Файл: И. В. СавельевКурс общей физики, том ii. Электричество.pdf

И.В.Савельев
Курс общей физики, том II. Электричество
Главная цель книги — познакомить студентов прежде всего с основными идеями и методами физики. Особое внимание обращено на разъяснение смысла физических законов и на сознательное применение их. Несмотря на сравнительно небольшой объем, книга содержит изложение всех вопросов учения об электричестве, знание которых необходимо для изучения теоретической физики и других физических дисциплин. Изложение ведется в Международной системе единиц (СИ), однако, так как до последнего времени в теоретической физике применяется гауссова система единиц, читатель знакомится и с этой системой.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к четвертому изданию
7
Из предисловия к первому изданию
8
Глава I. Электрическое поле в
вакууме
11
§ 1. Введение
11
§ 2. Взаимодействие зарядов.
Закон Кулона
13
§ 3. Системы единиц
14
§ 4. Рационализованная запись формул
16
§ 5. Электрическое поле.
Напряженность поля
17
§ 6. Суперпозиция полей. Поле диполя
20
§ 7, Линии напряженности.
Поток вектора напряженности
23
§ 8. Теорема Гаусса 26
§ 9. Работа сил электростатического поля
36
§ 10. Потенциал 38
§ 11. Связь между, напряженностью электрического поля и потенциалом
42
§ 12. Эквипотенциальные поверхности
46
Глава II. Электрическое поле в
диэлектриках
48
§ 13. Полярные и неполярные молекулы
43
§ 14. Диполь в однородном и неоднородном электрических полях
50
§ 15. Поляризация диэлектриков 52
§ 16. Описание поля в диэлектриках
60
§ 17. Преломление линий электрического смещения
69
§ 18. Силы, действующие на заряд в диэлектрике
72
§ 19. Сегнетоэлектрики 77
§ 20. Прямой и обратный пьезоэлектрический эффект
78
Глава III. Проводники в
электрическом поле
81
§ 21. Равновесие зарядов на проводнике
81
§ 22. Проводник во внешнем электрическом поле
84
§ 23. Генератор Ван-де-Граафа 86
§ 24. Электроемкость 87
§ 25. Конденсаторы 89
§ 26. Соединение конденсаторов 93
Глава IV. Энергия
электрического поля
96
§ 27. Энергия системы зарядов 96
§ 28. Энергия заряженного проводника
98
§ 29. Энергия заряженного конденсатора
99
§ 30. Энергия электрического
101

поля
Глава V. Постоянный
электрический ток
106
§ 31. Электрический ток
106
§ 32. Электродвижущая сила
108
§ 33. Закон Ома. Сопротивление проводников
111
§ 34. Закон Джоуля — Ленца
114
§ 35. Закон Ома для неоднородного участка цепи
115
§ 36. Разветвленные цепи.
Правила Кирхгофа
117
§ 37. Коэффициент полезного действия источника тока
121
Глава VI. Магнитное поле в
вакууме
124
§ 38. Взаимодействие токов
124
§ 39. Магнитное поле
126
§ 40. Закон Био — Савара. Поле движущегося заряда
128
§ 41. Поля прямого и кругового токов
131
§ 42. Циркуляция вектора В.
Поле соленоида и тороида
135
Глава VII. Магнитное поле в
веществе
142
§ 43. Магнитное поле в веществе 142
§ 44. Описание поля в магнетиках
143
§ 45. Преломление линий магнитной индукции
151
Глава VIII. Действие
магнитного поля на токи и
заряды
156
§ 46. Сила, действующая на ток в магнитном поле. Закон Ампера
156
§ 47. Сила Лоренца
158
§ 48. Контур с током в магнитном поле
161
§ 49. Работа, совершаемая при перемещении тока в магнитном поле
165
Глава IX. Магнетики
169
§ 50. Классификация магнетиков 169
§ 51. Магнитомеханические явления. Магнитные моменты атомов и молекул
170
§ 52. Диамагнетизм
176
§ 53. Парамагнетизм
180
§ 54. Ферромагнетизм
183
Глава X. Электромагнитная
индукция
190
§ 55. Явление электромагнитной индукции
190
§ 56. Электродвижущая сила индукции
192
§ 57. Методы измерения магнитной индукции
197
§ 58. Токи Фуко 200
§ 59. Явление самоиндукции 201
§ 60. Ток при замыкании и размыкании цепи
204
§ 61. Энергия магнитного поля 207
§ 62. Взаимная индукция
210
§ 63. Работа перемагничения ферромагнетика
216
Глава XI. Движение
заряженных частиц в
электрических и магнитных
полях
219
§ 64. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле
219
§ 65. Отклонение движущихся заряженных частиц электрическим и магнитным полями
221
§ 66. Определение заряда и массы электрона
225
§ 67. Определение удельного заряда положительных ионов.
Масс-спектрографы
230
§ 68. Циклотрон 235
Глава XII. Электрический ток
в металлах и полупроводниках
238
§ 69. Природа носителей тока в
238

