cCIRSUL DE FIZICA

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prefata la versiunea in lirnha romAnil 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I'refatfi la cursul de fizicfi Berkeley 9

Prefata la volumul I1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . fndrumilri metodice 13

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Capitolul 1 ElectrostaticH: sarcinl gi cimpuri Capitalul 2 Potenf ial electric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 'Capitolul 3 Cimpul electric in jurul conductorilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Capitolul 4 Curenti electrici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Capitolul 5 Cimpul purtiitorilor de sarcinH in migcare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Capitolul 6 Cimpul magnetic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Capitolul 7 Inducfia electromagneticti gi ecuatiile lui Maxwell . . . . . . . . . . . . . . Capilolul 8 ~ircuite de curent alternativ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . Cupilolul 9 Cimpuri electrice in substan$& . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cupitolul 10 Cimpuri magnetice fn substan$& . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Alte probleme fi intrebgri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Prefata la versiunea in limba r o m M

Scrierea unui curs bun de fizic5 generals este astgzi o sarcin5 deosebit de grea. Autorii stnt confruntati cu necesitatea de a face numeroase optiuni fn materie de con- tinut, metodic5 $i forms, de atitudine, attt fat5 de progresele fizicii ctt $i fat5 de cei ce se initiaz5 In tainele ei. 0 intrunire adecvat5 a acestor optiuni poate avea ca rezultat un material cu valoare de referint5 ce se va bucura de o largi circulatie. Dimpotriv5, o alegere necorespunz5toare a mijloacelor poate s5 fngreuieze, dac5 nu s5 diuneze, fntelegerii $i insuvirii disciplinei. La originea acestei situatii se afla, desigur, dezvoltarea foarte rapid5 a cercetgrii vtiintifice de fizic5. Volumul de informatii cregte continuu, iar importanfa relativ5 a multor fapte se schimb5. Aceasta creeaz5 greut5ti in selectarea corect5 a elementelor gi notiunilor de bazs, proces care nu poate fi realizat prin simple ad5ugiri $i elimingri, ~i necesitg o munc5 de analiz5 $i sintez5, de evaluare gi ordonare. fn acela~i timp, ritmul rapid de acumulare face ca ceea ce ast5zi e~te~surpr inz i tor $i de avangard5, mtine s5 apara ca vechi gi uneori dep5git. Asimilarea fntr-un curs univer- sitar a nout5filor ~tiintifice trehuie fScut5 astfel inctt modific5rile ulterioare s5 conserve, pe o perioad5 ctt mai tndelungatll structura logici $i valoarea Ce cunoagtere a faptelor expuse. Imagineas pe care cursul sau manualul de fizica tine sil o creeze tn con~tiinta studentului este aceea a unei ~ t i i n t e a naturii solid constituite gi, totodata, orientata mereu spre progres.

fntregul proces de instruire este de fapt, supus acestor exigente, iar numeroasele c5ut5ri din intreaga lume privind organizarea gi modernizarea pred5rii fizicii reflect5 tocmai con~tiinta c5 solutiile actuale pot fi, fn continuare, fmbunSt5tite.

Modul de organizare $i orientare a procesului de invS$lmint n5zuiegte spre for- marea unor specialbti cu o gtndire sistematica $i, totodata, independent2 $i creatoare. Se $tie c5 invrit5mfntul strict expozitiv-deductiv, cu pretentia de a da enunturi defini- tive unor constatki valabile In general numai pentru cazuri idealizate determinii formarea unor speciali~ti limitati, incapabili sa vad5 dincolo de litera cilrtii. Claritatea gi logica intern5 a unei carti nu este contradictorie cu deschiderea sa catre faptele reale, care nu pot fi tratate In generalexact, putfnd fi in schimb, modelate din ce in ce maiadecvat. De aceea, aprecierea valorii unui curs de fizic5 generala trebuie facut5 nu nurnai din punctul de vedere a1 clarit5tii faptelor prezentate ci, fn egal5 mgsur5, prin deschiderea pe care o ofer5 Intelegerii fenomenelor complexe fn interdependent&

Aplicarea cit mai eficients a unor asemenea criterii de orientare $i evaluare a materialului didactic constituie o preocupare permanent5 a fnv5t5mtntului din tara noastr5, angajat fntr-un proces de continua perfectionare, in pas cu exigentele progre- sului $i tn acord cu conditiile deosebite create de statul nostru fnv&t&mtntului $i cercethii $tiintifice. 0 serie de'c5rti de fizica de bun& calitate aparute fn ultimii ani demonstreaza concret rezultatele acestei preocuphi. fn acest sens, traducerea fn limba roman& a cursului de fizic5 a1 Universitatii din Berkeley poate constitui o contributie exemplar&.

Cursul, a p h u t in cinci volume, contine lectiilc de fizica general5 pentru studentii anilor 1-11 de la Universitatea Berkeley - S.U.A. fntre autori am recunoscut cu

placere fizicieni ale caror Pnaltii c:ompctcnfii yi autoritate profesionalg de ccrcetAtori le-am putut aprecia din experienta contactelor gi colabor2rii directe.

