«Похождения бравого солдатаШвейка» Глава 1 Измерения физических величин Предметом естествознания в широком смысле является познание окружающего нас мира. <...> Мы можем лишь констатировать факты: а) если к телу приложена сила, то его движение будет подчиняться уравнению второго закона Ньютона; б) два заряда создают вокруг себя электрическое поле, которое описывается уравнениями Максвелла. <...> Так, среднее расстояние от Земли до Солнца равно 146,6 млн км, но с тем же успехом можно утверждать, что оно равно восьми с хвостиком световым минутам. • имеет достаточно общий характер (т. е. не создана для объяснения всего лишь одного или нескольких фактов); 10 наименования Syst` семь единиц: Глава 1 Измерения физических величин В Международной системе единиц (СИ — начальные буквы французского eme International) в качестве основных выбраны следующие • единица длины — м (метр) [L] • единица времени — с (секунда) [T] • единица массы — кг (килограмм) [M] • единица электрического тока — А (ампер) [I] • единица температуры — К (кельвин) [К] • единица силы света — кд (кандела) [J] • единица количества вещества — моль (моль) [ν] В квадратных скобках указано общепринятое обозначение для размерностей: длину можно измерять в метрах, ярдах, мартышках или попугаях, но обозначение L (от англ. length) всегда подскажет нам, что мы имеем дело с длиной. <...> Цезиевый стандарт 12 Глава 1 Измерения физических величин дения, — это время существования видимой части Вселенной. <...> Написав некое соотношение, мы всегда можем проверить его правильность анализом размерности. <...> Попробуем перехитрить уравнения, включив в анализ размерности и плотность среды, и ее вязкость: Fr = (C/2) vpSqρrηs. <...> Данный пример демонстрирует, как обращаться с безразмерными комбинациями, если таковые возникают при анализе размерности. <...> Векторное произведение двух векторов — смена порядка сомножителей меняет знак векторного произведения: c ′ = − c векторов: d2 = a2 − 2 Приведем пример использования <...>
Основы_физики._В_3_т._Т._1.pdf
УЧЕБНИК ДЛЯ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ
Н. П. Калашников, М. А. Смондырев
ОСНОВЫ
ФИЗИКИ
Том 1
2-Е ИЗДАНИЕ, ЭЛЕКТРОННОЕ
Москва
Лаборатория знаний
2021
Стр.2
ББКУДК 53(075.8)
22.3я73
К17
С е р и я о с н о в а н а в 2009 г.
Калашников Н. П.
К17 Основы физики : в 3 т. Т. 1 / Н. П. Калашников, М. А. Смондырев.
— 2-е изд., электрон. —М. : Лаборатория знаний, 2021. —
545 с. —(Учебник для высшей школы). — Систем. требования:
Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. —Текст :
электронный.
ISBN 978-5-00101-073-9 (Т. 1)
ISBN 978-5-00101-072-2
Учебник соответствует программе дисциплины «Физика» для естественнонаучных
и технических университетов. Два его тома входят
в состав учебного комплекта, включающего также учебное пособие
«Основы физики. Упражнения и задачи» тех же авторов.
Во многих отношениях данный учебник не имеет аналогов. Ряд
оригинальных методических приемов и способов изложения материала,
включение новых, зачастую неожиданных тем и ярких примеров,
отсутствующих в традиционных курсах физики, позволяют учащимся
приобрести навыки уверенного самостоятельного мышления, глубже
понять физические основы самых различных природных явлений,
делать практические, качественные оценки, оперируя размерностями
и порядками величин.
Для студентов естественнонаучных и инженерно-технических специальностей.
ББКУДК
53(075.8)
22.3я73
Деривативное издание на основе печатного аналога: Основы
физики : в 3 т. Т. 1 / Н. П. Калашников, М. А. Смондырев.—М. : Лаборатория
знаний, 2017. — 542 с. : ил. —(Учебник для высшей школы). —
ISBN 978-5-00101-004-3 (Т. 1); ISBN 978-5-00101-003-6.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений,
установленных техническими средствами защиты авторских прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков
или выплаты компенсации
ISBN 978-5-00101-073-9 (Т. 1)
ISBN 978-5-00101-072-2
© Лаборатория знаний, 2017
Стр.3
Оглавление
От издательства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Часть I Физические основы механики
Глава 1 Измерения физических величин
1.1 О разнице вопросов «как?» и «почему?» . . . . . . . . . . . . .