металлах
§ 70. Элементарная классическая теория металлов
240
§ 71. Основы квантовой теории металлов
246
§ 72. Полупроводники 254
§ 73. Эффект Холла 261
§ 74. Работа выхода 265
§ 75. Термоэлектронная эмиссия.
Электронные лампы
268
§ 76. Контактная разность потенциалов
274
§ 77. Термоэлектрические явления
277
§ 78. Полупроводниковые диоды и триоды
284
Глава XIII. Ток в электролитах 292
§ 79. Диссоциация молекул в растворах
292
§ 80. Электролиз 296
§ 81. Законы Фарадея 298
§ 82. Электролитическая проводимость
300
§ 83. Технические применения электролиза
303
Глава XIV. Электрический ток
в газах
305
§ 84. Виды газового разряда 305
§ 85. Несамостоятельный газовый разряд
306
§ 86. Ионизационные камеры и счетчики
310
§ 87. Процессы, приводящие к появлению носителей тока при самостоятельном разряде
317
§ 88. Газоразрядная плазма 322
§ 89. Тлеющий разряд 325
§ 90. Дуговой разряд 330
§ 91. Искровой и коронный разряды
334
Глава XV. Переменный ток
338
§ 92. Квазистационарные токи 338
§ 93. Переменный ток, текущий
339 через индуктивность
§ 94. Переменный ток, текущий через емкость
341
§ 95. Цепь переменного тока, содержащая емкость, индуктивность и сопротивление
343
§ 96. Мощность, выделяемая в цепи переменного тока
346
§ 97. Символический метод 348
§ 98. Резонанс токов 353
Глава XVI. Электрические
колебания
357
§ 99. Свободные колебания в контуре без активного сопротивления
357
§ 100. Свободные затухающие колебания
360
§ 101. Вынужденные электрические колебания
364
§ 102. Получение незатухающих колебаний
369
Глава XVII. Электромагнитное
поле
372
§ 103. Вихревое электрическое поле
372
§ 104. Бетатрон 374
§ 105. Ток смешения 377
§ 106. Электромагнитное поле 380
§ 107. Описание свойств векторных полей
381
§ 108. Уравнения Максвелла 393
Глава XVIII.
Электромагнитные волны
397
§ 109. Волновое уравнение 397
§ 110. Плоская электромагнитная волна
400
§ 111. Экспериментальное исследование электромагнитных волн
404
§ 112. Энергия электромагнитного попя
407
§ 113. Импульс электромагнитного поля
410

§ 114. Излучение диполя
412
Приложение I. Единицы измерения электрических и магнитных величии в СИ и в гауссовой системе
417
Приложение II. Основные формулы электромагнетизма в
СИ и в гауссовой системе
419 формулы электромагнетизма в
СИ и в гауссовой системе
Предметный указатель 426
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Авогадро число 300
Автоколебательная система 369
Акцептор 260
Ампер 15, 108. 124
— на метр 146
Ампера гипотеза 142, 170
— закон 124, 156
Ампер-виток 139
Ампер-секунда 125
Анион 296
Анод 269
Антиферромагнетизм 188, 189
Астона масс-спектрограф 232
Астоново темное пространство 326
База транзистора 290
Баллистический метод измерения магнитной индукции 184, 198
Барнетта опыт 173
Бейнбриджа масс-спектрограф 233
Бетатрон 374, 415
Био — Савара — Лапласа закон 129
Богуславского — Ленгмюра закон
270
Больцмана функция распределения
252, 254
Бора магнетон 174
— теория 170
Буша опыт 226
Вавилова — Черенкова излучение
416
Валентность 299
Ван-де-Граафа генератор 86
Вебер 194
Вектор намагничения 143
— плотности тока 107
— поляризации 53, 148
Векторная диаграмма 339, 354
Весы крутильные 13
Вибратор полуволновой 405
Видемана — Франца закон 244
Вихрь 388
Внешняя область короны 336
Волновая зона диполя 413
Волновое уравнение 399
Вольт 41
— на метр 19
Вольт-амперная характеристика 269,
288, 330
Вольтметр искровой 335
Восприимчивость диэлектрическая
53
— магнитная 147, 179, 180, 182, 185
— — атомная 169
— — килоатомная 169
— — молярная 169
— — киломолярная 169
— — удельная 169
Вторичные химические реакции 296
Выпрямительгерманиевый 289
— кремниевый 289
— на газотроне 333
— полупроводниковый 289
— ртутный 332
— селеновый 289