De data aceasta, special i~t i ca Knight, Kittel, Pound, Purcell gi altii , sint in primul rind, profesori. Scopul lor marturisit este de a prezenta un ciclu de lertii care sB permits atit formarea gindirii fizice cit gi insuyirea notiunil0.r de baz5 ale acestei ytiinte. Cele cinci volume - mecanica, electricitatea, oscilatii gi unde, fizica cuantics, fizica statistics nu constituie unitski inchise, fiind legate unele de altele prin exemple interesante care se refers la fenomene ce urrneaz5 a f i prezentate sau prin referiri la legi gi notiuni dis- cutate anterior. Dezvoltarea cursului se face din aproape fn aproape, Intr-o succesiune fireascs. Nivelul matematic este accesibil, redus la strictul necesar, in centrul atentiei autorilor aflindu-se explicatia sensului fizic a1 fenomenelor. Se realizeazs astfel o tratare clar&, moderns 'yi unitara a intregului ansamblu a1 ideilor de baza ale fizicii.

Fiecare volum posed& un material de metodic5 a predarii capitolului respectiv, destinat profesorului cit gi unele recomand5ri ale autorilor cBtre student. Prefetele volumelor dau lgmuriri complete asupra con$inutului gi metodicii. Se scoate astfel in evidentti atentia cu care aceste lucrari au fost elaborate, reprezentind yi sub acest aspect un model de lucru care poate f i studiat cu folos gi la noi in tar&.

Cu toate cB materia prezentata in fiecaro volum se propune' a fi predats intr-o perioada scurtti de tirnp (8- 14 sgptsmfni), spatiul alocat este suficient pentru ca stu- dentul sti poats efectua un studiu individual. fn acest scop sint indicate lucrZiri biblio- grafice, sfnt date exercitii gi probleme Si sint expuse gi propuse spre efectuare o serie de experiment0 pentru acas&. Se incearcs gi se reugegte, s 5 se aducs ,,acass6' fizica studiata la facultate.

Pe baza experientei dobindite In mai multi an i de predare, cursul a suferit modi- f i c k i care i-au Embunatatit continutul gi au permis aducerea lui la o form2 cit mai adecvata, didactic qi gtiintific.

Daca se tine seama de faptul ca In cadrul programului Berkeley a fost pus la punct ~i un set de l u c r k i de laborator, se poate aprecia c& acest curs este bine echilibrat, cuprinzind atft aspectele teoretice cEt gi cele experimentale esentiale in predarea fizicii generale.

Sint sigur ca lucrarea va fi mult folosita de toti cei care fac primii pagi fn fnsugirea meseriei de fizician reprezenttnd, alaturi de alte traduceri'gi tratate scrise de specialigti romAni, o carte de referin$%. Consider c& Editura didactics ~i pedagogics face, prin publicarea traducerii acestui curs, un serviciu real inviitilrntntului de fizicti, precum $i tnv5ttimfntului tehnic, En general, din tara noastra.

Acad. prof. Ioan Urau.

Prefata la cursul de fizici Berkeley

Acesta este un curs general de fizica de doi an i pentru studentii ce urmeazil gtiintele gi ingineria. Intentia autorilor a fost de a prezenta elementele de fizica pe c i t posibil in modul in care sint folosite de catre fizicienii ce lucreaza pe fronturi inaintate ale domeniului lor. Ne-am gindit sfc facem un manual care s5 scoat5 in evident5 funda- mentelc fizicii. Ohiectivele noastre particulare au fost de a introduce En mod coerent intr-o programa elementar5 ideile relativitatii restrinse, fizicii cnantice gi ale fizicii statistice.

Acest curs se adreseaz5 oricarui student ce a urmat un curs de fizic5 in liceu. f n paralel cu acest curs a r trebui urmat un curs de matematics incluzind calculul d iferential gi integral.

fn momentul de fats1, in Statele Unite se afla in lucru citeva noi cursuri univer- sitare de fizic5. Ideea de a elabora cursuri noi apartine multor fizicieni afectati a t i t de nevoile dezvoltilrii $tiintei $i ingineriei cit gi de accentul crescind pus de studiul gtiintelor in gcoala general8 gi in liceu. Propriul nostru curs a fost inifiat ca urmare a discutiei ce a avut loc la sfirgitul anului 1961 intre Philip Morrison de la Universitatea Cornell $i Charles Kittel. Am fost incurajati de catre John Mays $i colegii sili de la Fundatia National5 de $tiinti4 $i de catre Walter C. bfichels, pe atunci pregedintele Comisiei de fizic5 universitaril. S-a format un comitet neoficial care sa indrume ela- borarea cursului in etapele initiale. Comitetul a fost alcatuit la fnceput, din Luis Alvarez, William B. Fretter, Charles Kittel, Walter D. Knight, Philip Morrison, Edward M. Purcell, Malvin A. Ruderman gi Jerrold R. Zacharias. Comitetul s-a intrunit pentru prima data in mai 1962, la Berkeley; la acea data a elaborat un plan provizoriu a noului curs de fizic5. in cauza obligatiilor unora dintre membrii initiali, comitetul a fost partialreconstituit in ianuarie 1964 $i acum consta din sobsemnatii. Contribr~tiile celorlalti au fost recunoscute In prefetele la volumele individuale.