1.2 Единицы измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5
7
7
9
1.3 Анализ размерностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Система отсчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.5 Алгебра векторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Глава 2 Кинематика материальной точки
23
2.1 Абстракция в механике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 Перемещение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3 Скорость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4 Вычисление пройденного пути и перемещения . . . . . . . . . . 28
2.5 Ускорение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.6 Ускорение при криволинейном движении . . . . . . . . . . . . . 31
2.7 Движение тела, брошенного под углом к горизонту . . . . . . . 34
2.8 Вращение абсолютно твердого тела . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Угловая скорость, угловое ускорение . . . . . . . . . . . . . . . 41
Связь угловых и линейных скоростей и ускорений . . . . . . . 43
Связь между векторами v и ω . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Глава 3 Динамика материальной точки
47
3.1 Принцип инерции Галилея и первый закон Ньютона . . . . . . 47
3.2 Второй и третий законы Ньютона . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3 Механические силы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Сила тяжести и вес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Сила упругости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Сила трения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Сила сопротивления среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Стр.536
536
Оглавление
3.4 Движение тела, брошенного под углом к горизонту в среде
с сопротивлением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.5 Закон сохранения импульса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.6 Центр масс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.7 Инерциальные системы отсчета и принцип относительности
Галилея . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.8 Уравнение Мещерского . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Глава 4 Работа и энергия
75
4.1 Работа силы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2 Кинетическая энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.3 Мощность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.4 Потенциальная энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Векторный анализ: скалярное поле . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Потенциальное поле сил . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Консервативные силы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Постоянное однородное поле сил тяжести . . . . . . . . . . . . . 88
Поле центральных сил . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.5 Закон сохранения энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.6 Условия равновесия механической системы . . . . . . . . . . . . 93
4.7 Примеры применения законов сохранения . . . . . . . . . . . . 95
Абсолютно неупругое столкновение двух шаров . . . . . . . . . 96
Абсолютно упругое столкновение двух шаров . . . . . . . . . . 97
Абсолютно упругое отражение шара от движущейся стенки . . 98
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Глава 5 Динамика твердого тела
103
5.1 Закон сохранения момента импульса . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2 Динамика вращения вокруг неподвижной оси . . . . . . . . . . 106
Уравнение движения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Момент инерции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Теорема Штейнера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.3 Работа внешних сил при вращении твердого тела . . . . . . . . 114
5.4 Плоское движение твердого тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.5 О принципе работы колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Передвижение груза с помощью катка . . . . . . . . . . . . . . 122
Качественное рассмотрение работы колеса . . . . . . . . . . . . 124
Количественная теория колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.6 Гироскопы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Факты о гироскопах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Элементарная теория гироскопа . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Гироскопический эффект и гироскопические силы . . . . . . . 131
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Стр.537
Оглавление
537
Глава 6 Закон всемирного тяготения
137
6.1 Законы Кеплера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
6.2 Гравитационные силы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.3 Характерные астрономические масштабы . . . . . . . . . . . . . 139
6.4 Принцип эквивалентности масс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.5 Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия . . . 143
6.6 Космические скорости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
«Темные звезды» Джона Мичелла . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
6.7 Гравитационный маневр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Глава 7 Неинерциальные системы отсчета
151
7.1 Силы инерции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.2 Силы инерции при ускоренном поступательном движении системы
отсчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
7.3 Центробежная сила инерции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.4 Сила Кориолиса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Глава 8 Элементы механики жидкостей и газов
159
8.1 Закон Паскаля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.2 Закон Архимеда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
8.3 Уравнение непрерывности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
8.4 Уравнение Бернулли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
8.5 Движение тел в среде с сопротивлением . . . . . . . . . . . . . 170
Уравнения движения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Число Рейнольдса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Коэффициент сопротивления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Глава 9 Элементы специальной теории относительности
177
9.1 Анализ преобразований Галилея . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
9.2 Опыт Майкельсона—Морли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
9.3 Преобразования Лоренца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
9.4 Постулаты Эйнштейна. Некоторые эффекты специальной теории
относительности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Инвариантность интервала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Замедление времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Сокращение длины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Одновременность и последовательность событий . . . . . . . . 186
9.5 Пространство-время Минковского . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
9.6 Сложение скоростей по Лоренцу . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
9.7 Опыт Физо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
9.8 Явление аберрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
