הצגת סילבוסים

קורס מספר: 86-120-01           
שם הקורס: חשמל ומגנטיות
סוג הקורס: הרצאה
שנה / סמסטר : תשע"ו    סמסטר ב
היקף שעות: 4 ש"ס     ניקוד:   2
שם המרצה: פרופ' מרדכי דויטש            פרטי התקשרות עם המרצה
תאריך עדכון אחרון:    30/08/2015

מטרות הקורס / תוצרי הלמידה*:

להעניק לסדוטנט בפיסיקה/ביופיסיקה ראיה מקיפה ובסיסית של תורות החשמל, המגנטיות והשדות: החל מהגדרת החשמליות וכלה במשוואות מקסוואל התלויות בזמן, תוך הצגה וניתוח של עקרונות בסיסיים, ישומיהם ומגבלותיהם.  תוצר הלמידה המצופה הוא הקנייה לסטודנט ראיה כוללת ומופשטת של חוקי הפיזיקה החל ממכניקה, חוקי שימור, וכלה באינטראקציות המשולבות גרויטציונית-חשמלית-מגנטית שהן האחראיות למרבית התופעות הנצפות ברמה המקרוסקופית.


תאור הקורס:

מספר הרצאה

אלקטרוסטטיקה

 

1

הצגה:  חשמליות, הרכשתם, העברתה,  סימני מטענים, הכוחות בינהם, חוק קולון,  יחידות (יא"ס, קולון), סופרפוזיציה

ריענון:  הפרדה ישרת זווית, חיבור וקטורים, מכפלה סקלרית/וקטורית.

2

השדה החשמלי.  מטען בוחן, חישוב השדה של הערכות בלתי רציפה של מטענים, קווי כוח/שדה, פרמיטיביות חשמלית. ההיבט הגיאומטרי של השדה החשמלי, השטף ממטען יחידה, מכמה מטענים.  הדמיות. הרפיה מתמטית: אלמנט שטח ונפח במערכת קרטזית, גלילית וכדורית. צפיפות מטען אורכית, משםחית ונפחית.

 

 

 

 

3

 השטף החשמלי.  ווקטור שטח, משמעות המכפלה הסקלרית בין שדות לווקטורי שטח.  סיכום קווי השטף החוצים משטח. קווי שדה/שטף, צפיפותם, משמעותם.  השטף החשמלי ממטען בודד, דיפול, מספר מטענים, רצף: תייל, מישור, כדור. הדמיות. המושג ווקטור שטח ומשמעות הכפלה הסקלארית שלו עם ווקטור אחר. חשוב שדות מגופים טעונים.

4

חוק גאוס האינטגראלי.  הוכחה.  ישום להתפלגות דיסקרטית/רציפה חוץ ותוך גופית. הקבל.

5

חוק גאוס הדיפרציאלי.  הוכחה וישום. משמעות הדיברגנס, משפט הדיברגנס.  הדיברגנס בשלוש הסימטריות.  

6

העבודה החשמלית.  תזכורת: האינטגרל הקווי.  עבודת השדה הנוצר ממטען נקודתי, מהתפלגות מטען, מגופים טעונים. כוח משמר.

7

הפוטנציאל החשמלי.  חישוב עבור מערכות מטענים פרטנית/רציפה.

 

8

 המשמעות הגיאומטרית של ה – grad , הבעתו במערכת קורדינטות כדוריות וגליליות. היחס בין מישורים שווי פוטנציאל וקווי שדה.  דוגמאות מחשמל ומכניקה.  חישוב V, ממנו את E וממנו את r והצגתם הגראפית. Ñ2V =  - r/ ε   בשלושת סוגי הקורדינאטות. רציפות/אי- רציפות של V ו – E.  משמעותם הפיזירקלית. הדמיות.  ההבדלה בין ,E0 E ו- D. שדה משמר, בעיות פוטנציאל.  האנרגיה החשמלית של הערכות מטענים ושל גוף טעון. הקיבולת החשמלית. השפעת התווך.

9

 ה- Curl. משמעותו,   , משפט סטוקס. 

10

 

מוליכים.  מוליכות, צפיפות הזרם, מודל דרודה, מהירות תרמית/סחיפה, המסלול החופשי האקראי, הזמן בין התנגשויות, המוביליות החשמלית.  ההיבט המיקרוסקופי/המקרוסקופי. 

 

11

 

 

חוק אוהם. זרם, מתח, עבודה, הספק חומני: הגדרות באמצעות I, V ו-R וכן באמצעות J,  Eו- s. שדה לא משמר שמקורו בסוללה.  חוק הרציפות, חוקי קירכהוף. 

 

12

מבודדים.  ההיבט האטומי, פולרזביליות, סוספטביליות חשמלית. הקטבה חשמלית ליחידת נפח. הקשר לפרמיטיביות של חומר ולשדה הדיפולי Ep - ,השקול –  , E והיוצר - E0. כנ"ל עבור צפיפויות המטען s0, sN ,sp .  המקדם הדיאלקטרי, הקשר בין ההתקטבות נחשמלית ומטען המשטחי המושרה, הקבל, קיבולת חשמלית, האנרגיה האלקטרוסטאטית ליחידת נפח והספקה.

