Электричество - Калашников С.Г.

Название: Электричество. 2003.
Автор: Калашников С.Г.
    Книга написана на основе курса лекций, читанных автором в течение многих лет на физическом факультете Московского государственного университета. В результате обобщения опытных фактов формулируются в сжатой, но ясной форме основные законы электродинамики и выясняется их физический смысл. Изложение построено на основе СИ. 5-е изд. - 1985 г.
Для студентов физических и физико-математических факультетов университетов, физико-технических и инженерно-физических институтов, а также для всех ВУЗов, где физика является основной дисциплиной; книга может быть также полезна для преподавателей физики в высшей школе.
    Предлагаемая вниманию читателей книга профессора С.Г. Калашникова «Электричество» написана на основе лекций, которые автор читал в течение ряда лет на физическом факультете Московского государственного университета. Лекции С.Г. Калашникова по курсу общей физики и созданный им курс по физике полупроводников всегда отличались глубиной содержания, точностью и прозрачной ясностью изложения и неизменно современным уровнем. Эта особенность лекций привлекала к ним не только студентов, на которых они прежде всего были рассчитаны, но и аспирантов, преподавателей и научных сотрудников всех рангов.
Книга впервые увидела свет в 1956 году, быстро получила широкое признание и стала одним из основных учебных пособий для студентов физических специальностей высших учебных заведений. При подготовке переизданий автор постоянно совершенствовал курс, дополняя его новым материалом и расширяя содержание. За несколько дней до своей кончины, последовавшей 23 апреля 1984 года, Сергей Григорьевич Калашников завершил работу над основным текстом настоящего, пятого, издания «Электричества»; не написанным осталось только предисловие.
ОГЛАВЛЕНИЕ
От редакции
Из предисловия к первому изданию
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
Глава I. Электрические заряды
§ 1. Введение (11).
§ 2. Закон взаимодействия электрических за­рядов (12).
§ 3. Абсолютная электростатическая система единиц (15).
§ 4. Международная система единиц (СИ) (16).
§ 5. Гальванические элементы (18).
§ 6. Электризация как разделение зарядов (19).
§ 7. Электроны (19).
Глава II. Электрическое поле
§ 8. Понятие об электрическом поле (21).
§ 9. Напряженность электрического поля (22).
§ 10. Сложение электрических полей (24).
§ 11. Объемная и поверхностная плотности заряда (24).
§ 12. Линии напряженности электрического поля (25).
§ 13. Теорема Остроградского-Гаусса (29).
§ 14. Уравнение Пуассона (36).
§ 15. Диполь в электрическом поле (38).
Глава III. Разность потенциалов
§ 16. Работа в электростатическом поле (40).
§ 17. Разность потенциалов (41).
§ 18. Условия равновесия зарядов в проводниках (44).
§ 19. Разность потенциалов и напряженность поля (44).
§ 20. Эквипотенциальные поверхности (46).
§ 21. Измерение напряжения между проводниками (47).
§ 22. Нормальные элементы (49). § 23. Электрический зонд (50).
§ 24. Потенциал в простейших элек­трических полях (51).
§ 25. Вычисление потенциала в поле заданных зарядов (53).
§ 26. Общая задача электростатики (55).
§ 27. Проводники в электрическом поле (57).
§ 28. Точная проверка за­кона Кулона (58).
§ 29. Острия (60). § 30. Электростатический генератор (61).
Глава IV. Энергия электрического поля
§ 31. Электрическая емкость (63).
§ 32. Емкость простых конденсаторов (64).
§ 33. Метод зеркальных изображений (68).
§ 34. Энергия заряженного конденсатора (69).
§ 35. Соединение конденсаторов (70).
§ 36. Сложные конденсаторы (72).
§ 37. Энергия электрического ноля (74).
Глава V. Диэлектрики 77
§ 38. Поляризация диэлектриков (77).
§ 39. Поляризованность (80).
§ 40. Напряженность электрического поля внутри диэлектрика (83).
§ 41. Электрическое смещение в диэлектрике (85).
§ 42. Изотропные и анизотропные диэлектрики (88).
§ 43. Преломление линий смещения и напряженности поля (89).
§ 44. Законы электрического поля в диэлектриках (90).
§ 45. Механические силы при наличии диэлектриков (93).
§ 46. Электронная теория поляризации диэлектриков (94).
