Учебник по физики Лансбрег ч
.2.pdfПод ред. Г.С. Ландсберга
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ УЧЕБНИК ФИЗИКИ
2. Электричество и магнетизм Один из лучших курсов элементарной физики, завоевавший огромную
популярность. Достоинством курса является глубина изложения физической стороны рассматриваемых процессов и явлений в природе и технике. В новом издании структура курса осталась прежней, однако в изложении проведена система единиц СИ, терминология и обозначения единиц физических величин приведены в соответствие с действующим ГОСТ.
Для слушателей и преподавателей подготовительных отделений и курсов вузов, старшеклассников общеобразовательных и профессиональных школ, а также лиц, занимающихся самообразованием и готовящихся к поступлению в вуз.
Оглавление |
|
Из предисловия к первому изданию |
8 |
Глава I. Электрические заряды |
9 |
§1. Электрическое взаимодействие (9). |
|
§2. Проводники и диэлектрики (11). |
|
§3. Разделение тел на проводники и диэлектрики (13). |
|
§4. Положительные и отрицательные заряды (15). |
|
§5. Что происходит при электризации? (17). |
|
§6. Электронная теория (20). |
|
§7. Электризация трением (21). |
|
§8. Электризация через влияние (24). |
|
§9. Электризация под действием света. Фотоэлектрический эффект (27). |
|
§10. Закон Кулона (28). |
|
§11. Единица заряда (31). |
|
Глава II. Электрическое поле |
33 |
§12. Действие электрического заряда на окружающие тела (33). §13. Понятие об электрическом поле (34).
§14. Напряженность электрического поля (36). §15. Сложение полей (38).
§16. Электрическое поле в диэлектриках л в проводниках (40). §17. Графическое изображение полей (41).
§18. Основные особенности электрических карт (44).
§19. Применение метода линий поля к задачам электростатики (45). §20. Работа при перемещении заряда в электрическом поле (48). §21. Разность потенциалов (электрическое напряжение) (51).
§22. Эквипотенциальные поверхности (54).
§23. В чем смысл введения разности потенциалов? (56). §24. Условия равновесия зарядов в проводниках (59). §25. Электрометр (60).
§26. В чем различие между электрометром и электроскопом?(63). §27. Соединение с Землей (64).
§28. Измерение разности потенциалов в воздухе. Электрический зонд (66).
§29. Электрическое поле Земли (67). |
|
§30. Простейшие электрические поля (68). |
|
§31. Распределение зарядов в проводнике. Клетка Фарадея (71). |
|
§32. Поверхностная плотность заряда (75). |
|
§33. Конденсаторы (75). |
|
§34. Различные типы конденсаторов (80). |
|
§35. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов (83). |
|
§36. Диэлектрическая проницаемость (85). |
|
§37. "Почему электрическое поле ослабляется внутри диэлектрика? |
|
Поляризация диэлектрика (88). |
|
§38. Энергия заряженных тел. Энергия электрического поля (91). |
|
Глава III. Постоянный электрический ток |
94 |
§39. Электрический ток и электродвижущая сила (94). |
|
§40. Признаки электрического тока (100). |
|
§41. Направление тока (103). |
|
§42. Сила тока (104). |
|
§43. «Скорость электрического тока» и скорость движения носителей |
|
заряда (105). |
|
§44. Гальванометр (107). |
|
§45. Распределение напряжения в проводнике с током (108). |
|
§46. Закон Ома (110). |
|
§47. Сопротивление проводов (111). |
|
§48. Зависимость сопротивления от температуры (115). |
|
§49. Сверхпроводимость (117). |
|
§50. Последовательное и параллельное соединение проводников (119). |
|
§51. Реостаты (122). |
|
§52. Распределение напряжения в цепи. «Потери» в проводах (123). |
|
§53. Вольтметр (125). |
|
§54. Каким должно быть сопротивление вольтметра и амперметра? (127). |
|
§55. Шунтирование измерительных приборов (128). |
|
Глава IV. Тепловое действие тока |
130 |
§56. Нагревание током. Закон Джоуля — Ленца (130). |
|
§57. Работа, совершаемая электрическим током (133). |
|
§58. Мощность электрического тока (132). |
|
§59. Контактная сварка (134). |
|
§60. Электрические нагревательные приборы. Электрические печи (135). |
|
§61. Понятие о расчете нагревательных приборов (136). |
|
§62. Лампы накаливания (138). |
|
§63. Короткое замыкание. Плавкие предохранители (139). |
|
§64. Электрическая проводка (142). |
|
Глава V. Прохождение электрического тока через электролиты |
144 |
§65. Первый закон Фарадея (144). |
|
§66. Второй закон Фарадея (146). |
