Електрика та магнетизм

Мета дисципліни:
Метою вивчення дисципліни є формування культури фізичного мислення і світогляду здобувачів освіти, комплексу знань щодо основних фізико-математичних методів, необхідних для аналізу та моделювання пристроїв, процесів і явищ, пошуку оптимальних рішень і найкращих способів реалізації цих рішень, знання та розуміння законів і методів діяльності у загальнонауковій сфері. вирішення конкретних інженерних завдань в галузі автоматизації.

Завдання дисципліни:
    
– опанування здобувачами освіти фундаментальних понять, законів та теорій сучасної та класичної фізики, а також засобів фізичного дослідження;
– повідомлення здобувачам освіти певної суми знань, що є фундаментальними і сприяють засвоєнню курсів загально-технічних та спеціальних дисциплін, дозволяють орієнтуватися в потоці наукової і науково-технічної інформації, характерному для  сучасної епохи;
–  формування у здобувачів освіти наукового світогляду;
– оволодіння здобувачами освіти початковими навичками проведення експериментальних наукових досліджень при  вченні різноманітних фізичних явищ та оцінки похибок вимірювань.
 
 
Шифр ОК
Компоненти освітньої програми
Кількість кредитів
Форма підсумкового контролю
ОПО3
Електрика і магнетизм
7,5 
Екзамен

Група компетентностей
Опис
Програмні результати навчання
Загальні компетентності
ЗК01. Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу. 
ПР01. Знати, розуміти та вміти застосовувати основні положення загальної та теоретичної фізики, зокрема, електромагнетизму для встановлення, аналізу, тлумачення, пояснення й класифікації суті та механізмів різноманітних фізичних явищ і процесів для розв’язування складних спеціалізованих задач та практичних проблем з фізики та/або астрономії
ЗК05. Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями
ПР03. Знати і розуміти експериментальні основи фізики: аналізувати, описувати, тлумачити та пояснювати основні експериментальні підтвердження існуючих фізичних теорій.

ЗК06. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел.
ПР05. Знати основні актуальні проблеми сучасної фізики та астрономії.

Спеціальні
(фахові, предметні) компетентності
ФК14. Здатність до алгоритмічного та логічного мислення
ПР08. Мати базові навички самостійного навчання: вміти відшуковувати

 
 
Основні результати навчання
 
Застосовувати знання фундаментальних і природничих наук, системного аналізу та технологій моделювання, стандартних алгоритмів та дискретного аналізу при розв’язанні задач проектування і використання ІСТ.
Здатність до самонавчання та продовження професійного розвитку.

    
 
Основні результати навчання
 
Застосовувати знання фундаментальних і природничих наук, системного аналізу та технологій моделювання, стандартних алгоритмів та дискретного аналізу при розв’язанні задач проектування і використання ІСТ.
Здатність до самонавчання та продовження професійного розвитку.

 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л-лекційні заняття, ПЗ-практичні заняття, ЛЗ-лабораторні заняття, СРЗ – самостійна робота здобувача вищої освіти, МКР – модульна контрольна робота, К - консультації
 
 
Тематика та види навчальних занять
1 тиждень
 
Л1. Електричне поле. Закон Кулона.
 Електростатичне поле. Типи зарядів та їх взаємодія.
 Електрична ізольована система. 3акон збереження електричного заряду.
 Сила Кулона. Діелектрична сприйнятливість.

ПЗ 1 Електричне поле. Закон Кулона.
ЛЗ 1 №2-01.Дослідження електростатичного поля. 
Вивчаються закон Кулона, поняття напруженості і потенціалу, поняття силових ліній та еквіпотенціальної поверхні, їх взаємне розташування.

СРЗ. К.

 2 тиждень
Л 2. Напруженість електростатичного поля. Принцип суперпозиції полів
2.1  Напруженість електростатичного поля. Діелектрична проникність. Принцип суперпозиції полів. Лінії напруженості.
2.2. Робота сил електростатичного поля при переміщенні заряду.
2.3 Циркуляція вектора напруженості електростатичного поля.

ПЗ 2. Напруженість електростатичного поля. Принцип суперпозиції полів

Л 3.  Потенціал електростатичного поля. 3в'язок між потенціалом та напруженістю поля. Градієнт потенціалу

3.1. Потенціальна енергія заряду у зовнішньому полі. Потенціал електростатичного поля.
3.2. Принцип суперпозиції електростатичних полів.
      3.3. 3в'язок між потенціалом та напруженістю поля. Градієнт потенціалу
СРЗ. К.

