоэлектронная эмиссия. Характеристики электронного облака. Плотность тока насыщения. Закон трех вторыхЗадачи 248
6. Стационарное магнитное поле.§ 35. Закон полного тока 250Постановка задачи. Интегральная формулировка закона полного тока. Дифференциальная форма закона полного тока. Экспериментальная проверка закона полного тока. Вывод дифференциальной формулировки непосредственным дифференцированием формулы Био — Савара§ 36. Уравнения Максвелла для стационарного магнитного ноля 255Уравнение для div В. Уравнения Максвелла. Тип решаемых задач§ 37. Векторный потенциал 257Возможность введения векторного потенциала.- Неоднозначность векторного потенциала. Калибровка потенциала. Уравнение для векторного потенциала. Закон Био-Савара. Поле элементарного тока§ 38. Магнитное иоле при наличии магнетиков 264Определение. Механизмы намагничивания. Намагниченность. Векторный потенциал прн наличии магнетиков. Объемная плотность молекулярных токов. Поверхностные молекулярные токи. Однородно намагниченный цилиндр. Напряженность магнитного поля. Уравнение для напряженности. Зависимость намагниченности от напряженности. Поле в магнетике. Постоянные магниты. Граничные условия для векторов поля. Граничное условие для нормальной составляющей вектора В. Граничное условие для тангенциальной составляющей вектора Н. Преломление магнитных силовых линий. Измерение индукции магнитного поля. Поля бесконечного соленоида и однородно намагниченного бесконечно длинного цилиндра. Измерение магнитной проницаемости, индукции и напряженности поля внутри магнетика. Шар из магнетика в однородном поле. Магнитная экранировка§ 39. Силы в магнитном поле 280Силы, действующие на ток. Сила Лоренца. Силы и момент сил, действующие на магнитный момент. Объемные силы, действующие на несжимаемые магнетикиЗадачи 284
7. Магнетики.§ 40. Диамагнетики 288Ларморова прецессия. Диамагнетизм. Диамагнитная восприимчивость. Независимость диамагнитной восприимчивости от температуры§ 41. Парамагнетики 292Механизм намагничивания. Зависимость парамагнитной восприимчивости от температуры. Магнитные моменты свободных атомов. Магнитные моменты молекул. Магнетизм, обусловленный свободными электронами. Парамагнитный резонанс§ 42. Ферромагнетики 298Определение. Кривая намагничивания и петля гистерезиса. Кривая магнитной проницаемости. Классификация ферромагнитных материалов. Взаимодействие электронов. Элементарная теория ферромагнетизма. Закон Кюри—Вейсса. Анизотропия намагничивания. Домены. Границы. Перемагничивание. Антиферромагнетизм. Ферримагнетизм. Ферромагнитный резонанс§ 43. Гиромагнитные эффекты 306Соотношение между механическими и магнитными моментами. Опыт Эйнштейна — де Гааз. Эффект БарнеттаЗадачи 310
8. Электромагнитная индукция и квазистационарные переменные токи.§ 44. Индукция токов в движущихся проводниках 312Возникновение э. д. с. в движущемся проводнике. Обобщение на произвольный случай Генераторы переменного тока Закон сохранения энергии§ 45. Закон электромагнитной индукции Фарадея 316Определение. Физическая сущность явления. Движущийся проводник в переменном магнитном поле. Применение электромагнитной индукции к генераторам переменного тока§ 46. Дифференциальная формулировка закона электромагнитной индукции 318Формулировка. Непотенцнальность индукционного электрического поля. Векторный и скалярный потенциалы в переменном электромагнитном поле. Неоднозначность потенциалов, калибровочное преобразование§ 47. Энергия магнитного поля 321Энергия магнитного поля изолированного контура с током. Энергия магнитного поля нескольких контуров с током. Энергия магнитного поля прн наличии магнетиков Плотность энергии магнитного поля. Индуктивность. Поле соленоида. Энергия магнетика во внешнем магнитном поле. Вычисление снл из выражения для энергии. Объемные силы, действующие на сжимаемые магнетики. Энергия магнитного момента во внешнем поле§ 48. Цепи квазистациоиариого переменного тока 335Определение. Самоиндукция. Включение и выключение постоянной э. д. с. в цепи с сопротивлением и индуктивностью. Получение прямоугольных импульсов тока. Емкость в цепи. Включение и выключение постоянной э. д. с. в цепи с емкостью н сопротивлением. Цепь с емкостью, индуктивностью, сопротивлением и источником сторонних э. д. с. Переменный ток. Векторные диаграммы. Правила Кирхгофа. Последовательное и параллельное соединения нмпедансов. Метод контурных токов§ 49. Работа и мощность переменного тока 346Мгновенная мощность Средняя мощность. Эффективные значения силы тока и напряжения. Коэффициент мощности. Электродвигатели. Синхронные двигатели. Асинхронные двигатели. Создание вращающегося магнитного поля. Согласование нагрузки с генератором. Токи Фуко§ 50. Резонансы в цепи переменного тока 356Резонанс напряжений. Резонанс токов. Колебательный контур§ 51. Цепи с учетом взаимной индукции 359Роль взаимной