9.9 Форма объектов, движущихся с релятивистскими скоростями . 197
9.10 Релятивистское выражение для импульса . . . . . . . . . . . . . 199
Стр.538
538
Оглавление
9.11 Релятивистское выражение для кинетической энергии . . . . . 202
9.12 Полная энергия тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
9.13 Частицы с нулевой массой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
9.14 Релятивистская формула Циолковского . . . . . . . . . . . . . . 206
9.15 Ускорители на встречных пучках . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Часть II Основы термодинамики и статистической физики 213
Глава 10 Идеальный газ
215
10.1 Состояние системы и эмпирическая температура . . . . . . . . 215
Общие положения молекулярно-кинетической теории . . . . . . 215
Состояние системы и нулевое начало термодинамики . . . . . . 216
Температура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
10.2 Уравнение Клапейрона—Менделеева . . . . . . . . . . . . . . . . 220
10.3 Кинетическая теория идеальных газов . . . . . . . . . . . . . . 224
10.4 Закон равнораспределения энергии . . . . . . . . . . . . . . . . 227
10.5 Смеси газов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
Глава 11 Энергия и работа в термодинамике
233
11.1 Первое начало термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
11.2 Работа идеального газа в различных процессах . . . . . . . . . 235
11.3 Теплоемкость системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
11.4 Адиабатный процесс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
11.5 Уравнение Ван-дер-Ваальса для реальных газов . . . . . . . . . 243
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Глава 12 Второе начало термодинамики и энтропия
255
12.1 Циклы и КПД тепловых машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
12.2 Цикл Карно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
12.3 Двигатель внутреннего сгорания . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
12.4 Внутреннеобратимая тепловая машина . . . . . . . . . . . . . . 263
12.5 Второе начало термодинамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
12.6 Абсолютная термодинамическая температура . . . . . . . . . . 268
12.7 Энтропия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Изменение энтропии в процессах с идеальным газом . . . . . . 271
Энтропия и цикл Карно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Возрастание энтропии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
12.8 Статистический смысл энтропии . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
Вывод формулы Больцмана Планком . . . . . . . . . . . . . . . 281
12.9 Термодинамические потенциалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Энтальпия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
Свободная энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
Свободная энергия Гиббса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Эффект Джоуля—Томсона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
Стр.539
Оглавление
539
Уравнение Клапейрона—Клаузиуса . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
Глава 13 Распределение молекул по скоростям и координатам 291
13.1 О закономерностях в мире хаоса . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Функция распределения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Элементы теории вероятностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Распределение Пуассона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
13.2 Распределение молекул по скоростям . . . . . . . . . . . . . . . 300
Функция распределения молекул по скоростям . . . . . . . . . 301
Распределение Максвелла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
13.3 Характерные скорости молекул . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
Наиболее вероятная скорость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
Распределение молекул по величинам безразмерной скорости . 306
Средняя арифметическая скорость . . . . . . . . . . . . . . . . 307
Среднеквадратичная скорость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
Эксперимент по проверке распределения Максвелла . . . . . . 309
13.4 Распределение молекул по координатам . . . . . . . . . . . . . . 310
Барометрическая формула . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Политропная модель атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
Распределение Больцмана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
13.5 Распределение Максвелла—Больцмана . . . . . . . . . . . . . . 316
Распределение по энергиям для многоатомных молекул . . . . 316
Скорость химических реакций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
13.6 Адиабатный процесс в молекулярно-кинетической теории . . . 318
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
Глава 14 Явления переноса
321
14.1 Столкновения молекул . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
Свидание в лесу, ежик в тумане и атомная бомба . . . . . . . . 326
14.2 Законы процессов переноса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
14.3 Кинетическая теория переноса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
Диффузия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
Теплопроводность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
Вязкость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
14.4 Броуновское движение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
Задача о блуждающем матросе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
Броуновское движение и диффузия . . . . . . . . . . . . . . . . 340
Численные оценки для броуновского движения . . . . . . . . . 343
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
Часть III Основы классической теории электромагнетизма 345
Глава 15 Электрическое поле в вакууме
347
15.1 Электрические свойства тел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
15.2 Закон Кулона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
Стр.540
540
Оглавление
15.3 Электрическое поле. Напряженность . . . . . . . . . . . . . . . 351
15.4 Принцип суперпозиции полей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
15.5 Силовые линии электрического поля . . . . . . . . . . . . . . . 354
15.6 Заряд в электрическом поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
15.7 Поток вектора напряженности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
15.8 Теорема Остроградского—Гаусса . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
15.9 Плотность заряда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
15.10 Применение теоремы Остроградского—Гаусса . . . . . . . . . . 360
Поле равномерно заряженной сферы . . . . . . . . . . . . . . . 360
Поле бесконечно длинного заряженного цилиндра . . . . . . . . 361
Поле бесконечной заряженной плоскости . . . . . . . . . . . . . 362
Поле плоского конденсатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
15.11 Работа сил поля при перемещении заряда . . . . . . . . . . . . 363
15.12 Потенциал электростатического поля . . . . . . . . . . . . . . . 364
15.13 Связь потенциала с напряженностью поля . . . . . . . . . . . . 366
15.14 Примеры расчета потенциала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
