Dr Jason Chun Shing Pun Department of Physics The University of Hong Kong January 2005 PHYS1112 Electricity and Magnetism Lecture Notes Pdf Download.
Table of Content
1 Vector Algebra 1
Table of Contents
- 1.1 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
- 1.2 Vector Algebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
- 1.3 Components of Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
- 1.4 Multiplication of Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
- 1.5 Vector Field (Physics Point of View) . . . . . . . . . . . . . . . . 6
- 1.6 Other Topics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Electric Force & Electric Field 8
- 2.1 Electric Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
- 2.2 The Electric Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
- 2.3 Continuous Charge Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
- 2.4 Electric Field Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
- 2.5 Point Charge in E-field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
- 2.6 Dipole in E-field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3 Electric Flux and Gauss’ Law 25
- 3.1 Electric Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
- 3.2 Gauss’ Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
- 3.3 E-field Calculation with Gauss’ Law . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
- 3.4 Gauss’ Law and Conductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4 Electric Potential 36
- 4.1 Potential Energy and Conservative Forces . . . . . . . . . . . . . 36
- 4.2 Electric Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
- 4.3 Relation Between Electric Field E and Electric Potential V . . . . 45
- 4.4 Equipotential Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5 Capacitance and DC Circuits 51
- 5.1 Capacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
- 5.2 Calculating Capacitance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
- 5.3 Capacitors in Combination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
- 5.4 Energy Storage in Capacitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
- Dielectric Constant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
- 5.6 Capacitor with Dielectric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
- 5.7 Gauss’ Law in Dielectric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
- 5.8 Ohm’s Law and Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
- 5.9 DC Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
- 5.10 RC Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6 Magnetic Force 73
- 6.1 Magnetic Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
- 6.2 Motion of A Point Charge in Magnetic Field . . . . . . . . . . . . 75
- 6.3 Hall Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
- 6.4 Magnetic Force on Currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
7 Magnetic Field 81
- 7.1 Magnetic Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
- 7.2 Parallel Currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
- 7.3 Amp`ere’s Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
- 7.4 Magnetic Dipole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
- 7.5 Magnetic Dipole in A Constant B-field . . . . . . . . . . . . . . . 93
- 7.6 Magnetic Properties of Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
8 Faraday’s Law of Induction 98
- 8.1 Faraday’s Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
- 8.2 Lenz’ Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
- 8.3 Motional EMF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
- 8.4 Induced Electric Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
9 Inductance 107
- 9.1 Inductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
- 9.2 LR Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
- 9.3 Energy Stored in Inductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
- 9.4 LC Circuit (Electromagnetic Oscillator) . . . . . . . . . . . . . . . 113
- 9.5 RLC Circuit (Damped Oscillator) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
10 AC Circuits 116
- 10.1 Alternating Current (AC) Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
- 10.2 Phase Relation Between i, V for R,L and C . . . . . . . . . . . . . 117
- 10.3 Single Loop RLC AC Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
- 10.4 Resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
- 10.5 Power in AC Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121