Выпрямление тока 271, 289
— — двухполупериодное 272
— — однополупериодное 271
Вырождение 247
Газотрон 332
Гальваномагнитное явление 262
Гальванометр баллистический 199
Гальванопластика 303
Гальваностегия 303
Гамильтона оператор 391
Гамма-лучи 377
Гаусс 130, 133, 147
Гаусса теорема для вектора В 143
— — — — D 62, .63
— — — — E 28, 61
Генератор ламповый 369
— электростатический 86
Генри 202
— на метр 203
Герца вибратор 404, 412
— опыты 404
Гидратация ионов 296
Гиромагнитное отношение 171, 173
Гиромагнитные явления 171
Гистерезис 77
— магнитный 184, 188
Гистерезиса петля 77, 185, 217
— — максимальная 185
Градиент 42, 391
— потенциала 42, 43
Грамм-эквивалент 299
Давление световое 412
— электромагнитной волны 410
Двойное преломление электромагнитных волн 407
Двойной электрический слой 265,
286
Дейтерий 304
Джоуля— Ленца закон 114, 243
— — — в дифференциальной форме
115
Диаграмма направленности диполя
414
Диамагнетизм 176
Диамагнетики 170
Дивергенция 57, 382, 384, 391
— вектора В 395,
— — D 395
Диод вакуумный 269, 271
— — двойной 272
— кристаллический 284
— плоскостной 285
— полупроводниковый 284
Диполь 20
— жесткий 50
— полуволновой 405
— упругий 50
— элементарный 412
Диполя излучение 412
— электрический момент 21
Диссоциация электролитическая 292
Диффузионная разность потенциалов
279
Диэлектрик 12
Домены сегнетоэлектрика 78
— ферромагнетика 187
Донор 259
Дроссель 405
Друде теория металлов 240
Дуанты 235
Дуга вольтова 330
— с холодным катодом 331
— термоэлектронная 331
— электрическая 330
Дырка 255, 257, 260
Единица заряда абсолютная электростатическая 14
— — в СИ 16, 108, 125
— напряженности магнитного поля
146, 147
— — электрического поля 19
— электрического смещения 63
Единицы емкости 89
— индуктивности 202
— магнитного момента 174
— — потока 194

— магнитной индукции 129, 130
— потенциала 41
— силы тока 108, 124
— сопротивления 111
Емкость 88, 339, 341
— конденсатора 90
— плоского конденсатора 91
— сферического конденсатора 92
— цилиндрического конденсатора 93
— шара 89
Закон преломления линий магнитной индукции 153
— — — электрического смещения 72
— сохранения заряда 12
— трех вторых 270
— электромагнитной индукции 193,
393
Зарядиндуцированный 84
— пробный18
— свободный 60
— связанный 60
— точечный 13
— удельный 219, 227, 230
— — электрона 227
— электрический 11
— элементарный 11, 15, 16, 230, 300
Защита магнитная 154
— электростатическая 85
Зеебека явление 277
Зона валентная 249, 255
— запрещенная 248, 256
— проводимости 250, 255
— разрешенная 248
— энергетических уровней 246, 247
Излучение атома 413
Изолятор 12, 250
Изотоп 232
Импульс электромагнитного поля
410
— электромагнитной волны 411
Индуктивность 202. 204, 339
— взаимная 211, 215
— соленоида 203
Индукция взаимная 211
— магнитная 128, 146
— — остаточная 184
— электрическая 61, 63
— электромагнитная 190
Интенсивность излучения 414
Ионизационная камера 310, 313
— — импульсная 313
— — интегрирующая 315
Ионизация 306
— термическая 305, 323, 330
— ударом 310, 323, 327
Ионосфера 323
Ионы 84, 86, 292, 305
— Ланжевена 308
Истечение с острия 84
Источники 381
Катион 296
Катод 269
— оксидный 271
Катодная светящаяся пленка 326
Катодное падение потенциала 327
— пятно 331
Катодолюминесценция 329
Квадрулоль 23
Квант действия 174
— света 317
Квантование момента импульса 175
— энергии 246
Кварц 79
Кенотрон 271
Килограмм-эквивалент 299
Кирхгофа правила 117, 338, 353
Клаузиуса — Мосотти формула 76
Колебательный контур 357, 404
— —, добротность 363, 367, 369
— —, собственная частота 360
Коллектор 290
Конденсатор 89
— плоский 32, 91
—, соединение параллельное 93
—,— последовательное 94
— сферический 35, 93