Потенциал равномерно заряженной сферы . . . . . . . . . . . . 367
Потенциал длинного заряженного цилиндра . . . . . . . . . . . 368
Потенциалы заряженной плоскости и плоского конденсатора . 368
Потенциал поля заряженного диска . . . . . . . . . . . . . . . . 369
Поле и потенциал шара, равномерно заряженного по объему . 370
15.15 Закон Кулона и размерность пространства . . . . . . . . . . . . 372
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
Глава 16 Проводники в электрическом поле
375
16.1 Свободные заряды в проводниках . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
16.2 Электрическое поле заряженного проводника . . . . . . . . . . 376
16.3 Проводники во внешнем электрическом поле . . . . . . . . . . . 379
16.4 Емкость уединенной проводящей сферы . . . . . . . . . . . . . 382
16.5 Конденсаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
16.6 Соединения конденсаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
16.7 Энергия системы зарядов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
16.8 Энергия заряженного проводника . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
16.9 Энергия заряженного конденсатора . . . . . . . . . . . . . . . . 392
16.10 Энергия электрического поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
Глава 17 Электрическое поле в диэлектриках
397
17.1 Диэлектрическая проницаемость . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
17.2 Электрический диполь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
17.3 Поляризация диэлектриков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
Электронная поляризация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
Ориентационная (дипольная) поляризация . . . . . . . . . . . . 405
Поляризация жидких диэлектриков . . . . . . . . . . . . . . . . 408
17.4 Вектор электрического смещения . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
17.5 Электростатика однородных изотропных диэлектриков . . . . 412
Стр.541
Оглавление
541
17.6 Условия на границе раздела двух диэлектриков . . . . . . . . . 415
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
Глава 18 Постоянный электрический ток
419
18.1 Сила тока и плотность тока в проводнике . . . . . . . . . . . . 419
18.2 Закон сохранения заряда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
18.3 Сторонние силы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
18.4 Электродвижущая сила . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
18.5 Закон Ома для однородного участка цепи . . . . . . . . . . . . 424
18.6 Последовательное и параллельное соединение проводников . . 427
18.7 Закон Ома для замкнутой цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
18.8 Зарядка и разрядка конденсатора . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
18.9 Правила Кирхгофа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
18.10 Закон Джоуля—Ленца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
18.11 Классическая теория металлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
Закон Ома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
Закон Джоуля—Ленца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
Закон Видемана—Франца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
Глава 19 Частицы в магнитном поле
441
19.1 Магнитная индукция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
19.2 Сила Лоренца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
19.3 Движение заряда в однородном магнитном поле . . . . . . . . . 445
19.4 Некоторые применения магнитного поля . . . . . . . . . . . . . 447
Циклотрон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
Определение заряда и массы электрона . . . . . . . . . . . . . . 449
Масс-спектрометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
19.5 Эффект Холла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
19.6 Закон Ампера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
19.7 Контур с током в магнитном поле . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
Глава 20 Магнитное поле в вакууме
459
20.1 Магнитное поле движущегося заряда . . . . . . . . . . . . . . . 459
20.2 Закон Био—Савара—Лапласа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
20.3 Магнитное поле прямолинейного проводника с током . . . . . . 461
20.4 Магнитное поле на оси кругового тока . . . . . . . . . . . . . . 463
20.5 Магнитное поле соленоида . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
20.6 Взаимодействие двух проводников с током . . . . . . . . . . . . 467
20.7 Поток вектора магнитной индукции . . . . . . . . . . . . . . . . 469
20.8 Вихревой характер магнитного поля. Закон полного тока . . . 470
20.9 Преобразования Лоренца для электромагнитного поля . . . . . 472
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
Стр.542
542
Оглавление
Глава 21 Магнитное поле в веществе
477
21.1 Магнетики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
21.2 Вектор намагничивания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
21.3 Напряженность магнитного поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
21.4 Циркуляция вектора напряженности магнитного поля в веществе
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
21.5 Неоднородные магнетики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
21.6 Происхождение молекулярных токов . . . . . . . . . . . . . . . 483
21.7 Диамагнетики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
21.8 Парамагнетики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
21.9 Ферромагнетизм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
Модель Вейсса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
Обменная энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
Домены и гистерезис . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
Глава 22 Электромагнитная индукция
503
22.1 Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле 503
22.2 Электродвижущая сила индукции . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
Закон Фарадея . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
Потокосцепление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510
Заряд, протекающий в контуре при изменении магнитного потока
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
Правило Ленца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
22.3 Явление самоиндукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
Индуктивность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
Индуктивность соленоида . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
Токи замыкания и размыкания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
22.4 Энергия магнитного поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
22.5 Электромагнитная пушка — рельсотрон . . . . . . . . . . . . . 519
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
Глава 23 Уравнения Максвелла
525
23.1 Вихревое электрическое поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525
23.2 Ток смещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
23.3 Векторные поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
23.4 Уравнения Максвелла в дифференциальной форме . . . . . . . 532
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
Стр.543