Преподаватели курса

Семиколенов Андрей Владимирович

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат физико-математических наук, доцент

Тимченко Светлана Леонидовна

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат физико-математических наук, доцент

Чуев Анатолий Степанович

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат технических наук, доцент

Дементьева Ольга Юрьевна

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат физико-математических наук, доцент

Задорожный Николай Антонович

Доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана

кандидат технических наук, доцент

• Преподаватели
• О курсе
• Требования
• Программа курса
• Результаты обучения
• Направления подготовки/специальности
• Компетенции

О курсе

Пользователи курса «Электродинамика и оптика» смогут овладеть основными разделами курса «Электростатика. Магнитостатика. Электромагнитная индукция»: напряженность и потенциал электростатического поля, краевыми задачами электростатики и магнитостатики, законами постоянного тока, электромагнитной индукцией и ее практическим применением

Курс содержит следующие темы:

• Характеристики электростатического поля
• Закон сохранения электрического заряда. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Силовые линии. Принцип суперпозиции. Работа электростатического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряженности. Связь напряженности и потенциала. Уравнение Пуассона.
• Теорема Гаусса для электростатического поля
• Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме в дифференциальной и интегральной формах и ее применение для расчета электрических полей.
• Электрическое поле в диэлектрике
• Электрический диполь в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков. Электростатическое поле в диэлектрике. Поляризованность. Свободные и связанные заряды. Связь поляризованности с плотностью связанных зарядов. Вектор электрического смещения. Обобщение теоремы Гаусса для диэлектриков. Поле на границе раздела диэлектриков.
• Поле вблизи поверхности проводника. Электроемкость. Емкости плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов. Энергия системы неподвижных зарядов. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.
• Электрический ток
• Носители тока в средах. Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности. Электрическое поле в проводнике с током. Силовые линии электрического поля и линии тока. Сторонние силы. Законы Ома и Джоуля Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Правила Кирхгофа.
• Магнитное поле в вакууме.
• Вектор индукции магнитного поля. Закон Био Савара. Принцип суперпозиции магнитных полей. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах. Расчет магнитного поля соленоида и тороида.
• Проводники с током в магнитном поле
• Закон Ампера. Магнитный момент контура с током. Контур с током в магнитном поле. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах. Работа при перемещении проводника с током в магнитном поле.
• Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях
• Сила Лоренца. Дрейф заряженной частицы в скрещенных электрическом и магнитном полях. Ускорение заряженных частиц электромагнитными полями. Современные типы ускорителей частиц. Эффект Холла.
• Магнитное поле в веществе
• Намагниченность вещества. Вектор напряженности магнитного поля и его связь с векторами индукции и намагниченности. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Поле на границе раздела магнетиков. Диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.
• Электромагнитная индукция
• Закон Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция. Взаимная индукция. Вихревые токи. Плотность энергии магнитного поля. Энергия и силы в магнитном поле. Магнитное давление.

Курс нацелен на обучение всем базовым физическим понятиям, законам и закономерностям по разделу «Электростатика. Магнитостатика. Постоянный ток. Электромагнитная индукция», которые используются в инженерной практике, так и во многих инженерных курсах – теоретической механике, сопротивлении материалов, механике сплошных сред, информационных технологиях, и многих других. Наличие примеров расширяет кругозор студентов и позволяет понять, где используются физические законы в инженерной практике.

Курс также может быть использован для повышения физико-математической подготовки инженеров.

Требования

Курс опирается на объем ранее изученного только школьного материала

Программа курса

Курс состоит из 2 разделов:

Раздел 1. Электростатика. Магнитостатика. Электромагнитная индукция

Неделя 1. Характеристики электростатического поля

Закон сохранения электрического заряда. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Силовые линии. Принцип суперпозиции полей. Поток вектора напряженности электрического поля.

Неделя 2. Теорема Гаусса. Уравнение Пуассона. Энергия системы неподвижных зарядов

Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме в дифференциальной и интегральной формах и её применение для расчета электрических полей. Работа электростатического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряженности. Связь напряженности и потенциала. Энергия системы неподвижных зарядов. Поле вблизи поверхности проводника.

Неделя 3. Электростатическое поле в диэлектрике

Электрический диполь в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков. Электростатическое поле в диэлектрике. Поляризованность. Свободные и связанные заряды. Связь поляризованности с плотностью связанных зарядов. Вектор электрического смещения. Обобщение теоремы Гаусса. Поле на границе раздела диэлектриков

Неделя 4. Конденсаторы. Электроемкость. Энергия электростатического поля

Электроёмкость. Ёмкости плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.

Неделя 5. Электрический ток

Носители тока в средах. Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности. Электрическое поле в проводнике с током. Силовые линии электрического поля и линии тока. Сторонние силы. Законы Ома и Джоуля - Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Правила Кирхгофа.

