БУДК 621.38.01
БК 32.85
М32
М32 Масамори Эндо
М Занимательная физика. Электромагнетизм / Масамори Эндо (автор),
ари Маниси (худож.); пер. с яп. Кэн Исидзима, М. Яковлева. — М.:
ДМК Пресс, 2017. — 256 с.: ил. — (Серия «Образовательная манга»).
— Доп. тит. л. яп.
ISBN 978-5-97060-192-1
Из вПервокурсник Андо Рэн рискует завалить экзамены и остаться на второй год.
сех наук особенно тяжело ему дается элекромагнетизм. По счастливой случайкности
Андо знакомится с очаровательной сотрудницей лаборатории Курю Шиэру,
воторая как раз проводит опыты в этой области. Курю берется помочь незадачлиды.
От смагнетизма, а также сумеете объяснить с их помощью некоторые явления приролассификация
веществ по магнитным свойствам и др.
нимЧтение книги обогатит ваши представления о мире физики и подведет к поуспехам
электромагнетизма.
Б УДК 621.38.01БК 32.85
Manga de Wakaru Denjikigaku (Manga Guide: Electromagnetics) By Masamori Endo (Author),
Mari Manishi (Illustrator) and Trend-Pro (Producer)
Published by Ohmsha, Ltd.
Original Japanese edition
Russian language edition copyright © 2017 by DMK Press
Translation rights arranged with Ohmsha, Ltd.
3-1 Kanda Nishikicho, Chiyodaku, Tokyo, Japan
Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой
к форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирование,
о разрешения издательства.
ому студенту.
Вместе с героями этой манги вы изучите основные понятия и законы электроамых
азов (электрическое поле, силовые линии, закон Кулона...) вы перейкдете
к более сложным темам, среди которых уравнение Максвелла, теорема Гаусса,
анию того, что современная цивилизация во многом существует благодаря
гсерокопирование или иные средства копирования или сохранения информации, без письменноISBN
978-4-274-06849-2 (яп.) Copyright © 2011 by Masamori Endo and Trend-Pro Co., Ltd.
ISBN 978-5-97060-192-1 (рус.) © Перевод, оформление, издание, ДМК Пресс, 2017
Стр.5
содержание
Глава 1
ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ ................................................. 1
1.1. Что такое электромагнетизм? ........................................................................ 6
1.2. Формулы, обозначающие законы электромагнетизма .......................... 9
Голубизна неба и краснота заката ..............................................................13
Модель атома Резерфорда ............................................................................16
Об учении электромагнетизма и других академических
дисциплинах.....................................................................................................18
Глава 2
ЗАКОН КУЛОНА, ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
И ПОТЕНЦИАЛ ................................................................................................19
2.1. Закон Кулона .....................................................................................................23
2.2. Векторное поле и скалярное поле ............................................................26
2.3. Электрическое поле.......................................................................................28
2.4. Потенциал ........................................................................................................33
2.5. Электрические силовые линии .................................................................35
Система единиц электромагнетизма и величина одного кулона...39
Как узнать напряжённость электрического поля, исходя
из распределения зарядов ...........................................................................40
Почему электрические силовые линии и напряжённость
электрического поля совпадают? ............................................................44
В электростатическом поле всегда есть потенциал ...........................45
Глава 3
ТЕОРЕМА ГАУССА, ПРОВОДНИК, ДИЭЛЕКТРИК ............49
3.1. Электрическая индукция ...............................................................................52
3.2. Плоскость, окружающая точечный заряд, и проникающий
сквозь неё электрический поток ........................................................................55
3.3. Теорема Гаусса ................................................................................................57
3.4. Вектор электрической индукции и дифференциальная форма
теоремы Гаусса ........................................................................................................59
3.5. Проводник .........................................................................................................65
3.6. Диэлектрик .......................................................................................................72
Попробуем применить теорему Гаусса ..................................................78
VI
Содержание
Стр.7
Скалярное произведение векторов потока напряжённости
электрического поля ......................................................................................81
Диэлектрики и конденсаторы ....................................................................83
Алгебраическое выражение дивергенции векторного поля ............87
Силовые линии и линии электрической индукции ...........................89
О «физических величинах», «единицах измерения»
и «размерностях» ............................................................................................91
Периодическая система химических элементов, проводники
и изоляторы .....................................................................................................94
Глава 4
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ....................97
4.1. Определение электрического тока ..........................................................101
4.2. Закон Ома ........................................................................................................ 104
4.3. Определение «магнитного поля» ........................................................... 105
4.4. Электрический ток и магнитное поле ................................................... 109
Дрейф электронов и электрический ток ...............................................112
Сопротивление резистора и закон Ома ..................................................114
Джоулево тепло .............................................................................................116
Сущность магнитного поля ........................................................................118
Глава 5
ТЕОРЕМА АМПЕРА, МАГНЕТИКИ ................................................121
5.1. Закон Био–Савара ........................................................................................... 123
5.2. Теорема Ампера ............................................................................................ 126
5.3. Вращение векторного поля и дифференциальная форма
теоремы Ампера.................................................................................................... 129
5.4. Магнитный момент и «намагниченность» веществ ........................... 136
5.5. Ферромагнетик и постоянный магнит .................................................... 145
5.6. Принцип рельсотрона ................................................................................. 148
Единицы измерения электрического тока (элементарный
участок тока) и закон Био–Савара ............................................................ 156
Силы взаимодействия между линейными токами ............................ 160
В и Н и магнитная проницаемость вещества ....................................... 163
Магнитное поле внутри соленоида и индуктивность ....................... 164
Эквивалентность закона Био–Савара и закона Ампера ..................... 167
Алгебраическое выражение вращения векторного поля ................. 169
Магнитные силовые линии и линии магнитной индукции ............171
Электромагнетизм отношения Е-Н ......................................................... 176
Диамагнетики и магнитная левитация.................................................. 177
Содержание
VII
Стр.8
Глава 6
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ В ДВИЖЕНИИ И УРАВНЕНИЯ
МАКСВЕЛЛА ..................................................................................................... 179
6.1. Электромагнитная индукция ...................................................................... 182
6.2. Закон электромагнитной индукции Фарадея ....................................... 187
6.3. Дифференциальная форма закона электромагнитной
индукции Фарадея ................................................................................................. 189
6.4. Ток смещения и расширение теоремы Ампера .................................. 192
6.5. Уравнения Максвелла .................................................................................. 196
6.6. Электромагнитное изучение ..................................................................... 199
Доказательство закона электромагнитной индукции .......................205
Доказательство закона Ампера–Максвелла .........................................207
Принцип появления электромагнитных волн ....................................208
Скорость электромагнитных волн и определение метра ............... 214
Принципы работы генератора и электродвигателя ......................... 216
Индукционная плита и электромагнетизм ........................................... 218
Уравнения Максвелла и метаматериалы ..............................................222
В недалеком будущем ..........................................................................................227
Приложение
ВЕКТОРЫ И СКАЛЯРЫ ..........................................................................229
Что такое векторы? ...............................................................................................230
Понятие «поля» ....................................................................................................234
Абсолютное значение вектора и единичный вектор .................................236
Декартовы координаты и обозначение векторных компонент ..............238
Скалярное и векторное произведения ............................................................240
Векторное поле как градиент скалярного поля ..........................................246
Справочная литература...........................................................................248
Предметный указатель ...........................................................................250
VIII
Содержание
Стр.9