Planul provizoriu gi ideea care a s tat la baza elaborarii lui all avrrt o puternica influent5 asupra cursului final. Plant11 a acoperit in intregime temele gi deprinderile care credem ca a r trebui gi a r putea fi insu~i te de catre studentii inoep5tori tn studiul gtiintei gi ingineriei. N-am avut niciodat5 intentia sB elabor5m un curs adresat numai absolventilor sau studentilor avansati. Ne-am gindit sB prezentam principiile fizicii din puncte de vedere noi ~i unificatoare. De aceea, parti ale acestui curs pot p5rea aproape tot atPt de noi a t i t pentru cel care instrriiegte ctt $i pentru cel instruit. Cele cinci volume ale cursului vor include:

I Mecanica (Kittel, Knight, Ruderman) I1 Electricitate $i Magnetism (Purcell)

111 Unde $i Oscilatii (Crawford) IV Fizica cuantic5 (Wichmann) V Fizica statistic5 (Reif)

1 in ianuarie 1965 (S.T.).

Autorii fiecarui volum au fost liberi sa-gi aleaga stilul $i metoda de prezentare potrivite subiectului elaborat.

Activitatea de fnceput la acest curs 1-a condus pe Alan M. Portis s5 conceapa un nou laborator de fizica generala denumit acum Laboratorul de fizica Berkeley. Deoarece cursul scoate fn evidenta principiile fizicii, unor profesori l i s-ar putea pPea c& el nu se ocupti indeajuns de fizica experimental&. Laboratorul este bogat fn experiente impor- tante tji este facut s& contrabalanseze cursul.

Suportul financiar in vederea aparitiei acestui curs a fost dat de Fundatia Natio- nals de $tiin$& cu un aport indirect din partea Universitatii din California. Fondurile au fost administrate de catre Compania pentru servicii de educatie, o organizatie consti- tuita pentru a administra imbunatatirea programelor generale. Sintem !n mod special tnda- toratilui Gilbert Oakley, James Aldrich vi William .Jones, toti de la Compania pentru ser- vicii de educatie pentru sprijinul lor substantial tji binevoitor. Compania a deschis la Berkeley, sub competenta directie a doamnei Mary R. Maloney, un oficiu pentru a ajuta la dezvoltarea cursului $i a laboratorului. Universitatea din California nu a avut o legatura oficiala cu programul nostru dar ne-a ajutat in diferite moduri. Pentru acest ajutor dorim sa multumim In special celor doi prepdinti consecutivi a i catedrei de fizic&, August C. Helmholz $i Burton J. Moyer, cadrelor didactice $i personalului departamentului, lui Donald Coney $i multor altora din Universitate. Abraham Olshen ne-a ajutat mult la problemele inifiale de organizare.

Corecturile 8i sugestiile dumneavoastra vor fi Intotdeauna bine primite. Eugene D. Commins Edward M. Purcell Frank S. Crawford, Jr. Frederick Reif Walter D. Knight Malvin A. Ruderman Philip Morrison Eyvind H. Wichmann Alan M. Portis Charles Kittel, p r e ~ d i n t e

Berkeley, California

Prefav la volumul II

Acest volum al Cursului de fizica de la Berkeley contine electricitatea gi magne- tismul. Succesiunea temelor, In general, este cea obivnuita; electrcstatic21, curent continuu, cimp magnetic, inductie electromagnetic%, polarizarea electric5 $i magnetics a substantei. $i totugi, modul lor de tratare difer% de cel traditional. Diferenta este $i mai evident% En capitolele 5 vi 6 in care, pe haza materiei prezentate in volumul I, tratgm ctmpul electric gi magnetic al sarcinilor in migcare ca manifestgri ale relativitatii gi invariantei sarcinii electrice. AceastB tratare atrage atentia asupra unor chestiuni importante ca: conser- varea sarcinii, invarianta sarcinii, notiunea de cimp. Singurul formalism necesar din teoria relativit%tiispeciale este transformarea Lorentz de coordonate gi formula compunerii vitezelor. Este important, totugi, ca Enainte de a incepe studiul acestei parti, studentul s% cunoasc5 citeva idei $i situatii dezvoltate in volumul I, printre care capacitatea de a vedea lucrurile din diferite sisteme de referin$%, s% aprecieze invarianta $i s% respecte conditiile de simetrie. fn volumul I1 vom utiliza mult, de asemenea, principiul superpozitiei.

Modul de tratare a fenomenelor electrice gi magnetice din substant5 este in principal ,,microscopic", bazindu-se pe natura atomic% gi molecular% a dipolilor, atit electrici cit gi magnetici. Conductia electric%, este. de asemenea, descrisg microscopic pe baza mode- lului Drude-Lorentz. Evident, unele chestiuni ramin deschise pin% ctnd studentul E$i fnsupvte fizica cuantica din volumul IV. Dar noi vorbim liber despre molecule $i atomi ca despre structuri electrice cu dimensiuni, form% $i rigiditate, despre orbite electronice gi spin. fncercgm s% tratgm atent o chestiune care uneori este ocolita sau continut% in cursuri introductive, notiunea de cimpuri macroscopice E $i B In substant%.

