普通高等教育“十一五”规划教材：电磁场理论基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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汤红卫，赵睿明 编

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出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787508383316

版次：1

商品编码：10700587

包装：平装

开本：16开

出版时间：2009-03-01

用纸：胶版纸

页数：234

字数：369000

正文语种：中文

内容简介

《普通高等教育“十一五”规划教材：电磁场理论基础》系统地阐述了电磁场与电磁波的基本规律、基本分析方法及其简单应用。《普通高等教育“十一五”规划教材：电磁场理论基础》共分九章，主要内容包括矢量分析、静电场、恒定电场、恒定磁场、静态电磁场边值问题的解、时变电磁场、平面电磁波、导行电磁波以及电磁波的辐射。《普通高等教育“十一五”规划教材：电磁场理论基础》内容精练、概念清晰、易于读懂、易于领会、便于自学，例题和习题有代表性，有助于加深对物理概念的理解。
《普通高等教育“十一五”规划教材：电磁场理论基础》可作为普通高等院校电气信息类相关专业的教学用书，也可作为相关工程科技人员的自学或参考用书。

内页插图

目录

前言
第1章 矢量分析
1.1 矢量的基本概念及其代数运算
1.2 矢量函数和微分
1.3 梯度、散度和旋度的定义及其运算
1.4 矢量微分算子
1.5 矢量积分定理
1.6 常用坐标系
习题

第2章 静电场
2.1 静电场中的基本定律
2.2 静电场中的标量电位
2.3 存在电介质时的静电场
2.4 静电场中的导体与电容
2.5 静电场的边界条件
2.6 静电场的泊松方程与拉普拉斯方程
2.7 静电场能量与电场力
习题

第3章 恒定电场
3.1 电流密度与电流
3.2 导电媒质的欧姆定律及焦耳定律
3.3 恒定电场的基本方程
3.4 恒定电场的边界条件
3.5 恒定电场与静电场的比拟
3.6 电导与接地电阻
习题

第4章 恒定磁场
4.1 磁感应强度
4.2 磁场的高斯定律和真空中的安培环路定律
4.3 矢量磁位
4.4 物质的磁化与磁介质中的安培环路定律
4.5 标量磁位
4.6 恒定磁场的边界条件
4.7 电感
4.8 磁场能量与磁场力
习题

第5章 静态电磁场边值问题的解
5.1 边值问题的分类和唯一性定理
5.2 镜像法
5.3 二维边值问题的求解方法--分离变量法
习题

第6章 时变电磁场
6.1 电磁感应定律
6.2 位移电流与全电流定律
6.3 麦克斯韦方程组与时变电磁场的边界条件
6.4 时变电磁场的位函数
6.5 时变电磁场的波动性和波动方程
6.6 坡印廷定理
6.7 准静态电磁场
习题

第7章 平面电磁波
7.1 正弦电磁场
7.2 无界理想介质中的均匀平面波
7.3 无界有耗媒质中的均匀平面波
7.4 电磁波的速度
7.5 电磁波的极化
7.6 电磁波的反射与折射
习题