3 тиждень
Л4. Теорема Остроградського-Гаусса для поля у вакуумі
4.1. Теорема Остроградського-Гаусса для поля у вакуумі.
4.2.  Електростатичне поле рівномірно зарядженої сфери, нескінченної рівномірно зарядженої площини, зарядженого конденсатора
ПЗ 3. Потенціал електростатичного поля. 3в'язок між потенціалом та напруженістю поля. Градієнт потенціалу
ЛЗ 2 №2-04. Підвищення границь вимірювання електровимірювальних приладів. Підвищення границь вимірювання гальванометра шляхом підключення шунта. Підвищення границь вимірювання вольтметра.
СРЗ. К.

4 тиждень
Л 5. Вектор поляризації. Діелектрична сприйнятливість та відносна діелектрична проникність речовини.

5.1.  Вільні та зв'язані заряди. Електричний диполь та його властивості. Механізм поляризації діелектриків.
5.2. Вектор поляризації. Діелектрична сприйнятливість та відносна діелектрична проникність речовини.

ПЗ 4. Електростатичне поле рівномірно зарядженої сфери, нескінченної рівномірно зарядженої площини, зарядженого конденсатора
 
   Л 6. Теорема Остроградського-Гаусса для електростатичного поля у речовині..

СРЗ. К.

5 тиждень
Л 7. Провідники в електричному полі
7.1. . Провідники в електричному полі. Поле всередині провідника і поблизу його поверхні. Розподіл заряду в провіднику.
7.2. Тиск заряду на поверхню провідника.
7.3. Електроємність. Конденсатори.
ПЗ 5. Провідники в електричному полі. Електроємність. Конденсатори
ЛЗ 3.№ 2-05.  Визначення питомого електричного опору провідників. 
Експериментально визначити питомий опір заданого провідника. 3 а результатами вимірювань визначити матеріла провідника
СРЗ. К.

6 тиждень
Л 8. Електрична енергія зарядів. Енергія системи заряджених провідників.
8.1. Енергія провідника та конденсатора, що мають заряди. Енергія електричного поля.
8.2  Густина енергії електростатичного поля.

ПЗ 6... Електрична енергія зарядів. Енергія системи заряджених провідників.
Л 9. Постійний електричний струм.
9.1.    Впорядкований рух заряджених тіл. Струм провідності та конвекційний струм.
Провідники та ізолятори. Електропровідність металів. Носії струму в металах.
Сила струму. Вектор густини струму. Постійний струм.
Умови існування електричного струму.

СРЗ. К.
 
7 тиждень
Л 10. Закони Ома , Джоуля-Ленца,  перший і другий закони Кірхгофа в інтегральній формі. 
ПЗ 7. Постійний електричний струм. Закони Ома , Джоуля-Ленца,  перший і другий закони Кірхгофа.
ЛЗ 4. №2-18. Визначення заряду електрона за траєкторією його руху у магнітному полі. [26, с. 25 -32 ] Зняти залежність анодного струму від струму в соленоїді, в якому знаходиться магнетрон. Побудувати відповідні графіки. Оцінити похибки вимірювань
МКР1
8 тиждень
 
Л 11. . Класична теорія електропровідності металів. Закони Ома, Джоуля- Ленца, закон Відемана- Франца в діференційній формі.
11.1 Основи класичної теорії електропровідності металів.
11.2. Закони Ома та Джоуля-Ленца в диференціальній формі.
11.3. Труднощі класичної електронної теорії.
11.4. Робота виходу електронів з металу. Контактна різниця потенціалів, закони Вольти.

ПЗ 8. . Класична теорія електропровідності металів
Л 12. . Електромагнетизм. Магнітне поле. Закон Ампера.. Індукція магнітного поля.
СРЗ. К.

9 тиждень
Лекція 13. Закон Біо-Савара-Лапласа
13.1. Закон Біо-Савара-Лапласа. 
13.2. Приклади застосування закону Біо-Савара-Лапласа: поле колового та прямолінійного
         струмів. Магнітний момент колового струму.