|
§67. Ионная проводимость электролитов (148). |
|
§68. Движение ионов в электролитах (151). |
|
§69. Элементарный электрический заряд (152). |
|
§70. Первичные и вторичные процессы при электролизе (153). |
|
§71. Электролитическая диссоциация (155). |
|
§72. Градуировка амперметров при помощи электролиза (157). |
|
§73. Технические применения электролиза (158). |
|
Глава VI. Химические и тепловые генераторы тока |
161 |
§74. Введение. Открытие Вольты (161). |
|
§75. Правило Вольты. Гальванический элемент (162). |
|
§76. Как возникают э. д. с. и ток в гальваническом элементе? (165). |
|
§77. Поляризация электродов (170). |
|
§78. Деполяризация в гальванических элементах (172). |
|
§79. Аккумуляторы (174). |
|
§80. Закон Ома для замкнутой цепи (177). |
|
§81. Напряжение на зажимах источника тока и э. д. с. (179). |
|
§82. Соединение источников тока (182). |
|
§83. Термоэлементы (187). |
|
§84. Термоэлементы в качестве генераторов (189). |
|
§85. Измерение температуры с помощью термоэлементов (190). |
|
Глава VII. Прохождение электрического тока через металлы |
194 |
§86. Электронная проводимость металлов (194). |
|
§87. Строение металлов (197). |
|
§88. Причина электрического сопротивления (198). |
|
§89. Работа выхода (200). |
|
§90. Испускание электронов накаленными телами (201). |
|
Глава VIII. Прохождение электрического тока через газы |
204 |
§91. Самостоятельная и несамостоятельная проводимость газов (204). |
|
§92. Несамостоятельная проводимость газа (205). |
|
§93. Искровой разряд (209). |
|
§94. Молния (212). |
|
§95. Коронный разряд (213). |
|
§96. Применения коронного разряда (214). |
|
§97. Громоотвод (216). |
|
§98. Электрическая дуга (216). |
|
§99. Применения дугового разряда (219). |
|
§100. Тлеющий разряд (221). |
|
§101. Что происходит при тлеющем разряде? (222). |
|
§102. Катодные лучи (224). |
|
§103. Природа катодных лучей (225). |
|
§104. Каналовые лучи (230). |
|
§105. Электронная проводимость в высоком вакууме (231). |
|
§106. Электронные лампы (232). |
|
§107. Электроннолучевая трубка" (236). |
|
Глава IX. Прохождение электрического тока через полупроводники |
239 |
§108. Природа электрического тока в полупроводниках (239). |
|
§109. Движение электронов в полупроводниках. Полупроводники с |
|
электронной и дырочной проводимостью (243). |
|
§110. Полупроводниковые выпрямители (248). |
|
§111. Полупроводниковые фотоэлементы (253). |
|
Глава X. Основные магнитные явления |
254 |
§112. Естественные и искусственные магниты (254). |
|
§113. Полюсы магнита и его нейтральная зона (257). |
|
§114. Магнитное действие электрического тока (259). |
|
§115. Магнитные действия токов и постоянных магнитов (262). |
|
§116. Происхождение магнитного поля постоянных магнитов. Опыт |
|
Кулона (268). |
|
§117. Гипотеза Ампера об элементарных электрических токах (272). |
|
Глава XI. Магнитное поле |
274 |
§118. Магнитное поле и его проявления. Магнитная индукция (274). |
|
§119. Магнитный момент. Единица магнитной индукции (276). |
|
§120. Измерение магнитной индукции поля с помощью магнитной |
|
стрелки (277). |
|
§121. Сложение магнитных полей (279). |
|
§122. Линии магнитного поля (280). |
|
§123. Приборы для измерения магнитной индукции (281). |
|
Глава XII. Магнитные поля электрических токов |
283 |
§124. Магнитное поле прямолинейного проводника и кругового витка с |
|
током. Правило буравчика (283). |
|
§125. Магнитное поле соленоида. Эквивалентность соленоида и |
|
полосового магнита (286). |
|
§126. Магнитное поле внутри соленоида. Напряженность магнитного поля |
|
(289). |
|
§127. Магнитное поле движущихся зарядов (291). |
|
Глава XIII. Магнитное поле Земли |
294 |
§128. Магнитное поле Земли (294). |
|
§129. Элементы земного магнетизма (296). |
|
§130. Магнитные аномалии и магнитная разведка полезных ископаемых |
|
(299). |
|
§131. Изменение элементов земного магнетизма с течением времени. |
|
Магнитные бури (300). |
|
Глава XIV. Силы, действующие в магнитном поле на проводники с |
301 |
током |
|
§132. Введение (301). |
|
§133. Действие магнитного поля на прямолинейный проводник с током. |
|
Правило левой руки (301). |
|
§134. Действие магнитного поля на виток или соленоид с током (306). §135. Гальванометр, основанный на взаимодействии магнитного поля и
тока (312).
