О курсе:

Что такое физика и зачем она нужна? Некоторые люди никогда не задаются таким вопросом. Некоторые считают, что физика нужна исключительно для создания приятных «штучек», например холодильников или мобильных телефонов. И они в чем-то правы, ведь сказал же Оскар Уайльд, что «Комфорт – это единственное, что может нам дать цивилизация». Для нас физика – это умение видеть и понимать окружающий мир, возможность творить то, о чем раньше даже и мечтать было сложно. Мы считаем, что для дальнейшего прогресса человечества необходимы ученые-физики, инженеры-физики и просто образованные люди. Мы готовы делиться нашими знаниями.
Предлагаемый курс «Электричество и магнетизм. Часть 1» посвящен рассмотрению ключевых понятий электростатики и магнитостатики. Он включает в себя обсуждение уравнений Максвелла, записанных в статическом случае как внутри вещества, так и вне его, энергетических подходов для вычисления сил, действующих на объекты, находящиеся электростатическом или магнитном поле, а также рассмотрение свойств для постоянных токов.

Учебный план курса:

Неделя 1. Электрический заряд. Закон Кулона. Системы единиц измерения Электростатическое поле. Напряженность электрического поля. Поле точечного заряда. Кулоновское поле. Принцип суперпозиции электрических полей. Определение напряженности поля в точке наблюдения, находящейся на некотором расстоянии от диполя. Дипольный момент. Сила действующая на диполь во внешнем электростатическом поле. Закон сохранения заряда.
Неделя 2. Поток вектора. Теорема Гаусса. Примеры применения. Консервативность электростатического поля. Теорема о циркуляции. Потенциал. Нахождение потенциала диполя в произвольной точке. Потенциал шара, внесенного в электростатическое поле. Потенциал заряженного шара.
Неделя 3. Основы векторного анализа. Локальная связь между потенциалом и напряженностью поля. Градиент. Дифференциальная (локальная) форма теоремы Гаусса. Дивергенция. Теорема циркуляции в дифференциальной форме. Ротор. Формула Остроградского-Гаусса. Уравнение Пуассона. Уравнение Лапласа. Основная задача электростатики. Нахождение распределения потенциала по заданным граничным условиям. Теорема единственности. Метод электрических изображений.
Неделя 4. Электрическое поле в веществе. Проводники в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Свободные и связанные заряды. Теорема Гаусса при наличии диэлектриков. Вектор электрической индукции. Поляризуемость и диэлектрическая проницаемость. Граничные условия на поверхности проводника и границе двух диэлектриков.
Неделя 5. Экзаменационная работа
Неделя 6. Электрическая ёмкость. Конденсаторы. Энергия электрического поля и её локализация в пространстве. Объёмная плотность энергии. Взаимная энергия зарядов. Энергия диполя в электрическом поле. Энергетический метод вычисления сил в электрическом поле.
Неделя 7. Постоянный ток. Сила и плотность тока. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. Электродвижущая сила. Правила Кирхгофа. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля–Ленца. Объёмные токи.
Неделя 8. Магнитное поле постоянных токов в вакууме. Вектор магнитной индукции. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Сила Ампера. Закон Био–Савара. Магнитное поле равномерно движущегося точечного заряда. Рамка с током в магнитном поле. Магнитный момент тока. Теорема о циркуляции для магнитного поля в вакууме и её применение к расчету магнитных полей. Дифференциальная форма теоремы о циркуляции.
Неделя 9. Магнитное поле в веществе. Магнитная индукция и напряжённость поля. Вектор намагниченности. Токи проводимости и молекулярные токи. Теорема о циркуляции для магнитного поля в веществе. Граничные условия на границе двух магнетиков. Применение теоремы о циркуляции для расчёта магнитных полей.
Неделя 10. Финальная экзаменационная работа
Рекомендуемая подготовка
Слушателям курса необходимо владеть:
знаниями по физике в объеме школьной программы,
основами дифференциального и интегрального исчисления,
основами векторного исчисления.
Рекомендованная литература
Основная литература
Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 3. – М.: Наука, 1996.
Кингсеп А.С., Локшин Г.Р., Ольхов О.А. Курс общей физики. Т. 1.– М.: Физматлит, 2001.
Кириченко Н.А. Электричество и магнетизм. М.: МФТИ, 2011.
Дополнительная литература
Фейнман Р.П. Фейнмановские лекции по физике. Выпуски 5, 6, 7. – М.: Мир, 1977.
Парселл Э. Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1983.
Горелик Г.С. Колебания и волны. – М.: Физматлит, 2006.
Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1997.
Тамм И.Е. Основы теории электричества. – М.: Физматлит, 2003.
Формат курса
Курс рассчитан на 10 недель, из которых 8 учебных и 2 экзаменационных. Учебные недели включают лекции, физические демонстрации и семинары с разбором задач.
Основные формулы и тезисы лекций представлены в виде кратких конспектов. Каждая учебная неделя содержит тест и 4 задачи для самостоятельного решения.
Экзаменационные недели включают тест и 5 задач.
В конце курса у слушателя есть возможность решить дополнительную контрольную работу из трёх задач повышенной сложности с ограничением по времени.