— цилиндрический 34, 92
Конденсатор электролитический 304
Контактная разность потенциалов
274
— — — внешняя 275
— — — внутренняя 276, 278
Контуры связанные 211, 215
Концентрация носителей тока 263
— эквивалентная 302
Корона 336
— двуполярная 337
Коронирование 87
Коэффициент взаимной индукции
211
— вторичной эмиссии 320
— газового усиления 312, 315
— диссоциации 294
— мощности 348
— Пельтье 282, 284
— полезного действия источника тока 122
— самоиндукции 202
— теплопроводности 244
— термо-э. д. с. 280, 282, 284
— Томсона 284
— электропроводности 112, 244
Кратер анода 330
Кратность вырождения 247
Кривая намагничения нулевая 184
— — основная 184
Круксово темное пространство 326,
329
Крутизна характеристика 273, 370
Кулон 16, 108, 125
— на квадратный метр 63
Кулона закон 13, 14, 16, 73
Кюри закон 180. 183
— постоянная 180, 183
Кюри — Вейсса закон 188
Лампа двухэлектродная 269
— пятиэлектродная 274
— трехэлектродная 272
— четырехэлектродная 274
Лампы дневного света 332
— люминесцентные 332
— неоновые 329
— ртутные дуговые 331
— сверхвысокого давления 331
— электронные 268
Ланжевена теория парамагнетизма
180
Ларморова прецессия 177, 179
— частота 177
Лебедева опыты 406, 412
Ленца правило 191, 200
Ленц-джоулево тепло 114, 243, 409
Линии напряженности 23
Логарифмический декремент затухания 362
Лоренца сила 158, 193, 195, 219
— теория металлов 240
Лучи каналовые 330
— катодные 329
— положительные 330
Люминофор 332
Магнетики 142, 169
Магнит постоянный 185
Магнитное поле 126
— — движущегося заряда 131
— — кругового тока 133, 134
— — прямого тока 132
— — соленоида 139
— — тороида 141
Магнитный момент атома 174
— — индуцированный 177
—— контура 127, 128
— — молекулы 174
— — электрона орбитальный 171
— — — собственный 173
Магнитомеханические явления 171,
187
Магнитострикция 186
Майкельсона опыт 380
Максвелл 194
Максвелла теория 374, 377, 379, 393

Максвелла уравнения в дифференциальной форме 395
— — — интегральной форме393,
394
Мандельштама и Папалексиопыт
239
Масс-спектрограмма 233
Масс-спектрограф 233
Масс-спектрометр 234
Масса, зависимость от скорости 228
— покоя 228
— электромагнитного поля411
Металл 249
Метастабильное состояние 317, 318
Метатитанат бария 78, 79
Метод магнитной фокусировки 226
Механический момент электрона орбитальный 171
— — — собственный 173
Микромикрофарада 89
Микрофарада 89
Милликена опыт 228
Мировой эфир 378
Молекулы неполярные 49
— полярные 49, 292
Молекулярные токи 142, 149
Молизация ионов 293
Молния 334
Мощность излучения 414
— источника 381
— — удельная 382
— переменного тока 348
— полезная 122
— постоянного тока 122
— тока удельная 115
Намагничение 142, 143
— остаточное 185
— спонтанное 187
Направление запорное 289
— обратное 289
— пропускное 288
— проходное 288
— прямое 288
Напряжение 111
— действующее 348
— обратное 288
— прямое 287, 288
Напряженность поля диполя22
— — магнитного 145, 146
— — сторонних сил 110
—— — электрического 18, 146
Неупругие столкновения второго рода 318
— — первого рода 318
Носители заряда 12, 106,107, 238,
292, 305
— тока 106, 107, 238, 292, 305
Области спонтанного намагничения
187
Области спонтанной поляризации 78
Область Гейгера 312
— непрерывного разряда 313
— пропорциональности 312
— частичной пропорциональности
312
Обратная связь 371
Огни святого Эльма 337
Октуполь 23
Ом 111
Ома закон 111, 242, 338. 351
— — в дифференциальной форме
112
— — для газов 308
— — — замкнутой цепи 116
— — — неоднородной цепи 116
— — — — — в дифференциальной форме 117
— — — электролитов 301
Омо-метр 112
Оператор Гамильтона 391
— Лапласа 392
— набла 42, 391
Остроградского
— Гаусса теорема 385
Осциллограф 224
Падение напряжения 111