§136. Сила Лоренца (313). |
|
§137. Сила Лоренца и полярные сияния (318). |
|
Глава XV. Электромагнитная индукция |
320 |
§138. Условия возникновения индукционного тока (320). |
|
§139. Направление индукционного тока. Правило Ленца (326). |
|
§140. Основной закон электромагнитной индукции (330). |
|
§141. Электродвижущая сила индукции (332). |
|
§142. Электромагнитная индукция и сила Лоренца (335). |
|
§143. Индукционные токи в массивных проводниках. Токи Фуко (337). |
|
Глава XVI. Магнитные свойства тел |
341 |
§144. Магнитная проницаемость железа (341). |
|
§145. Магнитная проницаемость различных веществ. Вещества |
|
парамагнитные и диамагнитные (345). |
|
§146. Движение парамагнитных и диамагнитных тел в магнитном поле. |
|
Опыты Фарадея (348). |
|
§147. Молекулярная теория магнетизма (350). |
|
§148. Магнитная защита (351). |
|
§149. Особенности ферромагнитных тел (353). |
|
§150» Основы теории ферромагнетизма (358). |
|
Глава XVII. Переменный ток |
361 |
§151. Постоянная и переменная электродвижущая сила (361). |
|
§152. Опытное исследование формы переменного тока. Осциллограф |
|
(365). |
|
§153» Амплитуда, частота и фаза синусоидального переменного тока и |
|
напряжения (368). |
|
§154. Сила переменного тока (371). |
|
§155. Амперметры и вольтметры переменного тока (373). |
|
§156. Самоиндукция (374). |
|
§157. Индуктивность катушки (377). |
|
§158. Прохождение переменного тока через конденсатор и катушку с |
|
большой индуктивностью (379). |
|
§159. Закон Ома для переменного тока. Емкостное и индуктивное |
|
сопротивления (382). |
|
§160. Сложение токов при параллельном включении сопротивлений в |
|
цепь переменного тока (384). |
|
§161. Сложение напряжений при последовательном соединении |
|
сопротивлений в цепи переменного тока (388). |
|
§162. Сдвиг фаз между током и напряжением (389). |
|
§163. Мощность переменного тока (394). |
|
§164. Трансформаторы (396). |
|
§165. Централизованное производство и распределение электрической |
|
энергии (401). |
|
§166. Выпрямление переменного тока (405). |
|
Глава XVIII. Электрические машины: генераторы, двигатели, |
410 |
электромагниты |
|
§167. Генераторы переменного тока (410). |
|
§168. Генераторы постоянного тока (415). |
|
§169. Генераторы с независимым возбуждением и с самовозбуждением |
|
(422). |
|
§170. Трехфазный ток (427). |
|
§171. Трехфазный электродвигатель (433). |
|
§172. Электродвигатели постоянного тока (441). |
|
§173. Основные рабочие характеристики и особенности двигателей |
|
постоянного тока с параллельным и последовательным |
|
возбуждением (445). |
|
§174. Коэффициент полезного действия генератора и двигателя (451). |
|
§175. Обратимость электрических генераторов постоянного тока (452). |
|
§176. Электромагниты (453). |
|
§177. Применение электромагнитов (455). |
|
§178. Реле и их применения в технике и автоматике (458). |
|
Ответы и решения к упражнениям |
460 |
Приложения |
471 |
I. Фундаментальные физические константы (471). |
|
II. Множители и приставки для образования десятичных кратных и |
|
дольных единиц и их наименований (472). |
|
Предметный указатель |
473 |
Таблицы |
|
1.Диэлектрическая проницаемость некоторых веществ (86).