ПЗ 9. . Магнітне поле в вакуумі. Сили, що діють в магнітному полі.на провідник зі струмом. Закон Біо-Савара-Лапласа.
ЛЗ 5. 2-19. Вимірювання індуктивності провідників. 
На підставі другого закону Кірхгофа для електричного контуру, що розглядається, отримується формула для обчислення індуктивності котушки.
СРЗ. К.

10 тиждень
Лекція 14. Сила Лоренца. Рух у магнітному полі заряджених частинок. Циклічні прискорювачі. Магнітне поле заряду, що рухається.

ПЗ 10.  Сила Лоренца. Рух у магнітному полі заряджених частинок. Циклічні прискорювачі. Магнітне поле заряду, що рухається.

Л 15. . Теорема Остроградського-Гаусса для вектора індукції
Контур зі струмом у магнітному полі. Магнітний потік.
Теорема Остроградського-Гаусса для вектора індукції.
Робота переміщення провідника і замкненого контуру зі струмом у зовнішньому
 магнітному полі.

СРЗ. К.

11 тиждень
Лекція 16. Явище електромагнітної індукції. 
16.1. Явище електромагнітної індукції. 
16.2. ЕРС індукції. Досліди Фарадея.
16.3. Правило Ленца для індукційного струму.

ПЗ 11. Явище електромагнітної індукції. 

ЛЗ 6.№2-34.  Визначення точки Кюрі. Визначити характеристики, за якими відрізняють магнетики. Визначити точку Кюрі феромагнетику. Оцінити похибки вимірювань.
СРЗ. К.
 
12 тиждень
Л 17. Явище самоіндукції. 
17.1. Явище самоіндукції. 
17.2. Індуктивність. Індуктивність соленоїда.
17.3. Струми замикання та розмикання електричного ланцюга із соленоїдом.
ПЗ 9 Явище самоіндукції. 

Л 18. Явище взаємоіндукції.
18.1. Взаємна індуктивність двох контурів. 
18.2. Приклади використання явища взаємоіндукції.
18.3. Енергія поля соленоїда.
18.4. Енергія магнітного поля. Об'ємна густина енергії.

СРЗ. К.
 
13 тиждень
Л 19. Магнітне поле у речовині.
19.1.  Намагніченість. 
19.2. Струми намагніченості.
19.3. Циркуляція намагніченості.
19.4. Вектор напруженості магнітного поля. Теорема про циркуляцію вектора напруженості.
19.5. Магнітна проникність, магнітна сприйнятливість речовини. Типи магнетиків.

ПЗ 13. Магнітне поле у речовині.

ЛЗ 7. №2-35. Дослідження магнітних властивостей феромагнетиків. 
Побудувати криву намагнічування, визначити втрати енергії на перемагнічування за один цикл. Визначити коерцитивну силу.

СРЗ. К.
 
14 тиждень
Л 20. Елементарна теорія діамагнетиків і парамагнетиків. Феромагнетики.
20.1.  Елементарна теорія діамагнетиків і парамагнетиків. Феромагнетики. 
20.2. Прецессия Лармора.
20.3. Графік намагніченості. Гістерезис.
Залишкова намагніченість. 
Магнітотверді і магнітом'які феромагнетики.
 
ПЗ 14 Елементарна теорія діамагнетиків і парамагнетиків. Феромагнетики.
Л 21. Електромагнітне поле. Рівняння Максвелла.
Вихрове електричне поле. Струм зміщення.
Рівняння Максвелла в інтегральній формі.
 
СРЗ. К.
15 тиждень
 
Л 22. Рівняння Максвелла в діференційній формі. 
22.1. Рівняння Максвелла в діференційній формі. 
22.2. Електромагнітні хвилі та їх властивості.
ПЗ 15 . Електромагнітні хвилі та їх властивості.
 
ЛЗ 8 № 2-37. Вимірювання горизонтальної складової магнітного поля Землі.
 МКР2
 
Індивідуальна робота**
 
Виконується РГР. 
Розрахунково-графічна робота спрямована на досягнення результатів навчання ПР01, ПР03, ПР05, ПР08. Вона оцінюється в 10 балів (0.5 кредиту) і складається з двох частин. Перша частина виконується на протязі першого семестрового модуля, а друга - на протязі другого семестрового модуля. Кожна частина оцінюється в 5 балів. Перша частина захищається на 5 тижні. Друга – на 12 тижні. Розрахунково-графічна робота має на меті розвиток навичок самостійного розв’язку задач здобувачами. Вона полягає в тому що на кожен змістовий модуль здобувач повинен за своїм вибором підготувати по 5 задач і захистити їх розв’язок в виді усної співбесіди. 
 
