Електрика і магнетизм
Спеціальність: Прикладна фізика та наноматеріали
Код дисципліни: 6.105.00.O.017
Кількість кредитів: 10.00
Кафедра: Прикладна фізика і наноматеріалознавство
Лектор: ст. викл. Андрій Данилов
Семестр: 3 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
ІНТ. Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми під час професійної діяльності у галузі прикладної фізики та наноматеріалів або у процесі навчання, що передбачає застосування теорій та методів прикладної фізики,
і характеризуються комплексністю та невизначеністю умов.
загальні компетентності:
ЗК 5. Набуття гнучкого способу мислення, який дає можливість зрозуміти й розв’язати проблеми та задачі, зберігаючи при цьому критичне відношення до усталених наукових концепцій;
ЗК 6. Уміння розв’язувати поставлені задачі та приймати відповідні обґрунтовані рішення;
ЗК 9. Знання та розуміння предметної області та розуміння фаху.
фахові компетентності:
ФК 2. Знання і розуміння сучасних наукових теорій і методів, та вміння їх ефективно застосовувати для синтезу та аналізу наноматеріалів та вирішення задач прикладної фізики.
Результати навчання: Розуміння природи і закономірностей процесів і явищ, які є предметом вивчення у курсі «Електрика і магнетизм», теоретичне обґрунтування можливостей практичного використання цих явищ. Формування у студентів наукового світогляду; розуміння, що поле, поряд з речовиною, є формою існування матерії. Володіння методами розв’язування задач з курсу. Застосування знань з вищої математики до розв’язування конкретних фізичних задач.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Механіка; молекулярна фізика і термодинаміка;
математичний аналіз;
диференціальні рівняння.
Короткий зміст навчальної програми: Електростатичне поле у вакуумі. Діелектрики і провідники в електростатичному полі. Постійний електричний струм. Магнітне поле у вакуумі. Магнітне поле в речовині. Електромагнітна індукція. Основи теорії Максвелла для електромагнітного поля. Електромагнітні коливання і хвилі.
Опис: Електричні заряди. Закон збереження електричних зарядів. Закон Кулона. Електростатичне поле. Напруженість електричного поля. Принцип суперпозиції. Поле диполя. Лінії напруженості. Потік вектора напруженості електричного поля. Теорема Остроградського-Гаусса. Застосування теореми Остроградського-Гаусса до розрахунку електричних полів. Теорема Ірншоу. Робота сил електростатичного поля. Циркуляція вектора напруженості. Потенціальний характер електростатичного поля. Потенціал електростатичного поля
Типи діелектриків. Поляризація діелектриків. Напруженість електричного поля в діелектрику. Електричне зміщення. Теорема ОстроградськогоГаусса для електростатичного поля в діелектрику. Умови для електростатичного поля на границі полілу двох ізотропних діелектричних середовищ. Сегнетоелектрики. Електрети. Піроелектрики. П’єзоелектричний ефект. Провідники в електростатичному полі. Електростатична індукція. Електроємність окремого провідника. Конденсатори. Енергія системи зарядів. Енергія зарядженого провідника і конденсатора. Енергія електростатичного поля.
Електричний струм, сила і густина струму. Сторонні сили.Електрорушійна сила і напруга. Закон Ома. Опір провідників. Робота і потужність струму. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для неоднорідної ділянки кола. Правила Кірхгофа. Елементарна класична теорія металів, її дослідне обгрунтування. Виведення законів Ома і Джоуля- Ленца на основі класичної теорії металів. Закон Відемана-Франца. Недоліки класичної теорії металів. Поняття про надпровідність. Робота виходу електронів з металу. Контактна різниця потенціалів. Термоелектричні явища. Термоелектронна емісія. Закон трьох других. Формула Річардсона-Дешмана. Вторинна електронна емісія. Електричний струм в електролітах. Закони Фарадея для електролізу. Застосування електролізу. Іонізація газів. Несамостійний газовий розряд. Самостійний газовий розряд і його типи. Плазма та її властивості.