fn vol. 11, bagajul de cuno$tinte matematice al studentului este imhogatit cu nofiuni de calcul vectorial - ca gradient, divergent%, rotor $i laplacean. Aceste notiuni sint corespunziltor dezvoltate in capitolele de la inceput.

f n versiunea initial% volumul I1 a fost predat la Universitatea din California. El a beneficiat de observatiile aduse de mai multe persoane avind leggturi cu cursul de la Berkeley gi in special de contributiile lui E. D. Commins gi F. S. Crawford Jr., care au predat primii cursul. Ei gi studentii lor au descoperit numeroase portiuni care trebuiau clarificate sau chiar corectate ; multe sin revizuiri s-au bazat pe sugestiile lor. Ohser- vatiile critice ale studentilor la ultima versiune au fost strinse de Robert Garen, care a ajutat $i la aranjarea problemelor. Observatii critice pretioase am primit, de asemenea, de la J. D. Gavenda care a predat cursul in versiunea inilia15 la Universitatea din Texas ~i de la E. F. Taylor de la Universitatea Wesleyan. fntr-un stadiu anterior Allan Kaufman a contribuit a11 idei. -4. Felzer a prelrlcrat cea mai mare parte a primei noasqe schite constituind prim111 ,,test studenpsc".

Acest mod de tratare a electricitiltii gi magnetismului a fost Incurajat nu numai de comitetul nostru initial format pentru scrierea cursului dar gi de colegi de la Insti- tutu1 de Tehnologie din Massachusetts (M.I.T.) care lucrau in paralel pentru un nou curs. Dintre ultimii J. R. Tessman de la Centrul de indrumare a profesorilor M. I. T. gi Univer- sitatea din Tuft ne-a ajutat in mod special $i ne-a influentat la formr~larea initial%.

El a predat cursul in versiunea initials la MlT ~i de observatiile sale critice s-a tinut seama in multe din transformsrile ~i corecturile ce-au urmat.

Publicarea versiunii preliminare $i a revizuirilor succesive a fost apoi vszuts de doamna Mary R. Malonay. Cea mai mare parte a manuscrisului a fost dactilografiats de doamna Lila Loweller. Ilustra$iile in ultima forma au fost realizate de Felix Cooper.

Autorul acestui volum rsmine profund fndatorat prietenilor sai din Berkeley $i mai ales lui Charles Kittel, pentru stimularea $i fncurajarea constant5 care. a facut ca aceastil sarcins grea sS fie plScut5.

E. M. Parcell

Indrum3ri metodice

Materia continut5 in volumul I1 poate fi suficient de bine parcurs5 fntr-un semestru de 14-15 saptsmfni. Aceasta inseamna c5 un student, care gi-a insugit materialul cuprins In volumul I, este capabil sil studieze cu atentie materialul de bazs, sB citeasca fa3 a se grgbi prea mult celelalte parti ale textului gi sii facB cunogtintil cu cel putin una sau doua probleme speciale introduse fn exercitii. Cu toate acestea, este necesara o selectare gi planificare rationals a materialului. Volumul cursului depiivgte numarul temelor ce pot fi studiate cu atentie intr-un semestru. 0 serie de paragrafe pot f i gi trebuie omise la prima citire sau s6 fie recomandate doar ca lectura facultativs. fn indicatiile de rnai jos vom preciza paragrafele ce sint rnai mult sau mai putin oblig2- torii. Spunem ,,mai mult sau rnai putin" tntrucft in final decide profesorul, in functie de posibilitatile gi interesul studentilor, de timpul disponibil gi de punctul de vedere personal a1 profesorului asupra subiectului respectiv.

Problemele Au fost propuse mult mai multe probleme decTt ar corespunde posibilitatilor studen-

tilor. Ele se impart in dou5 categorii. Problemele de la sfirgitul fiecarui capitol se refera direct la cunogtintele de baza prezentate fn capitolul respectiv gi constituie exercitii obligatorii. Daca studentul intimping dificultliti serioase cu una din acestea, fnseamna ca el nu gi-a insugit una din cunogtintele fundamentale. Lista de probleme, pentru fiecare capitol, se continua la sffrgitul cartii in paragraful fntitulat ,,Alte probleme ~i intrebari". Degi diferenta dintre cele doua categorii de probleme nu este intotdeauna prea mare, problemele suplimentare au un caracter rnai general gi sfnt, de obicei, mai interesante decit cele date la sffrgitul capitolului. Unele dintre ele introduc aplicatii noi sau chiar teme noi. 0 demonstratie omisa uneori in text este dezvoltatii pe baza indicatiilor gi discutiilor din problem%. Aceste prohleme gi intrebsri urmgresc diferite scopuri: dau de gindit studentilor buni, sugereaza domeniul larg de aplicatii a1 ideilor studiate, chiar daca nu sfnt rezolvate ci pur gi simplu citite. Unele probleme pot servi ca puncte de plecare in studiul unor chestiuni speciale. (Un exemplu este problema 4.25 despre dioda cu sarcina spatial3 limitata). De fapt, este util ca in timpul lectiei s51 se rezolve doug sau trei probleme de acest fel. fntrebarile suplimentare pot fi deseori folosite ca punct de plecare pentru o discutie la curs.