Неделя 6. Магнитное поле в вакууме. Теорема Гаусса для магнитного поля.

Вектор индукции и напряжённости магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей. Поле прямого и кругового токов. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах. Расчёт магнитного поля тороида и соленоида.

Неделя 7. Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях

Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях. Ускорение заряженных частиц. Эффект Холла

Неделя 8. Проводники с током в магнитном поле

Закон Ампера. Магнитный момент контура с током. Контур с током в магнитном поле. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

Неделя 9. Магнитное поле в веществе

Намагниченность вещества. Вектор напряжённости магнитного поля и его связь с векторами индукции и намагниченности. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества. Теоремы о циркуляции векторов напряжённости и намагниченности в интегральной и дифференциальной формах. Диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Поле на границе раздела магнетиков.

Неделя 10. Закон электромагнитной индукции

Закон Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция. Взаимная индукция. Вихревые токи. Плотность энергии магнитного поля. Энергия и силы в магнитном поле. Магнитное давление.

Результаты обучения

В результате освоения курса «Электростатика. Магнитостатика. Электромагнитная индукция» студент будет способен:

• Использовать методы адекватного физического и математического моделирования, применять методы и принципы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем.

• Объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий; указать, какие законы описывают данное явление или эффект.

• Записывать уравнения для физических величин в системе СИ.

Компетенции

• Знать основные физические явления и основные законы физики, включая границы их применимости, применение в важнейших практических приложениях; основные физические величины и физические константы, их определение, смысл, способы и единицы их измерения; фундаментальные физические опыты и их роль в развитии (ОПК-3 ФГОС ВО 01.03.02)

• Уметь использовать методы адекватного физического и математического моделирования, также применять методы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем; объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий; указать, какие законы описывают данное явление или эффект; истолковывать смысл физических величин и понятий;

• записывать уравнения для физических величин в системе СИ; работать с приборами и оборудованием современной физической лаборатории; использовать различные методики физических измерений и обработки экспериментальных данных (ОПК-3 ФГОС ВО 01.03.02)

• способность анализировать социально-экономические задачи и процессы с применением методов системного анализа и математического моделирования (ОПК-2) (ФГОС ВО 09.03.03)-начальный уровень

• способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин и современные информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности (ОПК-3 ФГОС ВО 09.03.03)-начальный уровень

• владение широкой общей подготовкой (базовыми знаниями) для решения практических задач в области информационных систем и технологий (ОПК-1) (ФГОС ВО 09.03.02)-начальный уровень

• способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики (ОПК-1 ФГОС ВО 11.03.03, ФГОС ВО 11.03.04, ФГОС ВО 12.03.02, ФГОС ВО 12.03.05, ФГОС ВО 27.03.04, ОПК-2 ФГОС ВО 15.03.03) –начальный уровень

• способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ОПК-2 ФГОС ВО 11.03.03, ФГОС ВО 11.03.04, ФГОС ВО 27.03.04, ОПК 3 ФГОС ВО 12.03.02, ФГОС ВО 12.03.05, ФГОС ВО 15.03.03) –начальный уровень

• способность применять соответствующий физико-математический аппарата, методы анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования при решении профессиональных задач (ОПК-2 ФГОС ВО 13.03.03)-начальный уровень

• способность демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовность использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОПК -2 ФГОС ВО 14.03.01)-начальный уровень

• способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики (ОПК-1 ФГОС ВО 15.03.06) -начальный уровень

• способность использовать фундаментальные законы природы и основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности (ОПК-1 ФГОС ВО 16.03.01) -начальный уровень

• способность выявлять сущность научно-технических проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их анализа соответствующий физико-математический аппарат (ПК-1 ФГОС ВО 16.03.03 )-начальный уровень

• готовность применять физико-математический аппарат, теоретические, расчетные и экспериментальные методы исследований, методы математического и компьютерного моделирования в процессе профессиональной деятельности (ПК-2 ФГОС ВО 16.03.03 )-начальный уровень

• способность использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных наук и экономических наук при решении профессиональных задач (ПК-22 ФГОС ВО 20.03.01) -начальный уровень

• готовность применять фундаментальные математические, естественнонаучные и общеинженерные знания в профессиональной деятельности (ОПК-3 ФГОС ВО 22.03.01)-начальный уровень

• способность сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ОПК-4 ФГОС ВО 22.03.01) -начальный уровень

• способностью использовать законы и методы физики, математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач (ОПК-4 ФГОС ВО 23.03.02) -начальный уровень

• способность использовать в профессиональной деятельности знания и методы, полученные при изучении математических и естественнонаучных дисциплин (ОПК-2 ФГОС ВО 24.03.01) -начальный уровень

• готовность использовать фундаментальные научные знания в качестве основы инженерной деятельности (ОПК-1 ФГОС ВО 24.03.03) -начальный уровень