индукции. Уравнения для системы проводников с учетом самоиндукции и взаимоиндукции Случай двух контуров. Трансформатор. Векторная диаграмма холостого хода трансформатора Векторная диаграмма нагруженного трансформатора. Автотрансформатор. Трансформатор как элемент цепи. Реальный трансформатор§ 52. Трехфазный ток 366Определение. Получение трехфазного тока. Соединение обмоток генератора звездой. Соединение обмоток генератора треугольником. Соединение нагрузок. Получение вращающегося магнитного поля§ 53. Скии-эффект 369Сущность явления. Физическая картина возникновения. Элементарная теория. Толщина скин-слоя. Зависимость омического сопротивления проводника от частоты. Зависимость индуктивности проводника от частоты. Закалка металлов токами высокой частоты Аномальный скин-эффект§ 54. Четырехполюсники 373Определение. Уравнения. Теорема взаимности. Сопротивление четырехполюсника. Простейшие четырехполюсники. Входное и выходное сопротивления. Коэффициент передачи§ 55. Фильтры 377Определение. Фильтр низких частот. Фильтр вы¬оких частот. Цепочка из фильтров. Полосовой фильтр§ 56. Бетатрон 380Назначение Принцип действия. Бетатронное условие. Радиальная устойчивость. Вертикальная устойчивость. Бетатронные колебания. Предел энергий, достижимых в бетатронеЗадачи 383
9. Электромагнитные волны.§ 57. Ток смещения 388Сущность процесса. Почему скорость изменения вектора смещения называется плотностью тока? Уравнение Максвелла с током смещения. Релятивистская природа тока смещения§ 58. Система уравнений Максвелла 393Система уравнений Максвелла. Физический смысл уравнений Условия применимости уравнений. Полнота и совместность системы уравнений§ 59. Закон сохранения энергии электромагнитного поля. Поток энергии 396Формулировка. Поток энергии§ 60. Движение электромагнитной энергии вдоль линий передач 398Механизм компенсации потерь энергии на джоулеву теплоту Движение энергии вдоль кабеля. Линия передачи для переменного тока. Уравнения для силы тока и напряжения. Характеристический импеданс и постоянная распространения. Характеристическое сопротивление Скорость распространения. Отражение§ 61. Излучение электромагнитных воли 405Уравнение для векторного потенциала. Выбор калибровочной функции Уравнение для векторного потенциала Решение волнового уравнения. Запаздывающие и опережающие потенциалы Вибратор Герца. Скалярный потенциал диполя, изменяющегося со временем Векторный потенциал Электрическое и магнитное поля Поле вибратора в волновой зоне. Мощность, излучаемая вибратором Излучение рамки с током. Излучение ускоренно движущегося электрона Сила торможения излучением§ 62. Распространение электромагнитных волн в диэлектриках 418Плоские волны. Уравнения для векторов поля волны. Векторы волны. Фазовая скорость Длина волны. Свойства волн. Плотность потока энергии§ 63. Распространение электромагнитных воли в проводящих средах 422Комплексная диэлектрическая проницаемость Глубина проникновения. Физическая причина поглощения. Интерпретация скнн-эффекта. Фазовая скорость и длина волны в проводящей среде Соотношение между фазами колебаний векторов поля. Соотношение между амплитудами векторов поля§ 64. Инвариантность плоской волны 426Преобразование полей и варианты преобразований электромагнитного поля. Анализ инвариантов поля§ 65. Давление электромагнитных волн. Импульс фотона 428Механизм возникновения давления. Давление. Импульс цуга электромагнитных волн Объемная плотность импульса электромагнитных волн. Импульс фотона§ 66. Волноводы и резонаторы 431Участок цепи. Участок проводника. Катушка индуктивности. Конденсатор. Излучение. Волноводы. Прямоугольный волновод Граничная частота. Фазовая скорость. Длина волны в волноводе. Применение метода изображений к анализу волноводов. Дискретность направлений распространения плоских волн от системы излучателей. Граничная длина волны. Длина волны и фазовая скорость в волноводе. Групповая скорость. Соотношение между групповой и фазовой скоростями. Магнитное поле Классификация волн в волноводах. РезонаторыЗадачи 441
10. Флуктуации и шумы.§ 67. Флуктуации в контуре с током. Шум сопротивления 444Теорема о равнораспределении энергии по степеням свободы. Применение теоремы о равнораспределении энергии к свободному гальванометру. Флуктуации в колебательном контуре. Распределение флуктуации по частотам. Шум сопротивления. Эквивалентный генератор шума. Мощность шума генератора. Максимальная чувствительность. Эквивалентная шумовая температура приемника. Коэффициент шума приемника. Отношение сигнал — шум§ 68. Дробовой шум и шум тока 451Источник дробового шума. Распределение шума по частотам. Шум тока. Методы уменьшения шумовых помехЗадачи 455Приложение 455Предметный указатель 460
Как скачивать и открывать электронные книги в различных форматах pdf, djvu - смотрите здесь Компьютерные программы для учебы, архиваторы, электронные читалки.