2.Удельное сопротивление и связанные с ним величины для некоторых веществ при 0°С (114).
3.Среднее значение температурного коэффициента сопротивления некоторых проводников (117).
4.Максимальная допустимая нагрузка обмотки в электронагревательных приборах и реостатах (137).
5.Электрохимический эквивалент некоторых веществ (146).
6.Термо-э.д.с. наиболее употребительных термопар (188).
7.Магнитная проницаемость для некоторых парамагнитных и диамагнитных веществ (347).
8.Преимущества, недостатки и области применения двигателей различных типов (451).
Предметный указатель
Аккумулятор 174, 177, 332, 361 |
Ампер 31, 105, 111, 133, 305 |
— буферный 177 |
— на метр 291 |
— железоникелевый 176 |
Ампер-весы 305 |
— свинцовый 175, 176 |
Амперметр 107, 108, 126—128, 142, |
— щелочной 176 |
157, 310 |
Алюминий 159, 359 |
|
— магнитоэлектрической системы |
— газоразрядный 409 |
373 |
— германиевый 252 |
— тепловой 107, 332 |
— купроксный 250 |
Амперовы молекулярные токи 272, |
— медно-закисный 250, 251 |
273, 301, 310, 344, 347, 354 |
— полупроводниковый 248, 251, 253, |
Ампер-секунда 31 |
409 |
Ампер-час 176 |
— ртутный 408 |
Амплитуда 369, 371—374, 387 |
— селеновый 250, 251 |
Анион 150, 153 |
— твердый 409 |
Анод 144, 150, 164, 232, 235, 236 |
Выпрямление переменного тока 405, |
Анодный ток 234, 235 |
416 |
Атмосферное электричество 212 |
— — — двухполупериодное 406, |
Атом 19, 88, 194, 273 |
407, 409 |
Атомное ядро 19, 457 |
— — — однополупериодное 406 |
Батарея аккумуляторов 142 |
Газотрон 408 |
— гальванических элементов 142, |
Газы 204 |
173, 183—185 |
Гальванометр 107, 125—127, 142, |
— конденсаторов 81 |
157, 264, 312, 313, 366 |
— накала 231, 233, 234 |
— баллистический 341, 342 |
Беличье колесо 436 |
— зеркальный 366 |
Бифилярная намотка 289 |
— струнный 313 |
Болометр 242 |
Гальванопластика 160 |
Буссоль наклонений 298 |
Гальваностегия 159 |
Вакуумный диод 233 |
Генератор Ван-де-Граафа 74 |
Валентность 147 |
— индукционный 361, 410, 415 |
Ватт 133 |
— переменного тока 410, 422 |
Ваттметр 142 |
— постоянного тока 415, 417— 419, |
Вебер 334 |
422, 441 |
Векторы 40 |
Генератор сериесный 423 |
Висмут 274, 282 |
— с независимым возбуждением 422 |
Висмутовая спираль 282 |
— — параллельным возбуждением |
Внешняя характеристика генератора |
423, 425, 426 |
426 |
— — последовательным |
Водород 150 |
возбуждением 423, 425, 426 |
Вольт 53, 77, 111, 133 |
— — самовозбуждением 423 |
— на метр 38, 57 |
— трехфазного тока 428 |
Вольтамперная характеристика 207, |
— шунтовый 423 |
208, 219, 231, 234, 251, 252 |
— э.д.с. 161 |
Вольтметр 126, 127, 142, 310 |
— — — — тепловой 190 |
— искровой 210 |
— — — — химический 161 |
Вращающий момент 275, 276—278, |
— электрический 410 |
308 |
— электрического тока 96, 99, 103, |
Выключатель 142 |
106, 253, 361, 401 |
Выпрямитель 4 05 |
Генри 290, 377 |
— на метр. 290, 378 |
— — тока 31, 105, 305 |
Германий 246, 251, 252 |
— сопротивления 111 |
Герц 369 |
— частоты 369 |
Гипотеза Ампера 272 |
— электрического напряжения 53 |
