В учебнике рассматривается общий круг вопросов, относящихся к физическим процессам, происходящим в стационарных электрических и магнитных полях, составляющих основу базовых знаний при изучении курса современной электротехники. Формулируются основополагающие законы и понятия с целью их дальнейшего применения для решения практических задач.
Основное содержание состоит из отдельных разделов, включающих теоретические сведения, набор типовых задач с решением, способствующих самостоятельному изучению материала, а также разобранных демонстрационных вариантов тестовых заданий и заданий, вынесенных для самостоятельного решения, с ответами.
Учебник предназначен для студентов высших учебных заведений электротехнических специальностей, а также будет полезен для инженерно-технических работников, преподавателей и аспирантов в их самостоятельной работе.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ............................................................................................................ 7
Введение .................................................................................................................. 9
Глава 1. Электростатическое поле ...................................................................... 13
1.1. Физическое представление об электростатическом поле ..................... 13
1.2. Закон Кулона ............................................................................................. 13
1.3. Применение принципа суперпозиции (метода наложения) .................. 16
1.4. Напряженность электростатического поля ............................................ 18
1.5. Электрическое поле нескольких точечных зарядов .............................. 20
1.6. Работа сил электрического поля при перемещении заряда .................. 23
1.7. Потенциал электрического поля ............................................................. 28
1.8. Электрическое напряжение ..................................................................... 30
1.9. Однородное электрическое поле ............................................................. 33
1.10. Теорема Гаусса в интегральной форме и ее применение
к расчету электростатических полей .................................................... 37
1.11. Электрическое смещение ....................................................................... 54
1.12. Свободные и связанные заряды. Поляризация диэлектриков ............ 57
1.13. Граничные условия в электростатике ................................................... 60
1.14. Электрическая емкость проводников ................................................... 65
1.15. Электрическая емкость конденсатора .................................................. 66
1.16. Энергия и силы в электрическом поле ................................................. 77
Глава 2. Электрическое поле постоянных токов в проводящей среде ............. 89
2.1. Электрический ток и плотность тока проводимости ............................ 89
2.2. Сторонние силы, ЭДС .............................................................................. 92
2.3. Закон Ома в дифференциальной форме ................................................. 94
2.4. Электрическая проводимость и электрическое сопротивление
проводниковых материалов .................................................................. 100
2.5. Закон Джоуля – Ленца ........................................................................... 104
2.6. Интегральная форма обобщенного закона Ома для квазилинейных
проводников ........................................................................................... 110
2.7. Законы Кирхгофа для квазилинейных проводников ........................... 112
Глава 3. СТАЦИОНАРНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО
ТОКА В ЛИНЕЙНЫХ СРЕДАХ ........................................................ 115
3.1. Основные понятия и величины, характеризующие магнитное
поле .......................................................................................................... 115
3.2. Закон Био – Савара – Лапласа и его применение к расчету
магнитного поля ..................................................................................... 119
3.3. Циркуляция вектора магнитной индукции. Закон полного тока ....... 131
3.4. Сила взаимодействия элементов тока. Сила Ампера .......................... 142
3.5. Работа сил магнитного поля .................................................................. 147
3.6. Энергия магнитного поля ...................................................................... 151
3.7. Расчет электрической индуктивности .................................................. 160
Глава 4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ ............................................. 171
4.1. ЭДС электромагнитной индукции ........................................................ 171
4.2. ЭДС самоиндукции ................................................................................ 195
4.3. ЭДС взаимоиндукции ............................................................................. 198
Глава 5. ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПРИ ПОСТОЯННЫХ
ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ .............................................................. 201
5.1. Определение электрической цепи ......................................................... 201
5.2. Положительные направления токов, ЭДС и напряжений ................... 202
5.3. Схемы замещения источников электрической энергии ...................... 203
5.4. Напряжение на участке цепи ................................................................. 204
5.5. Основные понятия геометрии (топологии) электрических цепей ..... 206
Глава 6. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕОРИИ ЛИНЕЙНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ............................................................... 209
6.1. Обобщенный закон Ома ......................................................................... 209
6.2. Законы Кирхгофа .................................................................................... 210
6.3. Применение закона Джоуля – Ленца к электрическим цепям ........... 213
6.4. Измерение тока и напряжения в электрических цепях ....................... 215
Глава 7. ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ ПО ТЕМАМ ........................... 217
Тема 1. Электростатическое поле ................................................................ 217
Тема 2. Электрическое поле постоянных токов в проводящей среде ...... 287
Тема 3. Магнитное поле постоянного тока в линейных средах ................ 314
Тема 4. Электромагнитная индукция ........................................................... 378
Тема 5. Линейные электрические цепи при постоянных токах
и напряжениях ................................................................................. 400
Тема 6. Основные законы теории линейных электрических цепей .......... 419
Библиографический список ............................................................................... 432