Experimente de curs

Experimentele de curs sint deosebit de importante. Nici o carte nu poate da stu- dentului o reprezentare completa asupra electricitatii gi magnetismului. Cartile tind sa fie prea teoretizate mai ales fn eazul subiectelor ce au o minunatti structurii logica. Nici aceasts carte nu face exceptie. Studentii trebuie s5 puna mfna pe magneti, sa bobineze, sB produca desciircilri, sB vadB un instrument electric sensibil, s5 cunoasca un instrument foarte precis. Ei trebuie sB sesizeze efectul unui megawatt cit ~i a unui

microwatt. Lnboratorul din Bcrkeloy este bun plna la un punct. Tmbuie, 1m&, folosite orice alte mijloace pentru a introduce studentul tn lumea tn care ctmpul electric nu mai este doar un simbol ci ceva palpabil.

Pxamenele fn aceastil carte multe probleme sfnt tratate la un nivel destul de ridicat. Credern

cii studentul va profita de pe urma unei asemenea expuneri. To tu~ i nu trebuie s5 fim tentati sa examinam la acelagi nivel. Experienta noastrti arata ca examinilrile relativ simple stnt cele mai bune.

Capitolul 1. (Electrostatics: sarcini $i cimpuri) Cuprinde o expunere direct5 a ideilor fundamentale. Materialul este destul de arid $i poate fi fnsotit, chiar de la fnceput, de experiente de electrostatics.

Paragrafe facultative : 1.6.

Capitolul 2. (Potential electric) fn acest capitol nu se introduc prea multe notiuni r.oi de fizica, dar se dezvolta notiuni noi de matematica. Acest material trebuie parcurs cu grija, fntr-un ritm corespunzator nivelului de intelegere $i pregatire a1 studentilor. Orice chestiune din acest capitol ya fi necesara mai curfnd sau mai ttrziu. ~ ~ e r a t o r u l ' rotor, totuqi, nu va fi prea mult folosit pin5 la cap. 6. fn scopul diluarii materialului, dac5 se considera necesar, citirea paragrafelor 2.15 ping la 2.18 poate fi aminat3 pinil atunci. Este necesar ca studentii sB intelea~a intuitiv natura divergentei $i rotorului. fn text s l ~ t introduse cfteva chestiuni ajutatoare ca figurile 2.32 $i 2.34 $i cftevaexer- citii, dar acestea nu suplinesc expunerea, schitarea pe tabla, discufiile.

Paragrafe facultative: nici unul.

Capitolul 3. (Cfmpul electric tn jurul conductorilor) Acest capitol poate fi parcurs destul de repede. Condensatorul plan-paralel, introdus aici, va reapare frecvent. Legate de teorema unicitgtii apar unele idei importante; nebanalitatea acestei teoreme este cel mai bi'ne pus& fn evident% prin discutii. Introducerea metodei de relaxare $i a metodei variationale pentru problemele la limit5 din electrostatic3 nu este prea obiqnuita la aceast5 etapa, dar studentii par interesati de aceste probleme care, fnainte de toate, stnt mult mai utile $i instructive decft traditionalele trucuri cu ,,imagini". Cu toate acestea, fntregul paragraf (3.8) poate fi s k i t fat.5 consecinte. La fel $i karagraful 3.6, care introduce coeficientii capacitivi $i intentioneaza sa prezinte pe scurt, folosind exemple concrete, cum pot fi descrise sistemele liniare in general. 0 lipsa a acestui capitol este faptul cil nu cuprinde nici o descriere a instrumentelor sau experienplor referitoare la ctmpuri: electroscoape, voltmetre electrostatice etc. Pentru a ne introduce fn realitate, stnt necesare aici experimente de curs $i 1ucrat.i de laborator.

Paragrafe facultative: 3.6, 3.8.

Capitolul 4 . (Curenti electrici) Notiunea de densitate de curent de volum este introdus& mai devreme $i se explica din punct de vedere microscopic transportul de sarcina prin ioni. Fizica ce sta Ia baza legii lui Ohm este studiata pe calea modelului clasic Drude-Lorentz. Acest material din paragraful 4.4 poate fi tratat mai mult sau mai putin profund dupa cum permite programs. Nici una din problemele ce urmeaz& nu este legata de el. Dar notiunile de fizica cuprinse aici srnt importante $i, prin urmare, ar trebui ca studentul s&-1 citeasca. Tratarea circuitelor de curent continuu a fost trecutii la notiuni fundamentale.El poate f i extins ugor fn directiile necesare prin exemple $ probleme. Studentii au efectuat fn Laboratorul de la Berkeley lucrari practice cu circuite cu mult fnaintea acestui capitol.

Paragrafe facultative: 4.5, 4.6, 4.10.

Capitolul5. (Ctmpul purt5torilor de sarcina in mivare) fn urma studierii volumului I -* +

$i din lucrilrile de laborator, studentul cunoaqte cimpul magnetic $i forta q(v x B) exercl- tat8 asupra sarcinii in mivare. Este bine ca inaintea inceperii capitolului sii se reia aceste

notiuni. fnaintea fnceperii paragrafului 5.3, se vor face experiente simple de interactiuni rnagnetice gi rnai ales cu forta ce actioneazLI tntre doi curenti paralali. fn acest capitol, studentul va privi interactiunile magnetice dintr-un punct de vedere nou. Invariants sarcinii este un fap t fizic fundamental. Pentru a-l aprecia, definirea sarcinii On sistemul purtgtor de sarcina tn miqcare trebuie filcuta cu grija.