§ 47. Диэлектрическая проницаемость неполярных диэлектриков (96).
§ 48. Диэлектрическая проницаемость полярных диэлектриков (98).
§ 49. Определение дипольных моментов молекул (99).
§ 50. Сегнетоэлектрики (101).
§ 51. Пьезоэлектрический эффект (104).
§ 52. Обратный пьезоэлектрический эффект (ПО).
Глава VI. Постоянный электрический ток 115
§ 53. Характеристики электрического тока (115).
§ 54. Уравнение непрерывности (117).
§ 55. Действия электрического тока (118).
§ 56. Баллистический гальванометр (121).
§ 57. Закон Ома (123).
§ 58. Измерение сопротивлений (124).
§ 59. Сопротивление проволок (126).
§ 60. Зависимость сопротивления от температуры (127).
§ 61. Закон Ома в дифференциальной форме (128).
§ 62. Электролитическая ванна (132).
§ 63. Заземление в линиях связи (133).
Глава VII. Электродвижущая сила 136
§ 64. Источники тока (136).
§ 65. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца (136).
§ 66. Энергия, освобождаемая в гальваническом элементе (138).
§ 67. Электродвижущая сила гальванического элемента (138).
§ 68. Напряжение на зажимах источника тока (141).
§ 69. Электродвижущая сила и работа источника тока (143).
§ 70. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа (146).
§ 71. Мощность во внешней цепи и коэффициент полезного действия источника тока (152).
§ 72. Закон сохранения энергии для электрического поля (154).
§ 73. Квазистационарные токи (157).
§ 74. Конденсатор в цепи с сопротивлением (159).
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Глава VIII. Магнитное поле токов в вакууме 162
§ 75. Магнитное взаимодействие токов (162).
§ 76. Магнитная индукция (164).
§ 77. Абсолютная электромагнитная система еди­ниц (168).
§ 78. Магнитная постоянная (170).
§ 79. Напряженность магнитного поля (171).
§ 80. Линии индукции магнитного поля (173).
§ 81. Вихревой характер магнитного поля (174).
§ 82. Магнитный момент тока (179).
§ 83. Два параллельных проводника с током (181).
§ 84. Механическая работа в магнитном поле. Магнитный поток (182).
§ 85. Контур с током в магнитном поле (185).
§ 86. Магнитное поле движущегося заряда (188).
§ 87. Опыты Роуланда и Эйхенвальда (189).
§ 88. Сила Лоренца (191).
Глава IX. Электромагнитная индукция 192
§ 89. Электромагнитная индукция (192).
§ 90. Закон Ленца (194).
§ 91. Основной закон электромагнитной индукции (195).
§ 92. Измерение магнитного напряжения (200).
§ 93. Самоиндукция (201).
§ 94. Магнитная проницаемость вещества (205).
§ 95. Исчезновение и установление тока (206).
Глава X. Энергия магнитного поля 208
§ 96. Собственная энергия тока (208).
§ 97. Энергия магнитного поля (210).
§ 98. Взаимная индукция (212).
§ 99. Взаимная энергия двух токов (214).
§ 100. Закон сохранения энергии при наличии магнитного поля (215).
§ 101. Механические силы в магнитном поле (218).
§ 102. Давления и напряжения Фарадея-Максвелла (221).
Глава XI. Магнетики 222
§ 103. Намагничивание сред (222).
§ 104. Напряженность магнитного поля внутри магнетика (224).
§ 105. Магнитная индукция в магнетике (225).
§ 106. Законы магнитного поля в магнетиках (227).
§ 107. Влияние формы тела на намагничивание (230).
§ 108. Преломление линий индукции магнитного поля (232).
§ 109. Магнитные свойства веществ. Диамагнетизм и парамагнетизм (236).
§ 110. Ферромагнетизм (238).
§ 111. Работа при намагничивании (242).
§ 112. Магнитные материалы. Ферриты (245).
§ 113. Магнитные заряды. Формальная теория магнетизма (247).
§ 114. Влияние среды на магнитное взаимодействие (253).
§ 115. Природа молекулярных токов (255).
§ 116. Магнитомеханическое и механомагнитносные явления (257).
§ 117. Магнитный и механический моменты электрона (259).
§ 118. Объяснение пара- и диамагнетизма (261).
§ 119. Объяснение ферромагнетизма (265).