Самостійна робота
 
Самостійна робота складає 135 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) підготовка до лекційних занять – 21 година;
2) підготовка до практичних занять –  45 годин;
3) підготовка до лабораторних занять – 24 години;
4) виконання РГР – 15 годин;
5) підготовка до екзамену – 30 годин.
 
 
Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень грунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Для забезпечення оперативного контролю за успішністю та якістю рівня навчальних досягнень здобувачів вищої освіти дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі освіти протягом семестру готуються до лекційних та лабораторних занять, виконують 2 модульні контрольні роботи. Модульні контрольні роботи №1 та №2 виконуються у письмовій формі. Модульна робота складається з теоретичної частини (20 тестових запитань) та практичної частини (2 завдання). Відповідь на кожне тестове запитання оцінюється максимум в 1 бал. Правильне виконання кожного практичного завдання оцінюється в 5 балів. За виконання самостійних робіт на практичних заняттях здобувач освіти отримує 20 балів.  Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів.

Семестровий модуль № 1
 
ПЗ1 Оцінка за виконання-  1б (1 тиждень)    
ЛЗ 1 Оцінка за виконання- 1 б (1 тиждень)    
ПЗ2 Оцінка за виконання-  2б (2 тиждень) 
ПЗ3 Оцінка за виконання-  2б (3 тиждень)
ЛЗ 2 Оцінка за виконання –2б (3 тиждень)

ПЗ4 Оцінка за виконання- 2б (4 тиждень)    
ПЗ5 Оцінка за виконання- 2б (5 тиждень)    
ЛЗ 3 Оцінка за виконання - 2б (5 тиждень)    
    
ПЗ6 Оцінка за виконання- 2б (6 тиждень)    
ПЗ7 Оцінка за виконання- 2б (7 тиждень)
ЛЗ 4 Оцінка за виконання- 2б (7 тиждень)

                   МКР№1 – 30б (7 тиждень)
Перескладання можливе протягом 9-10 тижнів за розкладом консультацій

Семестровий модуль № 2
ПЗ8 Оцінка за виконання- 1б (8 тиждень)    
ПЗ9 Оцінка за виконання- 1б (9 тиждень)    
ЛЗ 5.Оцінка за виконання- 2б (9 тиждень)    
ПЗ10 Оцінка за виконання- 1б (10 тиждень)    
ПЗ11 Оцінка за виконання- 1б (11 тиждень)
ЛЗ 6    Оцінка за виконання- 2б (11 тиждень)
ПЗ12 Оцінка за виконання- 2б (12 тиждень)    
ПЗ13 Оцінка за виконання- 2б (13 тиждень)
ЛЗ 7    Оцінка за виконання- 2б (13 тиждень)
ПЗР14 Оцінка за виконання- 2б (14 тиждень)    
ПЗР15 Оцінка за виконання- 2б,(15 тиждень)
ЛЗ 8. Оцінка за виконання- 2б,(15 тиждень)
МКР№2 – 30б (15тиждень)    
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів.
 
Підсумковим контролем з дисципліни є усний екзамен. Білет складається з теоретичної частини (2 запитання) та практичної частини (1 задача). Максимальна оцінка за правильні відповіді на всі питання екзаменаційного білету становить 100 балів. 
 
 
Умови допуску до підсумкового контролю
 
До екзамену допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни на не менш, ніж на 60 %.
Екзамен відбувається за всіма тематичними (змістовними) модулями дисципліни.

Складання/перескладання екзаменів зорганізується за встановленим відділом аспірантури розкладом.
Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 

Виконаний не свій варіант завдання здобувачем освіти не оцінюється.
 
Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.
 
Відсутність здобувача освіти на екзамені або на контрольній роботі відповідає оцінці «0».
 
Складання/перескладання екзаменів – за встановленим деканатом розкладом.
 
Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.

Під час розв’язання задач на МКР та екзамені дозволяється користуватися фізичними довідниками.