Un prim scop a1 capitolului este fntelegerea c l a d a ctmpului electric a1 unui purtstor de sarcinil fn miware. C h e S tntelegerii este transformarea cimpului electrostatic in sistemul de referinta tn miware. Aici este necesars, discutarea amEinuntitB a notiunii de cfmp. Studentul va privi cu suspiciune deducerea legii generale de transformare data nu va fntelege demonstratia din paragraful 5.5; ea ii va aparea ca un caz foarte special. Cimpul electric a1 particulelor relativiste este o interesanta surpriza pentru niajoritatea studentilor, chiar $i pentru cei rnai pretent io~i care % agteapta mai curtnd la un cimp ,,retardat". Aici, radiatia este doar un rnic pas inainte gi de$i am arnfnat-o pentru vdlumul 111, se poate, totugi, arata studentilor cum apare radiatia de frinare (v. prob. 5.8) $i radiatia sincrotronica. Paragraful 5.8, care ia mai mult timp pentru a demonstra ceva ce studentul a luat de bun, poate fi mult scurtat daca studentii au studiat transformarile pentru forts din volumul I. fn ultirnul paragraf rezulta dependents de viteza a fortei. Detaliile de calcul stnt rnai putin importante decit tntelegerea dedu- c:erii. Poate f i subliniatii simplitatea $i exartitatea rezultatului.

Paragrafe facultative: nici unul.

Capitolul 6. (Cimpul .magnetic) Se reintroduce inductia cimpului magnetic B, originea cdreia a fost expuss. Relatia integral5 B - ds = p, I, dedusa pentru curenti S rectilinii, este pur $i sirnplu postulata ca fiind valabil3 pentru orice curent continuu in general. (Continuarea deducerii a r fi implicat particule cu sarrin5 accelerate). Din mai multe motive am introdus in acest capitol potential111 vector. A$a cum este folosit aici $i rnai departe in capitol111 10, nu este complicat. Orice student care se ocup8 de fizica trehuie s 3 se familiarizeze cu el. De$i nu exist5 neclaritati in text, trebuie t inut cont de diferenta dintre un vector axial $i un111 polar $i trebuie sB fim atenti in continuare la studiul lui E $i B in interiorul suhstantei, referitor la deosebirea esentials in simetria dintre sursele cimpului electric $i magnetic:. fn acest capitol, totusi, accentul' trebuie pus pe cimpul magnetic. Legile de transformare pentru c,impuri in vid, pot fi ilustrate prin citeva exemple. Prohlema 6.15, de e x e m p l ~ ~ , este una din cele care pot fi rezolvate $i disculate. I'aragrafele 6.8 $i 6.9 nu sint indispensabile ( d e ~ i prima parte a paragra- fului 6.9 este important5 in clarificarea unei anumite chestiuni) $i pot fi indicate ca lecturil faculta tivA.

I'aragrafe facultative ; 6.8, 6 .9 .

Capitolul 7. (Inductia electromagnetic8 $i ec~ratiile 111i >faxwell) Pentru a face introducerea in acest capitol poate fi folosita o mare varietate de demonstratii experi- mentale. E(:hivalenta despre care s-a discutat in paragrafele 7.2, 7.3 gi 7.4 poate fi foarte clar pus3 in evident5 cu aj11tor111 unui galvanometru balistic sensibil, cu bobine in miscare $i magneti. (Nu ezitati sf^ aaduceti magneti permanenti, de$i in text ei nu sint mentionati pin5 la capitolul l o ! ) . .icest capitol nu prezinta probleme speciale iar posibili- tatile ilustratiilor practice ale indurtiei sint nelimitate. In dou5 puncte expunerea noastra poate p8rea superficial5 $i pripit3; (1 ) paragraful 7.8 in rare se expun dificultatile auto- inductiei, cu scopul de a introduce la inceput inductia mutual8, ( 2 ) paragraful 7.12 unde se discuta rolul curentului de deplasare.

Din experienta noastr5 ~ t i m c5 aceste chestiuni tratate neatent pot eventual nelinigti un student care mediteaza; ele a r fi putut fi tratate'direct de la bun inceput. Odatil cunoscute ecuatiile lui Maxwell este greu s& rezigti tentatiei de a vorbi despre undel? electromagnetice $i in ultima parte a paragrafului 7.13 intrarn putin tn domeniul vo1u'- mului 111.

Paragrafe facultative : 7.7 ; ultima parte din 7.13.