Магнітне поле. Магнітна індукція. Закон Ампера. Закон Біо-Савара-Лапласа. Магнітне поле рухомого заряду. Дія магнітного поля на рухомі заряди. Рух заряджених частинок в магнітному полі. Ефект Холла. Контур зі струмом у магнітному полі. Циркуляція вектора магнітної індукції для магнітного поля в вакуумі. Вихровий характер магнітного поля. Магнітне поле соленоїда і тороїда. Потік вектора магнітної індукції. Теорема Остроградського-Гаусса для магнітного поля. Робота, яка виконується при переміщенні провідника та контура зі струмом у магнітному полі.
Напруженість магнітного поля. Теорема про циркуляцію векторів магнітної індукції і напруженості магнітного поля в речовині. Умови для магнітного поля на границі розділу двох ізотропних середовищ. Класифікація магнетиків.
Явище електромагнітної індукції. Закон Фарадея. Правило Ленца. Виведення закону Фарадея із закону збереження енергії. Обертання рамки в магнітному полі. Вихрові струми. Явище взаємної індукції. Трансформатори. Явище самоіндукції. Індуктивість. Електрорушійна сила самоіндукції. Струми при замиканні і розмиканні кола. Енергія магнітного поля. Вихрове електричне поле. Струм зміщення. Рівняння Максвелла для електромагнітного поля.
Електричний коливальний контур. Власні коливання в контурі. Загасаючі коливання в контурі. Добротність. Вимушені електромагнітні коливання в контурі. Амплітуда і фаза вимушених коливань. Резонанс. Змінний струм. Змінний струм, що тече через резистор. Змінний струм, що тече через котушку. Змінний струм, що тече через конденсатор. Закон Ома для змінного струму. Резонанс напруг. Резонанс струмів. Потужність ,яка виділяється в колі змінного струму. Електромагнітні хвилі. Енергія, що переноситься електромагнітною хвилею.
Методи та критерії оцінювання: поточний контроль (30%), підсумковий контроль (екзамен, письмово-усна форма 70%)
Критерії оцінювання результатів навчання: Під час контрольних заходів (проміжний контроль, екзамен) відповіді студента оцінюються за такими критеріями:
Питання 1 і 2 рівня носять тестовий характер, вимагають від студента вибору однієї правильної відповіді серед 4-5 ймовірних варіантів та оцінюються за принципом "все або нічого":
мкб (максимальна кількість балів) - правильна відповідь, 0 балів - неправильна відповідь.
Теоретичні питання 3 рівня:
Мають на меті перевірку навичок студентів щодо розуміння теоретичного матеріалу. Відповідь по-можливості має бути повною та аргументованою.
Максимальну кількість балів (мкб) за питання отримує студент, що повністю висвітлив
питання.
70-90 % від мкб – питання в цілому висвітлене, але є незначні неточності або інші недоліки. 50-70 % від мкб – відповідь на питання дано не в повному обсязі і/або є суттєві помилки .
30-50 % від мкб– зроблена спроба відповісти на питання, але зроблено грубі помилки і/або питання в цілому не висвітлене. Такої ж оцінки заслуговуватиме студент, якщо він робить неправильні висновки на основі логічних припущень, що містять правильні міркування.
10-30 % від мкб– зроблена невдала спроба відповісти на питання, лише окремі міркування і /або формули є вірними.
0 балів – жодна з записаних формул не має стосунку до даного питання, всі міркування є помилковими, або цілковито відсутні.
Задачі 3 рівня складності:
Мають на меті перевірку навичок студентів у практичному розв’язуванні фізичних задач.
Задачі потрібно розв’язати з максимально можливим поясненням і, якщо в цьому є потреба, з рисунком.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Електрика & магнетизм.- Львів: Вид. НУ «Львівська політехніка», 2010.
2. Курс фізики. Під редакцією Лопатинського І.Є., - Львів: Бескид Біт, 2002.
3. Лопатинський І.Є., Зачек І.Р., Середа В.М., Крушельницька Т.Д., Українець Н.А. Збірник задач з фізики - Львів: Видавництво НУ «Львівська політехніка», 2005
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).