"Yleinen fysiikka. Sähkömagnetismi" - kurssi 2800 hieroa. MSU: sta, koulutus 15 viikkoa. (4 kuukautta), päivämäärä: 5. joulukuuta 2023.
Miscellanea / / December 08, 2023
Luento 1. Sähkömagneettinen vuorovaikutus ja sen paikka muiden vuorovaikutusten joukossa luonnossa. Sähkön fysiikan kehitys M. V. Lomonosovin teoksissa. Sähkövaraus. Mikroskooppiset varauksen kantajat. Millikanin kokemus. Sähkövarauksen säilymislaki. Sähköstaattinen. Coulombin laki ja sen kenttätulkinta. Sähkökentän voimakkuusvektori. Sähkökenttien superpositioperiaate.
Luento 1. Sähkökentän voimakkuusvektorivuo. Ostrogradsky–Gaussin sähköstaattinen lause, sen esitys differentiaalimuodossa. Sähköstaattisen kentän potentiaali. potentiaalia. Potentiaalin normalisointi. Sähköstaattisen kentänvoimakkuuden vektorin ja potentiaalin välinen suhde. Sähköstaattisten kenttävoimien työ. Latausjärjestelmän potentiaali.
Luento 3. Sähkökentän voimakkuusvektorin kierto. Kiertolause, sen esitys differentiaalimuodossa. Poissonin ja Laplacen yhtälöt. Sähköinen dipoli. Dipolin potentiaali ja kentänvoimakkuus.
Luento 4. Johtimet sähköstaattisessa kentässä. Sähköstaattinen induktio. Kentänvoimakkuus johtimen pinnalla ja sisällä. Varauksen jakautuminen johtimen pinnalla. Sähköstaattinen suojaus. Varauksen ja johtimen potentiaalin suhde. Sähköinen kapasiteetti. Kondensaattorit. Tasaisten, pallomaisten ja sylinterimäisten kondensaattorien kapasiteetti. Johtava pallo tasaisessa sähköstaattisessa kentässä.
Luento 5. Dielektriset. Ilmaiset ja sidotut maksut. Polarisaatiovektori. Polarisaatiovektorin ja sidottujen varausten välinen suhde. Sähköisen induktion vektori dielektrissä. Dielektrinen suskeptiibiliteetti ja dielektrisyysvakio ja aineet. Materiaaliyhtälö sähkökenttävektoreille. Ostrogradsky–Gaussin lause dielektrikolle. Sen erilainen muoto. Jännitevektorien ja sähköisen induktion rajaehdot. Dielektrinen pallo tasaisessa sähkökentässä.
Luento 6. Sähkövarausjärjestelmän energia. Vuorovaikutusenergia ja itseenergia. Sähköstaattisen kentän energia ja sen tilavuustiheys. Sähködipolin energia ulkoisessa kentässä. Ponderomotoriset voimat sähkökentässä ja niiden laskentamenetelmät. Ponderomotoristen voimien ja varausjärjestelmän energian välinen suhde.
Luento 7. Elektroninen teoria dielektriikojen polarisaatiosta. Paikallinen kenttä. Ei-polaariset dielektriset materiaalit. Clausius-Mossotti -kaava. Napaiset dielektriset materiaalit. Langevin-toiminto. Ionikiteiden polarisaatio. Kiteiden sähköiset ominaisuudet. Pyroelektroniikka. Pietsosähköiset. Suora ja käänteinen pietsosähköinen vaikutus ja niiden käyttö. Ferrosähköiset. Ferrosähköisten elementtien aluerakenne. Hystereesi. Curie-piste. Ferrosähköisten materiaalien käyttö.
Luento 8. Jatkuva sähkövirta. Virran voimakkuus ja tiheys. Nykyiset linjat. Sähkökenttä virtaa kuljettavassa johtimessa ja sen lähteissä. Jatkuvuusyhtälö. Edellytys, että virta on paikallaan. Sähköjännite. Ohmin laki piirin osalle. Sähkövastus. Ohmin laki differentiaalimuodossa. Aineen ominaissähkönjohtavuus.
Luento 9. Virtaukset jatkuvassa mediassa. Maadoitus. DC-toiminta ja teho. Joule–Lenzin laki ja sen differentiaalinen muoto. Ulkopuoliset voimat. Sähkömotorinen voima. Ohmin laki suljetulle piirille. Haaroittuneet ketjut. Kirchhoffin säännöt. Esimerkkejä niiden soveltamisesta.
Luento 10. Magnetostatics. Virtojen vuorovaikutus. Nykyinen elementti. Biot-Savart-Laplacen laki ja sen kenttätulkinta. Magneettikentän induktiovektori. Magneettikentän vaikutus virtaan. Amperen laki. Lause magneettikentän induktiovektorin kierrosta. Kiertokiertolauseen differentiaalimuoto. Magneettikentän pyörteinen luonne. Yhtälö on div B = 0. Vektoripotentiaalin käsite. Magneettisten vuorovaikutusten relativistinen luonne.
Luento 11. Alkuvirta ja sen magneettinen momentti. Alkuainevirran magneettikenttä. Alkuvirta magneettikentässä. Liikkuvan varauksen magneettikenttä. Liikkuvien varausten vuorovaikutus. Lorentzin voima. Hall-ilmiö.
Luento 12. Magneetti-induktiovektorivuo (magneettivuo). Itseinduktanssikerroin (induktanssi). Kahden piirin keskinäisen induktiokerroin. Potentiaalivirtatoiminto. Virtaa kuljettavaan piiriin vaikuttavat voimat. Kahden piirin vuorovaikutus virran kanssa.
