Електрика та магнетизм

Автор

Пономаренко Сергій Миколайович

Кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри прикладної фізики КПІ ім. Ігоря Сікорського.

Про підручник

Підручник містить навчальні матеріали з курсу «Електрика та магнетизм» для студентів фізико-технічних спеціальностей КПІ ім. Ігоря Сікорського.

У виданні послідовно викладено основи електростатики, теорію постійного електричного струму, магнітостатику, динаміку заряджених частинок у полях, систему рівнянь Максвелла, теорію електромагнітних хвиль, а також квазістаціонарні коливання в електричних колах, довгих лініях та хвилеводах.

Передмова

Цей підручник охоплює курс «Електрика та магнетизм», який читається на 2-му курсі для здобувачів ступеня бакалавра спеціальності E6 — «Прикладна фізика та наноматеріали». Матеріал побудовано за класичною схемою: від електростатики у вакуумі, провідниках і діелектриках — через постійний струм і магнітне поле — до рівнянь Максвелла, електромагнітних хвиль та коливальних процесів у колах і хвилеводах.

Кожен розділ супроводжується короткою історичною чи філософською довідкою, яка нагадує, що за рівняннями стоїть жива історія експериментальної думки. Там, де це можливо, наведено фізичні аналогії (наприклад, зв'язок еквіпотенціальних поверхонь з рельєфом місцевості), які допомагають побудувати інтуїцію, перш ніж переходити до формального апарату.

Текст має наскрізну систему позначок, яка полегшує самостійну роботу з підручником:

! Принципові зауваження та поширені помилки, на які варто звернути особливу увагу.
? Задачі для самостійного розв'язання, вбудовані безпосередньо в текст лекції, одразу після відповідного теоретичного матеріалу.
* Додатковий матеріал — складніші виведення чи приклади, які виходять за межі обов'язкового мінімуму, але поглиблюють розуміння теми.
? Наприкінці кожного розділу — контрольні питання для підготовки до семестрового контролю.

У класичній механіці природно будувати систему одиниць як абсолютну, тобто таку, в якій усі фізичні величини виражаються через базові — довжину, масу та час. Саме так виникає метрична система СГС, а її послідовне поширення на електродинаміку приводить до гауссової системи одиниць, де електричні величини вимірюються в СГСЕ, а магнітні — в СГСМ, і де рівняння не містять діелектричної ε₀ чи магнітної μ₀ сталих, електричні E та магнітні B поля мають однакову розмірність, а зв'язок одиниць легко відслідковується з рівнянь, що робить формули теорії «елегантнішими» та симетричнішими.

На противагу цьому, у SI штучно введено ще одну фундаментальну одиницю — ампер, яка не має прямого фізичного змісту, адже струм є лише похідною величиною від руху зарядів, і заряд визначають через струм, а не навпаки. Хоча SI є зручною для практичних та інженерних застосувань, гауссова система залишається стандартом у теоретичній електродинаміці. Саме на ній ґрунтується виклад цього підручника, а також подальших дисциплін курсу теоретичної фізики — «Класичної електродинаміки» та «Електродинаміки суцільних середовищ».

Підручник адресований насамперед студентам фізико-технічного інституту, які вивчають електрику та магнетизм у межах дисципліни «Електрика та магнетизм», але може бути корисним і всім, хто прагне поєднати строгий математичний виклад класичної електродинаміки з живим фізичним розумінням явищ, що стоять за формулами.

Зміст

Передмова

Частина I: Постійне електричне поле

Частина II: Постійний електричний струм

Частина III: Постійне магнітне поле

Частина IV: Рух частинок в електричному та магнітному полях

11 Рух заряджених частинок

Частина V: Електродинаміка

Частина VI: Електромагнітні хвилі

Частина VII: Електромагнітні коливання та хвилі в колах і хвилеводах

Додатки

Пономаренко С.М.