Глава XII. Техническое использование магнитного потока. Генераторы и двигатели 271
§ 120. Магнитные цепи (271). § 121. Электромагниты (274).
§ 122. Разветвление магнитного потока (276).
§ 123. Генераторы переменного тока (278).
§ 124. Генераторы постоянного тока (280).
§ 125. Электродвигатель постоянного тока (282).
§ 126. Синхронные двигатели (283).
§ 127. Двухфазный ток (284).
§ 128. Трехфазный ток (286).
§ 129. Векторные диаграммы (290).
§ 130. Вращающееся магнитное поле (293).
Глава XIII. Взаимные превращения электрических и магнитных полей. Теория Максвелла 296
§ 131. Вихревое электрическое ноле (297).
§ 132. Вихревые токи (299).
§ 133. Трансформатор (301).
§ 134. Вытеснение переменного тока (скин-эффект) (304).
§ 135. Индукционный ускоритель (306).
§ 136. Ток смещения (308).
§ 137. Уравнения Максвелла (311).
§ 138. Уравнения Максвелла в дифференциальной форме (313).
§ 139. Значение теории Максвелла (316).
§ 140. Электромагнитное ноле в движущихся телах (317).
§ 141. Для электромагнитных явлений важно относительное движение (320).
§ 142. Электромагнитная индукция в движущихся проводниках (323).
§ 143. Преобразование Лоренца (325).
ЭЛЕКТРОННЫЕ И ИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Глава XIV. Природа электрического тока в металлах и полупроводниках 329
§ 144. Измерение заряда электрона (329).
§ 145. Природа носителей заряда в металлах (332).
§ 146. Причина электрического сопротивления (334).
§ 147. Классическая электронная теория металлов (336).
§ 148. Сверхпроводимость (340).
§ 149. Пределы применимости классической электронной теории металлов (344).
§ 150. Концентрация и подвижность электронов в металлах (346).
§ 151. Полупроводники и диэлектрики (348).
§ 152. Собственная проводимость полупроводников (350).
§ 153. Примесная проводимость полупроводников (352).
§ 154. Понятие об энергетических зонах (354).
§ 155. Распределение импульса и энергии у электронов (359).
Глава XV. Электрические токи в вакууме 363
§ 156. Электронная эмиссия (363).
§ 157. Вольтамперная характеристика вакуумного диода (364).
§ 158. Зависимость тока насыщения от температуры (367).
§ 159. Электронная лампа как выпрямитель (369).
§ 160. Трехэлектродная электронная лампа (триод) (370).
§ 161. Усиление электрических сигналов (374).
§ 162. Электрические флуктуации (377).
§ 163. Вторичная электронная эмиссия (379).
§ 164. Многосеточные лампы (381).
§ 165. Автоэлектронная эмиссия (382).
Глава XVI. Разряды в газах 383
§ 166. Ионизация газов (383).
§ 167. Ионизация электронными ударами (385).
§ 168. Движение ионов в газах (386).
§ 169. Несамостоятельные и самостоятельные разряды (388).
§ 170. Возникновение самостоятельных разрядов (390).
§ 171. Тлеющий разряд (394).
§ 172. Коронный разряд (397).
§ 173. Искровой разряд (400).
§ 174. Молния (402).
§ 175. Дуговой разряд (403).
§ 176. Устойчи­вость электрических разрядов (406).
§ 177. Плазма (410).
Глава XVII. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях 412
§ 178. Движение заряженных частиц в однородном электрическом поле (412).
§ 179. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле (413).
§ 280. Циклотрон (416).
§ 181. Определение удельного заряда электронов методом магнитной фокусировки (418).
§ 182. Магнетрон (419).
§ 183. Определение удельного заряда /3-частиц (422).
§ 184. Результаты измерений удельного заряда электрона (424).
§ 185. Циклотронный (диамагнитный) резонанс (425).
§ 186. Эффективная масса (427).
§ 187. Отражение и преломление электронных пучков. Электронная и ионная оптика (429).
§ 188. Электронный осциллограф (433).
Глава XVIII. Электрический ток в электролитах 435
§ 189. Законы электролиза Фарадея (435).
§ 190. Электролитическая диссоциация (438).
§ 191. Движение ионов в электролитах (441).
§ 192. Проводимость электролитов (443).
§ 193. Числа переноса. Подвижности ионов в электролитах (444).
§ 194. Электродные потенциалы (447).