Capitolul 8:(Girc11ite de crlrdnt alternativ) Se p a r ~ i ~ r g dnar piirtile elementare ale teoriei curentului alternativ. SperSm ca aceastA introd~~c-rre modest5 sA completeze cuno~tintele practice obtinute de studenti in laborator. Exerc:itiile c:11 reprezentki complese El vor preg5ti pentru studiul volumuhli 111. DacS timprll permite, profesorul poate estinde aceastg prezentare ce poate fi filruta uSor urmind calea obignuitA. SAII, poate s5ri intwg capitol111 dacA str~dentii sai incep st11di111 amilnllntit a1 c:irc-uitelor de c:urent :alternativ la cursul de eler.trotehnir5. fn acest cae, paragrat111 8.1 t r rb l~ ie stlldiat 1i1 r;lpitollll 7 unde urmeazs logic dupS paragraful 7.10.

Paragrafe facilitative : (toate ~ I I esceptia p i r r a g r a f ~ ~ l ~ ~ i 8.1).

Capitolul 9. ( C i m p ~ ~ r i electrice in substants) FArC o planificare atrnt;, timpul ramas pentru capitolele 9 $i 10 s-ar putea sA fie prea scurt. Acestor rapitole trebuie s 5 l i se atribuie mai mult de o cincime din intregul curs-trei sau mai bine patru sSptSmini dintr-un semestru de 14 s5ptAmini. Aici ne-am propus in principal s5 facem r~lnosrut studentului structura electric5 a substantei; teoria formals a cimpului mactrosc,opic este pe locul a1 doilea. De exemplu, daca timpul ne preseazz, putem renunla la esernpl111 clasic a1 sferei dielectrice in favoarea dipolilor moleculari induvi $i permanenti. (Totrqi, unul din paragrafele lungi - 9.13, poate f i oricum omis la prima citire c11 exceptia studentilor foarte bine pregatiti). Este necesaril folosirea cuno$tintelor de chimie ale studentilor, oricum a r fi ele. Acest subiect este terenul comun a1 fizicienilor si chimistilor $i fundamentele sale privesc in mod egal si pe viitorii specialisti in biologie molec:~~lar$ ~i pe. fiziologi. Folositi-le in spiritul lui Debye!

Paragrafe facultative; 9.6, 9.10, 9.11, 9.13, 9.17.

Capitolul 10. (Cimpuri magnetice in sr~bstantil) Acest capitol cere ceva n ~ a i putin timp. decit cap. 9, rji la fel ca $i cap. 9 el deschide mai multe perspective pentru ca profesorul sg-$i conducil studentii in incursiuni fascinante. Daca timpul este scurt, se ~ o t expune doar rezultatele paragrafelor 10.3 ~i 10.4, far5 demonstratii, inaintea analizei clasice amgnuntite a diamagnetismului, introdus in paragraful 10.5, incepind cu ec. (23). De asemeni ne putem opri mai putin asupra chestiunii cimpurilor macroscopice in substantg, chestiune la care studentul poate reveni mai tirziu cind are absolutS nevoie de ea. Tratarea cimpului magnetic macroscopic se face paralel cu tratarea cimpului electric In cap. 9. fn ambele cazuri se evita folosirea ipoteticilor ,,cavit&ti". Sintetizarea notiunilor din figura 10.19 poate folosi ca ghid profesorl~lui in espunerea sa.

Capitolul 1

Electrostatica: sarcini gi cimpuri i*

1.1. Sarcina electric& I .2. Conservarea sarcinii 1.8. Cuantilictlrea sarcinii 1.4. Legca lui Coulomb 1.6. Energia unui sistem de purtgtori de aareini 1.6. Energia electrich a unei retele cristsline 1.7. Cimpul electric 1.8. Distributii de sarcing 1.9. Flux

1.10. Legea lui Gauss 1.11. Chnpul unei distributii slerice de purtgtori de sarcin& 1.12. Cimpul unei sarcini liniar distribuita 1.18. Cimpul sarcinii distribuite pe un plan infinit

Probleme

Capitolul 2

Potentialul electric

8.1. Integrals de linie a cimpului electric 9%. Diferenb de potential gi functia de potential 9.8. (fmdientul unei functii ~calare 9.4. Obtinerea cimpului din potential 9.6. Potenfialul unei distributii de sarcinl

Poten?ialul a douii sarcini punctiforme Poten?ialul unui conductor 1 ung (2 nciircat)

9.6. Dim uniform inclrcat 9.7. For@ ce actioneazii asupra sarcinii superficiale 9.8. Energia unui cimp electric 9.9. Divergents unei functii vectoriale

$.lo. Teorema lui Gauss gi forma diferentiall a legii lui Gauss 8.11. ~ivergenp in coordonate carteziene P.19. Laplaceanul 9.18. Ecuatia lui Laplace 9.%4. Deosebirea dintre fizicii gi matematicl 9.16. Rotorul unei functii vectoriale 9J6. Teorema lui Stokes 9-17. Rotorul in coordonate carteziene 9.18. bmnificatia fizicl a rotorului

Capitolul 3

Cimpul electric in jurul conductorilor

3.1. Conductori gi izolatori 3.2. Conductori in ceimp electrostatic 3.3. Problema fundamental& a electrostaticii; teorema unicit&tii 3.4. Citeva sisteme simple de conductori 8.6. Condensatori gi capacitata 3.6. Potentiale gi sarcini pe dileriti conductori 3.7. Energia fnmagazinaa htr-un condensator 3.8. Alta aspeck ale problemei la limit&