Luento 13. Elektromagneettinen induktio. Faradayn sähkömagneettisen induktion laki ja sen differentiaalinen muoto. Lenzin sääntö. Induktiomenetelmät magneettikenttien mittaamiseen. Toki Fuko. Itseinduktion ilmiö. Ylimääräiset sulkemis- ja katkaisuvirrat. Virran magneettinen energia. Virtapiirien järjestelmän magneettinen energia. Magneettikentän energia ja sen tilavuustiheys.
Luento 14. Magneetit. Molekyylivirtojen käsite. Aineen magnetointivektori ja sen yhteys molekyylivirtoihin. Magneettikentän voimakkuusvektori. Aineen magneettinen permeabiliteetti ja magneettinen herkkyys. Materiaaliyhtälö magneettikenttävektoreille. Magneettikentän voimakkuuden ja induktion vektoreiden rajaehdot. Magneettinen suoja. Magneetin muodon vaikutus sen magnetoitumiseen.
Luento 15. Magneettisten materiaalien luokittelu. Diamagneetit, paramagneetit ja ferromagneetit. Klassinen kuvaus diamagnetismista. Larmor-precessio. Paramagnetismi. Langevinin teoria. Mikroskooppiset magnetismin kantajat. Einstein-de-Haasin magneetti-mekaaninen koe. Barnettin mekanomagneettinen koe. Gyromagneettinen suhde.
Luento 16. Ferromagneetit. Spontaani magnetointi ja Curie-lämpötila. Verkkotunnuksen rakenne. Magnetisaatiohystereesi, Stoletov-käyrä. Jäännösinduktio ja pakkovoima. Magnetoinnin lämpötilariippuvuus. Magneetteihin vaikuttavat voimat magneettikentässä.
Luento 17. Kvasistaationaariset virrat. Kvasintationaarisuuden ehdot. Transienttiprosessit RC- ja LC-piireissä. Sähkömagneettiset värähtelyt. Värähtelevä piiri. Luonnolliset värähtelyt piirissä. Harmonisten värähtelyjen yhtälö. Piiriin varastoitunut energia. Vaimentuneet värähtelyt. Vaimennusindeksi. Rentoutumisaika. Logaritmisen vaimennuksen vähennys. Ääriviivojen laatutekijä. Värähtelyt kytketyissä piireissä. Osittaiset värähtelyt ja niiden taajuudet. Normaalit tärinät (tilat).
Luento 18. Pakotetut värähtelyt piirissä. Pakotetun värähtelyn muodostusprosessi. Vaihtuva sinivirta. Aktiivinen, kapasitiivinen ja induktiivinen vastus. Impedanssi. Ohmin laki vaihtovirtapiireille. Vektorikaaviomenetelmä ja kompleksiamplitudimenetelmä.
Luento 19. Jänniteresonanssi. Jännitteet ja virrat resonanssissa. Resonanssikäyrän leveys. Virtojen resonanssi. Kirchhoffin säännöt vaihtovirtapiireille. AC-toiminta ja virta. Teholliset virran ja jännitteen arvot.
Luento 20. Vaihtovirtojen tekninen sovellus. Generaattorit ja sähkömoottorit. Kolmivaiheinen virta. Pyörivän magneettikentän saaminen ja käyttö. Käämien tähti- ja kolmioliitäntä. Vaihe- ja verkkojännitteet. Muuntaja. Toimintaperiaate, laite, sovellus. Muunnoskerroin. Ytimen rooli.
Luento 21. Korkeataajuiset virrat. Ihovaikutus. Ihokerroksen paksuus. Maxwellin yhtälöjärjestelmä kokeellisen tiedon yleistyksenä. Johtovirta ja siirtymävirta. Sähkö- ja magneettikenttien keskinäiset muunnokset. Elektromagneettiset aallot. Aaltoyhtälö. Umov-Poynting vektori. Sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeus.
Luento 22. Klassinen elektronisen johtavuuden teoria Drude – Lorentz. Tolmanin ja Stewartin kokemus. Ohmin, Joule-Lenzin ja Wiedemann-Franzin lait. Klassisen elektroniikkateorian rajoitukset. Kiinteiden aineiden vyöhyketeorian käsite. Energiatasot ja energiavyöhykkeiden muodostuminen. Paulin periaate. Fermi–Dirac tilastot. Eristeiden, puolijohteiden ja metallien kaistarakenteen ominaisuudet. Kiinteiden aineiden johtavuuden selitys vyöhyketeorian avulla.
Luento 23. Puolijohteet. Puolijohteiden raja- ja epäpuhtausjohtavuus. P- ja n-tyypin puolijohteet, pn-liitos. Puolijohteiden sovellukset: puolijohdediodit, transistorit, valodiodit, valovastukset. Kosketusilmiöt. Kosketuspotentiaaliero. Lämpösähkö. Lämpömoottorivoima. Termoparit. Peltier-efekti. Thomsonin ilmiö. Suprajohtavuus. Suprajohteiden perusominaisuudet. Magneettinen induktio suprajohteen sisällä. Meissner-efekti. Kriittinen kenttä. Korkean lämpötilan suprajohtavuus. Suprajohteiden soveltaminen.
Kurssi "Ydinvoimalaitosten höyryturbiinit. Osa 1. Theory of Thermal Process" on tarkoitettu hankkimaan systemaattista tietoa lämpöprosessin toimintaperiaatteesta, rakenteesta ja teoriasta ydinvoimalaitosten kylläisen höyryn monivaiheiset höyryturbiinit ja taitojen ja kykyjen muodostuminen turbiinin standardilämpölaskelmien suorittamiseen askeleet.
4,2