xii
Contents
10.2.1 Kinetic Theory of Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
10.2.2 Thermal Expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
10.2.3 Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
10.2.4 Specific Heat and Latent Heat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
10.2.5 Thermodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
10.2.6 Elasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
10.2.7 Surface Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
10.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
10.3.1 Kinetic Theory of Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
10.3.2 Thermal Expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
10.3.3 Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
10.3.4 Specific Heat and Latent Heat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
10.3.5 Thermodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
10.3.6 Elasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
10.3.7 Surface Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
11 Electrostatics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
11.1 Basic Concepts and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
11.2 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
11.2.1 Electric Field and Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
11.2.2 Gauss’ Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
11.2.3 Capacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
11.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
11.3.1 Electric Field and Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
11.3.2 Gauss’ Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
11.3.3 Capacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
12 Electric Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
12.1 Basic Concepts and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
12.2 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
12.2.1 Resistance, EMF, Current, Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
12.2.2 Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
12.2.3 Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
12.2.4 Kirchhoff’s Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
12.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
12.3.1 Resistance, EMF, Current, Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
12.3.2 Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
12.3.3 Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
12.3.4 Kirchhoff’s Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
13 Electromagnetism I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
13.1 Basic Concepts and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
13.2 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
Contents
10.2.1 Kinetic Theory of Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
10.2.2 Thermal Expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
10.2.3 Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
10.2.4 Specific Heat and Latent Heat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
10.2.5 Thermodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
10.2.6 Elasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
10.2.7 Surface Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
10.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
10.3.1 Kinetic Theory of Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
10.3.2 Thermal Expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
10.3.3 Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
10.3.4 Specific Heat and Latent Heat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
10.3.5 Thermodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
10.3.6 Elasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
10.3.7 Surface Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
11 Electrostatics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
11.1 Basic Concepts and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
11.2 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
11.2.1 Electric Field and Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
11.2.2 Gauss’ Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
11.2.3 Capacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
11.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
11.3.1 Electric Field and Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
11.3.2 Gauss’ Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
11.3.3 Capacitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
12 Electric Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
12.1 Basic Concepts and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
12.2 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
12.2.1 Resistance, EMF, Current, Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
12.2.2 Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
12.2.3 Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
12.2.4 Kirchhoff’s Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
12.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
12.3.1 Resistance, EMF, Current, Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
12.3.2 Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
12.3.3 Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
12.3.4 Kirchhoff’s Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
13 Electromagnetism I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
13.1 Basic Concepts and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
13.2 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583