— Кулона 271, 272 |
— электрической емкости 31 |
Грозовые облака 212 |
Емкость аккумулятора 176 |
Гром 213 |
— электрическая 77—79, 85, 88, 383 |
Громовая машина Ломоносова 212 |
— — уединенного тела 79, 80 |
Громоотвод 216 |
Железо 344, 345, 351, 353, 355— 359, |
Двойной электрический слой 21 , 23, |
454 |
249 |
Закон Ампера 304 |
Действующее значение переменного |
— Джоуля — Ленца 130, 132 |
напряжения 374 |
— Кулона.28, 30, 33, 37, 38, 88 |
— — — тока 372, 373, 387 |
— Ома 110—112, 126, 199, 207,208, |
Делитель напряжения 125 |
219, 235, 331, 332, 445 |
Деполяризатор воздушный 174 |
— — для замкнутой цепи 179 |
Деполяризация 172 |
— сохранения энергии 49, 163, 188, |
— химическая 173 |
328, 445 |
Джоулево тепло 130, 134, 199, 219 |
— Фарадея второй 146—148 |
395, 439, 447 |
— — первый 145, 146, 148, 150, 157 |
Джоуль 130, 133 |
— электромагнитной индукции 325, |
Диамагнетики 346—349, 351, 353, |
330 |
354, 359 |
Запирающий слой 249—251 |
Динамо-машина 423 |
Заряд |
Диод 232, 233 |
Земли 67 |
Диполь 89 |
— конденсатора 76 |
Диэлектрик 12—14, 23, 40, 41, 204, |
— объемный 235 |
239, 395 |
— пробный 37 |
Домены 359 |
— пространственный 232, 235 |
Дуговая плавильная печь 220 |
— точечный 28 |
— электросварка 220 |
— элементарный 19, 153 |
Дырка 245—247 |
Заряды индуцированные 24, 25< 212, |
Единица емкости 31 |
335 |
— заряда 31 |
— наведенные 24 |
— индуктивности 290, 377 |
— поляризационные 89, 90, 91 |
— магнитного момента 276 |
— связанные 91 |
— — потока 334 |
Земля 59, 64, 80, 216, 265, 266 |
Единица магнитной индукции 277 |
Земной индуктор 334 |
— напряженности магнитного поля |
— магнетизм 298, 300 |
291 |
Изолятор 12 |
— — электрического поля 38 |
Индуктивность 377; 378, 381—383, |
— работы 133 |
391 |
— разности потенциалов 53 |
— соленоида 378 |
— силы света 139 |
Индуктор 410—413 |
Индукционная печь, 338 |
Короткое замыкание 140, 175, 180, |
Индукция магнитная 275—277, 286, |
181 |
289, 345, 354 |
Коэрцитивная сила 356, 357, 359 |
— электромагнитная 118, 320, 335, |
Коэффициент мощности 395, 396, |
361, 378 |
400, 439 |
— электростатическая 24, 46, 270 |
— трансформации 399 |
Инклинатор 298 |
К.п.д. генератора 452 |
Ион 19, 100, 105, 110, 149—153, 155, |
— — — двигателя 452 |
166, 194, 214, 244 |
— — — термоэлемента 189, 190 |
Ионизация газа 205 |
— — — трансформатора 400, 401 |
Ионная лавина 211 |
— — — фотоэлемента 253 |
Ионосфера 80 |
Кремний 251, 252 |
Источник э.д.с. 118, 161, 253 |
Критическая температура 118 |
— электрического тока 96, 142 |
Крутильные весы Кулона 29, 281 |
Каналовые лучи 230, 231 |
Кулон 31, 77 |
Кандела 139, 220 |
Лампа газоразрядная 222 |
Карданов подвес 297 |
— двухэлектродная 232, 250, 405 |
Катион 150, 153 |
— дневного света 222 |
Катод 144, 150, 164, 232, 235 |
— накаливания 138—140 |
— накаленный 236 |
— —Лодыгина 138 |
— холодный 236 |
— неоновая 224 |
Катодное падение потенциала 223 |
— пальчиковая 236 |
— темное пространство 222, 230 |
— трехэлектродная 233—235, 252 |