§ 195. Химические источники тока (451).
§ 196. Напряжение разложения электролита (455).
§ 197. Аккумуляторы (457).
Глава XIX. Электрические явления в контактах 459
§ 198. Контактная разность потенциалов (459).
§ 199. Термоэлектричество (463).
§ 200. Эффект Пельтье (467).
§ 201. Эффект Томсона (470).
§ 202. Применения термоэлектричества (472).
§ 203. Электроннодырочные переходы в полупроводниках (473).
§ 204. Полупроводниковые диоды (478).
§ 205. Неравновесные электроны и дырки с полупроводниках (479).
§ 206. Полупроводниковые усилители (482).
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
Глава XX. Собственные электрические колебания 485
§ 207. Собственные электрические колебания (485).
§ 208. Затухание колебаний (488).
§ 209. Уравнение собственных электрических колебаний. Колебания в отсутствие затухания (490).
§ 210. Колебания при наличии затухания (493).
§ 211. Поддержание колебаний. Искровой контур (496).
§ 212. Автоколебательные системы (497).
§ 213. Использование отрицательных сопротивлений (498).
§ 214. Ламповые генераторы. Обратная связь (500).
§ 215. Условие самовозбуждения (503).
§ 216. Релаксационные колебания (505).
Глава XXI. Вынужденные электрические колебания. Переменные токи 506
§ 217. Сопротивление в цепи переменного тока (507).
§ 218. Ем­кость в цепи переменного тока (508).
§ 219. Индуктивность в цепи переменного тока (511).
§ 220. Закон Ома для переменных токов (514).
§ 221. Резонанс напряжений (516).
§ 222. Установление колебаний (520).
§ 223. Работа и мощность переменного тока (522).
§ 224. Разветвление переменных токов (525).
§ 225. Резонанс токов (527).
§ 226. Параметрический резонанс (530).
§ 227. Комплексные величины (532).
§ 228. Комплексные сопротивления (536).
Глава XXII. Электромагнитные волны вдоль проводов 541
§ 229. Распределенные системы (541).
§ 230. Электромагнитный импульс вдоль проводов (542).
§ 231. Электромагнитные волны (545).
§ 232. Стоячие электромагнитные волны (547).
§ 233. Собственные колебания двухпроводной линии (551).
§ 234. Экспериментальное исследование стоячих электромагнитных волн (553).
§ 235. Открытый вибратор (555).
§ 236. Стоячие волны в катушках (556).
Глава XXIII. Свободные электромагнитные волны 557
§ 237. Образование свободных электромагнитных волн (557).
§ 238. Волновое уравнение (558).
§ 239. Плоские электромагнитные волны (560).
§ 240. Свойства электромагнитных волн (562).
§ 241. Экспериментальное исследование электромагнитных волн (563).
§ 242, Энергия электромагнитных волн (567).
§ 243. Элементарный диполь (571).
§ 244. Давление электромагнитных волн (574).
§ 245. Импульс и масса электромагнитного поля (575).
§ 246. Электромагнитная масса движущегося заряда (579).
Глава XXIV. Применение электромагнитных волн для целей связи 582
§ 247. Принцип радиосвязи (582).
§ 248. Модуляция колебаний (583).
§ 249. Радиопередатчик (58б).
§ 250. Демодуляция колебаний. Радиоприемник (588).
§ 251. Гетеродинный прием (591).
§ 252. Супергетеродинный приемник (591).
§ 253. Полусвободные электромагнитные волны (593).
Добавления 595
1. Теория опытов Кавендиша и Максвелла (к § 28) 595
2. Ориентировка полярных молекул в электрическом поле (к § 48) 598
3. Лилии напряженности и тока (к § 61) 599
4. Метод контурных токов (к § 70) 600
5. Максвелловское время релаксации (к § 73) 601
6. Взаимная энергия двух токов (произвольные контуры) (к § 90) 602
7. Теорема Лармора (к § 115) 603
8. Закон Богуславского-Лэнгмюра 604
9. Устойчивость электрических разрядов (к § 176, 213) 605
10. К объяснению циклотронного резонанса (к § 185) 608
11. Электромагнитное поле диполя (к § 243) 610
12. Давление электромагнитных волн (к § 244) 612
13. Система единиц Гаусса 614
14. Таблица электрических и магнитных единиц 619
Предметный указатель 621