Електрика і магнетизм

Мета вивчення дисципліни:
Навчальна дисципліна «Електрика та магнетизм» має на меті формування знань з загальної фізики, які є базовими для підготовки фахівців першого (бакалаврського) рівня для спеціальності 104 – Фізика ядра та високих енергій, а саме навчити здобувачів знанням про основні явища та фізичні закони електрики та магнетизму, методи їх експериментального спостереження і прояви в явищах природи і повсякденному житті. А також сформувати в здобувачів основи навичок застосування апарату вищої математики для розв’язку фізичних явищ.

Практичне значення та використання отриманих знань:
Опанування методики отримання нових наукових знань у фізиці та розуміти задачи, що вирішуються експериментальною та теоретичною фізиками. Опанування знань про основні експериментальні данні на яких базується загальна фізика. Опанування знань про основні закони загальної фізики. Закріплення та розвиток знань з загальної фізики за допомогою вирішення задач на практичних заняттях. Опанування знання про фізичні закони електрики та магнетизму. Опанувати теорію похибків та сформувати навички ії використання при експериментальних вимірюваннях. Формування навичків практичних розрахунків.

Тематика та види навчальних занять

Для очної (денної) форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. «Електростатика: електричне поле у вакуумі; закон Кулона; вектор напруженісті електричного поля; потенціал електричного поля; енергія взаємодії системи зарядів».
Лекція 2. «Електростатика: зв'язок між напруженістю і потенціалом; потік вектора напруженості; теорема Гауса; приклади використання теореми Гауса».
Лекція 3. «Електричне поле у діелектриках: полярні і неполярні діелектрики; поляризація діелектриків; зв’язані заряди при поляризації; опис поля у діелектриках».
Лекція 4. «Провідники у зовнішньому електричному полі: рівновага та розподіл зарядів на провіднику; провідник у зовнішньому електричному полі; електроємність провідників; конденсатори».
Лекція 5. «Енергія електричного поля: енергія зарядженого провідника; енергія зарядженого конденсатора; енергія електричного поля».
Лекція 6. «Сталий електричний струм: електричний струм та сила струму; електрорушійна сила; закон Ома для однорідної ділянки кола».
Лекція 7. «Сталий електричний струм: закон Джоуля-Ленца; закон Ома для неоднорідної ділянки кола; розгалужені електричні кола та правила Кірхгофа».
Лекція 8. «Магнітне поле у вакуумі: взаємодія струмів та магнітне поле; закон Біо-Савара-Лапласа; поле прямолінійного струму; циркуляція вектора магнітної індукції; поле соленоїда».
Лекція 9. «Взаємодія струмів і частинок з магнітним полем: закон Ампера; сила Лоренца».
Лекція 10. «Магнітне поле у речовині: намагнічування речовини; опис поля у магнетиках».
Лекція 11. «Магнітне поле у речовині: діамагнетизм; парамагнетизм; феромагнетизм».
Лекція 12. «Електромагнітна індукція: явище електромагнітної індукції; індуктивність».
Лекція 13. «Електромагнітна індукція: самоіндукція».
Лекція 14. «Електромагнітна індукція: енергія магнітного поля».
Лекція 15. «Класична теорія провідності металів: основні положення; закон Ома».
Лекція 16. «Класична теорія провідності металів: закон Джоуля-Ленца».
Лекція 17. «Система рівнянь Максвела-Лоренца для електромагнитного поля у вакумі: дивергвнция та ротор векторного поля; теорема Гауса-Остроградського; теорема Стокса».
Лекція 18. «Система рівнянь Максвела-Лоренца для електромагнитного поля у вакумі: знаходження векторного поля, якщо в кожній точті простору задані його дівергенція та ротор».
Лекція 19. «Система рівнянь Максвела-Лоренца для електромагнитного поля у вакумі: електромагните поле зарядів, що рухаються с постійною швидкісттю».
Лекція 20. «Система рівнянь Максвела-Лоренца для електромагнитного поля у вакумі: електромагните поле зарядів, що рухаються, (загальний випадок)».
Лекція 21. «Система рівнянь Максвела-Лоренца для електромагнитного поля у вакумі: система рівнянь Максвела-Лоренца».
Лекція 22. «Система рівнянь Максвела-Лоренца для електромагнитного поля у вакумі: струм зміщення».