Катодные лучи 224, 225—230, 264, |
— электронная 232, 233, 235 |
292, 314 |
Лейденская банка 81, 162, 212 |
Кварцевая лампа 221 , Кенотрон 233, |
Линии магнитного поля 280, 281, |
408 |
283, 284, 286 |
Киловатт 133 |
— электрического поля 43, 45, 55— |
Киловатт-час 133 |
57, 59 |
Клетка Фарадея 71 |
Магнето 412 |
Коллектор 415, 442, 443 |
Магнитометр динамический 282 |
Компас 294, 299 |
— статический 281 |
Компаунд-генератор 427 |
Магнит естественный 254 |
Компаунд-двигатель 445 |
— искусственный 255—257 |
Конденсатор 76—78, 80, 91, 97, 213, |
— полосовой 286, 288 |
379, 383, 392, 395, 407 |
— постоянный 256, 258, 351, 356, |
— переменной емкости 82 |
357, 412, 453 |
— плоский 76, 83, 88 |
— элементарный 271 |
— технический 87 |
Магнитная аномалия 299 |
Контактная электросварка 134 |
— буря 300, 319 |
Контактные кольца 410—412 |
— защита 351—353 |
Концентрация электронов 240 |
— мина 295 |
Корона 214 |
— ось Земли 295 |
|
— постоянная 290, 305, 345, 378 |
— разведка 300 |
— синусоидальное 365 |
— стрелка 258, 267, 310 |
— фазное 429, 430 |
— экранировка 352 |
— электрическое 52—54, 94, 97, 98, |
Магнитное возмущение 00 |
110, 125 |
— действие тока 101 —103 |
Напряженность магнитного поля |
— наклонение 297, 298 |
289—291, 345, 354 |
— насыщение 355, 357, 455 |
— электрического поля 37, 38, 40, 57, |
— склонение 297—299 |
58, 275 |
— успокоение 339 |
Независимость действия магнитных |
Магнитные карты 281 |
полей 279 |
— полюсы Земли 295 |
— — электрических полей 39 |
— силы 260, 261, 302, 303 |
Нейтральная зона магнита 257 |
Магнитный гистерезис 356, 359, 360 |
Никелин 137 |
— заряд 269, 272, 273 |
Нихром 135, 137 |
— меридиан 296 |
Носители заряда 100, 105, 106, 110, |
— момент 276—278, 353, 354 |
111, 240 |
— поток 325, 337, 342, 354, 362, 363 |
— — неосновные 247 |
Магнитострикция 274 |
— — основные 247 |
Медь 146, 164, 359 |
— тока 240 |
Международная система единиц 31 |
Огни святого Эльма 216 |
Металл 20, 103, 111, 150, 162, 163, |
Ом 111 |
166, 189, 194, 219, 239, 240 |
Омметр 113 |
Микроампер 105 |
Опыт Гальвани 162 |
Микроамперметр 105 |
— Мандельштама и Папалекси 195 |
Микрофарад 77 |
— Рикке 194 |
Миллиампер 105 |
— Роуланда — Эйхенвальда 292 |
Молекула 88 |
— Столетова 353 |
— дипольная 89 |
— Толмена и Стюарта 195 |
Молния 93, 134, 212, 213, 216, 260, |
— Фарадея 348 |
326 |
Опыт Эрстеда 262 |
Моль 148, 152 |
Осциллограф 366 |
Мощность переменного тока 394, |
— катодный 237, 367 |
395, 396 |
— петлевой 366, 371, 389 |
— полная 396 |
— шлейфовый 366 |
— электрического тока 132, 337, 445 |
— электроннолучевой 237, 367, 368 |
Намагниченность 354—356 |
Отклоняющие пластины 237 |
— остаточная 356, 357, 359, 424 |
Пара сил 275 |
Намагничивание 272 |
Парамагнетик 346—348, 351, 353, |
— временное 255, 256 |
354, 358, 359 |
— остаточное 255, 256 |
Период переменного тока 368, 369 |
Напряжение линейное 429—431 |
Пермаллой 358 |
— межфазное 429 |
Петля гистерезиса 356, 357 |
— потерянное 124 |
Пикофарад 77 |
— пробоя 210, 211 |
Пламенный зонд 66, 67 |