Probleme

Capitolul 4

1% Cmen$i stdionari ~ u c t i b i l l t a t e a electrid gi legea lui Ohm

IL+ ,,Xeoanismnl" condnctibilitgtii electrice 6 (;Pnd apar abateri de la legea lui Ohm? UI. Conduotibilitatea electric& a metalelor 4.7. Bcristen#s condnctorilor

% 4.8. Circuite gi elemente de circuit &@. Mdparea energiei la trecerea curentnlni UO. Tensiunea eleetromotoare 81 elemcntul voltaic a. Cmenti variabili fn eondcnsatori gi rezistori

Problcme

Capitolul 5

Cimpul purtgtorilor de sarcing in miscare

5.1. De la Oersted la Einstein 5.2. Forte magnetice 6.3. Miisurarea sarcinii in migcare 6.4. Invariants sarcinii 5.5. Cimpul electric miisurat in diierite sisteme de reierintii 6.6. Cimpul unui purtiitor punctiform de sarcinii ce se migcii cu vitezii

constanti 5.7. Cimpul unui purtiitor de sarcinii la pornire sau oprire 6.8. Forta ce actioneazii asupra unui purtiitor de sarcinii in migcare 6.9. Interactiunea dintre un purtiitor de sarcinii in migcare gi alti purtiitori

de sarcinii in migcare

'PROBLEME

Capitolul 6

Cimpul magnetic

6.1. Delinitis cimpului magnetic e02 6.2. Unele proprieati ale ehpului magnetic e08 6.3. Vectornl potential 218 6.4. Cfmpul unui conductor oarecare str&b&tut de curent 217 6.6. Ctmpul produs de spire gi bobine 219 6.6. Varia)ia lui B in apropierea unei loiw de curent 224 6.7. Cum se trsneiormsi cimpurile e28 6.8. Experienfs lui Rowland 238 6.9. Conductibilitatea electrick btr-un cfmp magneti3: Electul Hall. 284

Probleme 237

lnductia electromagnetic8 gi ecuatiile lui Maxwell

7.1. Dcscoperirea lui Famday 7.2. 0 bar6 conductoare se deplaseaaP printr-un c h p magneticuniform 7.8. 0 buclP se deplaseazH printr-un c h p magnetic neuniform 7.4. 0 buclP stetionsrP ou auras cfmpului In migoare 7.6. 0 lege general& a inductiei 7.6. Inducfrmn#a mutual& 7.7. 0 teoremP de ,,reciprooitste6' 7.8. Autoinductis 7.9. Un cimuit @are oontine autoinductan)ll 7.10. Energia Pnmagazinatii fn t h p u l magnetic 7.11. ,,Ceva l ipqte6' 7.12. Curentul de deplasere 7.18. Eeuatiile lui Maxwell

Probleme

16 - Electricitate gi magnetism vol. 11

Capitolul 8

Circuite de curent alternativ

8.1. Un circuit rezonant 82. Curentul alternativ 8.8. Re#ele de curent alternativ 8.4. Admitank gi impedanfs 8.6. Puterea gi energia in circuite de curent alternativ

Probleme

1) - Electricitate gi magnetism vol. 11

Capitolul 9

Cimpuri electrice in substantg

9.1. Dielectrici a 4 9.9. RComentele nnei diebibntii de sarcinP 817 sa. ~ ~ t e n ) ~ . i n l fi ~ ~ m p n l anai dip01 820 9.4. Cnpld g i f* asnpn unni dip01 htr-un c h p exterior 8% 9.5. Dipoli atomici g i mdeaukri. Momente d i p o h i n d m 8% 9.6. Tensoral de polatkbi lhte 3% 8.7. Momente d i p o h permanento 381 9.8. Chnpul electrie prodm da materia polari~otP S 4 9$. Condenestoral umplat en dielectric 840

9.10. Canpd unei dem polarbate 84e 911. 0 sted dlelectrici fntr-un efmp nniLorm 93% CPmpal MICW pStr-m medin dielectrio gi l e e 8 lni G ~ w 348 9J8. Legiitara fntre swmptibilitr,tea eleatrid gi polarhbilitetea atomic& a1 9.14. Varirtii de emergie la pderhre Wi 9 3 . Die ld i a i r W $ i din molecule polam 867 9.16. PoWrsrsrr fn ahapnri variabile 858 917. Cmentul de ~ymipi IcptPL 859

Cimpuri magnetice in substantg

10.1. Cum r&spmd dilerite nubeten* la nn c h p magnetic 10%. Absenb ,,sarciniiU magnetice 10.23. h p u l ~ e i bncle de curent 10.4. Po* ssnpra nnni dip01 btr-un c h p exhior 10.6. Cnrenti electrici Pn stomi 10.6. Spinul electronulai 81 momentul msgnetie 10.7. Sneoeptibilitatea magnetid 10.8. h p u l magnetic prodns de materia magneticstg 10.9. Cimpul umi magnet permanent

10.10. Curentii liberi qi chpnl H 10.11. Feromegnetismul

Probleme

Alte probleme $1 intrebEiri

Capitolul 1 Capitolul B Capitolul 8 Capitolul 4 Capitolul 6 Capitolul 6 Capitolul 7 Capitolul 8 Capitolnl 9 Capitolul 10