Практичні заняття
Практичне заняття №1. «Одиниці вимірювання у електродинамиці та ситеми одиниць. Лінійні математичні операції з векторами. Скалярний та векторний добуток векторів. Визначення границі, дифференціала та похідної. Невизначений як обернена операція до похідной. Визначенний інтеграл».
Мета заняття: закріплення лекційного матеріалу.
Практичне заняття № 2. «Інтегруваннярівняння рівняння динаміки пробного електричного задяду, на який діє сили іншого заряду, що описується законом Кулона. Похілна за напрямком та градієнт скалярної функції».
Мета заняття: закріплення лекційного матеріалу.
Практичне заняття № 3. «Електростатика: приклади вирішення задач».
Мета заняття: закріплення лекційного матеріалу та навчання вирішенню задач.
Практичне заняття № 4. «Потік векторів напруження електромагнитного поля через поверхню. Теорема Гауса. Приклади використання теореми Гауса».
Мета заняття: закріплення лекційного матеріалу та навчання вирішенню задач.
Практичне заняття № 5. «Закони постійного струму: приклади вирішення задач».
Мета заняття: закріплення лекційного матеріалу та навчання вирішенню задач.
Практичне заняття № 6. «Магнітне поле постійного струму: приклади вирішення задач»
Мета заняття: закріплення лекційного матеріалу та навчання вирішенню задач.
Практичне заняття № 7. «Дивергенція та ротор векторного поля. Циркуляція векторів напруження. Теореми Гауса-остроградського та теорема Стокса».
Мета заняття: закріплення лекційного матеріалу та вирішення задач.
Практичне заняття № 8. «Знаходження векторного поля, якщо в кожній точті простору задані його дівергенція та ротор».
Мета заняття: закріплення лекційного матеріалу.

Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. «Елементи теорії вимірювання: основні відомості про вимірювання; методи опрацювання результатів вимірювань; випадкові похибки; вилучення надмірних похибок; систематичні похибки».
Лабораторне заняття №2. «Основні елементи електричних кіл і типи електровимірювальних приладів».
Лабораторне заняття №3. «Перевірка закону Ленца-Джоуля».
Лабораторне заняття № 4. «Визначення індукції магнітного поля».
Лабораторне заняття № 5. «Дослідження магнітного поля соленоїда».
Лабораторне заняття № 6. «Вивчення елементів земного магнетізму».
Лабораторне заняття № 7. «Перевірка законів магнітних кіл постійного струму».

Консультації здійснюються впродовж семестру згідно з встановленим розкладом.

Індивідуальна робота

Для денної форми здобуття освіти

Індивідуальна робота здобувача вищої освіти у дисципліні передбачає виконання розрахунково-графічної роботи в обсязі 15 годин.
Передбачені різні теми РГР з різними методами рішень і особистими варіантами для кожного здобувача вищої освіти.
Мета розрахунково-графічної роботи – набуття загальних та спеціальних компетентностей майбутніх бакалаврів, поглиблення теоретичних знань і практичних вмінь.
Задачі розрахунково-графічної роботи: вдосконалення здобувачами теоретичних знань та навичок роботи з програмним забезпеченням, методів програмування та проведення комп’ютерних розрахунків, а також проведення порівняльного аналізу розрахункових і експериментальних результатів.
В результаті виконання розрахунково-графічної роботи здобувач вищої освіти одержує додаткові теоретичні та практичні навички в використанні методів із загальної фізики.
Досягнення поставленої мети контролюється викладачем за встановленим графіком роботи кожного здобувача вищої освіти.
При виконанні РГР здобувач вищої освіти підтверджує ПРН5.(У/Н) Аргументувати вибір теоретичної моделі, програмних та технічних засобів для отримання результатів комп’ютерних розрахунків за темою РГР, а також ПРН12.(ВА) Здатність до самонавчання та продовження професійного розвитку.
Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Для денної форми здобуття освіти
На протязі семестру проводяться 4 письмові опитування з лекційного курсу (по 2 в кожному семестровому модулі), кожне з яких оцінюється в 2 бали. Також проводиться 8 усно – письмових опитувань з матеріалу практичних занять. Кожне із них оцінюється в 1 бал. Ще в 14 балів оцінюється виконання лабораторних робіт студентами (по 2 бала за кожну лабораторну роботу). Виконання РГР оцінюється у 10 балів. Також в семестрі проводяться дві контрольні роботи, які оцінюються в 30 балів кожна.
Білет з модульної контрольної роботи містить два питання з лекційного курсу (10 бали кожне) і два питання за матеріалом практичних занять, які оцінюються в 5 балів кожне.