13

 

השטף החשמלי בריק/בתווך, השדה והפוטנציאל בריק/בתווך.   קווי השטף בתווך דיאלקטרי. המשמעות האוניברסאלית של צפיפות האנרגיה וההספקה

13

תנאי השפה עבור  E, D ו- J   , הדואליות בין D ל- J.   שימוש בתנאי השפה למציאת השינויים החלים ב- E, D ו- J בשפות שבין שני מבודדים, שני מוליכים, מוליך- מבודד.

               מגנטוסטטיקה

 

14

 

 

הצגה: השדה המגנטי B , צורתו, הקשר בין זרם חשמלי ו- B .  המחשת חוק ביו-סבר, השדה מתיל,

מעניבה/סליל נושאי זרם. חוק ביו-סבר/לפלס וישומו.  מקור הדיפול המגנטי, תווך מגנטי, כוח לורנץ.  התכונה המגנטית, הרכשתה. הכוחות בין תיילים נושאי זרם. 

15

 

 

 

 

הרצאה:  כוח לורנץ, יחידות, חוק ביו- סבר דיפרנציאלי/אינטגראלי, מומנט דיפול מגנטי, הוכחת   וחוק גאוס לשדה המגנטי ישירות מחוק מביו-סבר, הפוטנציאל הוקטורי A, הקשרB=curl , חוק אמפר לפלס, תנופה מגנטית, מומנט הדיפול המגנטי, יחידות, חישוב השדה ממוליך השוואה בין V ל-  A, הקשר המידי בין E ל- B

16

 

 

 

הדגמה: השראה מגנטית, חוק לנץ, פארדי.  הרצאה: חוק מקסאול III , היבטים פיסיקליים ניסיוניים של חוק פארדי.  הדגמות שונות של יצירת כא"מ.  חישובו באמצעות חוק פארדי וכוח לורנץ.  הדומה והשונה בין שני אופני החישוב.

 

הרצאה והמחשות: המנוע החשמלי, גנרטור, שנאי

 

 

 

17

 

 

סיכום: פוטנציאלים סקאלרים ווקטוריים, הדומה ושונה בינהם והשימוש בהם.

קבל ומשרן: קיבולת. השראות עצמית, מתח, זרם, אימפדנסים, צפיפות האנרגיה, והספק צפיפות האנרגיה בהם (קבל לעומת טורואיד) ,B  ו-  H , ניסוח משוואות מקסוואל באמצעות   Hו-  D. הפקת E ועבודה חשמלית מ- A ו- V

18

 

השלמת חוק אמפר - מקסוואל באמצעות חוק הרציפות. זרם הולכה\העתקה, היחס ביניהם ותלותו בתדירות ההפרעה. הגדרת מוליך לעומת מבודד.  הדגשת היבטים פיסיקליים של חוק הרציפות. הדגשת תרומת זרם העתקה להוכחת קיומם של גלים א"מ. השדה המגנטי בקבל נטען.

19

תנאי השפה עבור ,B ו-  H.  התווך המגנטי, מודל אמפר, התקטבות מגנטית. פרמביליות וסוספטביליות מגנטית, ההיבט המיקרוסקופי שלהם.  האנלוגיה בין ,B ו-  H ל- E ו- D

19

 

אופציונאלי: הפונקציה המחזורית, משוואת הגלים הדיפרנציאלית, פיתוח משוואת הגלים הדיפרנציאלית ופתרונה.

20

 

 

הרצאה/תרגול

21

 

 

הרצאה/תרגול

22

 

אופציונאלי:  ביקור במפעל חשמל - סוף הקורס -

 

 

 

דרישות קדם:

בגרות במתמטיקה ברמה של 4 יחידות ומעלה.


חובות / דרישות / מטלות**:

במהלך הסמסטר יתקיימו שלושה בחנים בלא חומר עזר אשר תוכנם הוא שאלות התירגול.  בחינה כוללת עם חומר עזר תערך בסוף הקורס.  הבחינה תורכב, בד"כ,  מ - 4 שאלות מתוכן יש לפתור 3.  משך הבחינה 3 שעות בלבד.


מרכיבי הציון הסופי:

בחינה 70%, ממוצע שלושת הבחנים 30%.


ביבליוגרפיה:

1.      Alonso &Finn:  Electricity and Magnetism  

2.      Berkley:  Electricity & Magnetism  

3.      Umran & Aziz  S. Inan:  Engineering Electromagnetics 

4.         Fawwaz T. Ulaby: Electromagnetics for  Engineers

5.      האוניברסיטה הפתוחה 


שם הקורס באנגלית:
Electricity and Magnetism

* תוצרי הלמידה (learning outcomes) הן הצהרות המציינות במפורש מה הלומדים צפויים להשיג בסוף תקופת הלימוד בקורס. תוצרי הלמידה מוגדרים במונחים של הישגי ידע, הבנה, כישורים, יכולות ו/או עמדות שהלומד מצופה להדגים כתוצאה מהתנסותו הלימודית האקדמית בקורס. לפרטים נוספים לחץ כאן .


** המדריך: איך תימנע מעבירות אתיות בהגשת עבודות. לקריאה לחץ כאן .