第8章 导行电磁波
8.1 导行电磁波的一般特性
8.2 矩形波导
习题

第9章 电磁波的辐射
9.1 辐射场的基本场量及辐射区
9.2 电偶极子的辐射场
9.3 磁偶极子的辐射场
习题
部分习题答案
参考文献

精彩书摘

二、场的分类
按照空间中分布的物理量的特性，可将场简单地分为标量场和矢量场。
如果空间中分布的物理量是标量，那么所描述的场就是标量场；如果空间中分布的物理量是矢量，那么所描述的场就是矢量场。
三、场的表示方法
场可用函数表示，具体地说，可以用某物理量在某个区域内的单值时空函数来表示。通常，标量场用标量函数表示，矢量场用矢量函数表示。
值得注意的是，函数可以用来表示场，而且函数可以准确地表达场，但是不能错误地理解为：只要是函数就表示场。
场也可用图形表示。标量场可用等值面表示，如等位面和等位线，如图1-6所示。矢量场可用矢量线表示，如电场线和磁场线，如图1-7所示。
场的图形表示方法相对直观，但不够精确。比如，在等位面上我们能够获悉面上各点电位相等，由矢量线的疏密可以获悉矢量场的强弱，但并不知道确切的值。
1.3.2标量场的梯度
虽然，表征电磁场的基本物理量大都是矢量，但是，在某些情况下，借助标量场以及标量场的有关性质，可以使问题得以简化。因此，有必要研究标量场的有关性质。
电磁场理论中涉及标量电位和标量磁位，它们都是标量位函数，也就是标量场。标量场在空间各点处的值，可由标量位函数明确给出。
另外，在某些情况下，仅仅知道标量场在空间各点处的值，还远不够详尽，可能还需要了解它在不同方向上变化的趋势，如它沿哪个方向变化最快、最快的变化率又是多少等。这时，则需要借助标量场的方向导数和梯度来给出答案。

前言/序言

　　为贯彻落实教育部《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》和《教育部关于以就业为导向深化高等职业教育改革的若干意见》的精神，加强教材建设，确保教材质量，中国电力教育协会组织制订了普通高等教育“十一五”教材规划。该规划强调适应不同层次、不同类型院校，满足学科发展和人才培养的需求，坚持专业基础课教材与教学急需的专业教材并重、新编与修订相结合。本书为新编教材。
　　早在2000年前，人们就已经发现了磁石和摩擦起电的知识。我们的祖先利用地球磁场发明了指南针，为人类文明作出了巨大贡献。但是，人类对电、磁现象的系统性研究是从18世纪后期开始的。
　　1785年，库仑建立了静电、静磁的平方反比定律，标志着电学和磁学定量研究的开始。从此，电磁学进入了第一次飞跃发展时期。随后，欧姆与基尔霍夫又建立了以他们的名字命名的电路定律。但是在很长一段时间内，人们一直把电和磁看作是两个独立的现象，并不知道它们之间有什么联系。人类将电和磁作为一个整体加以研究，是从1831年法拉第发现电磁感应现象开始的。从此，电磁学进入了第二次飞跃发展时期。1865年英国学者麦克斯韦在总结和概括法拉第、安培、高斯等前人研究理论的基础上，创造性地提出了位移电流的假说，建立了电磁现象满足的基本规律，即麦克斯韦方程组，并预言了电磁波的存在。它构成了完整的经典电磁场理论体系，这标志着电磁学完成了第三次飞跃。从此，电磁场理论及其应用受到了物理学研究者的广泛而深入的研究，这些研究对20世纪初物理学中几个重大理论体系如相对论理论、量子理论等的建立起了重大作用。近30年来，电子技术、计算机和网络技术的发展，生物电磁学、环境电磁学和电磁兼容性等学科的建立，向电磁场理论提出了许多新的研究课题，也使现代电磁场理论得到了飞速发展。电磁场作为电磁能量的一种存在形式、信息传输的重要载体、探求未知世界的重要手段，它是通信、电子、电气等应用学科的重要理论基础。同时，在材料科学、生命科学和环境科学以及空间科学等新兴学科和边缘学科中也有非常广泛的应用。正因为如此，世界各国高等院校都将它作为一门必修的专业基础课程。
　　通常在分析求解一个物理系统中的时变电磁场问题时，严格地说都应采用电磁场理论中的分析方法，即所谓的“场”的方法，但在实际中很多情形下，也可采用电路理论中的分析方法，即所谓的“路”的方法，而且后者要简便得多。但是，“场”的方法具有普遍性，而“路”的方法具有特殊性。“路”的方法只在时变电磁场问题满足准静态的情况下适用。
　　电磁场理论这门课程具有理论性强、概念抽象、逻辑性严密、数学工具应用多、涉及应用领域广泛等特点。
　　本书在内容不浅显也不深奥、容易让学生读懂并领会的指导思想下，力求比较系统地介绍电磁场的基础理论和基本分析方法。

电磁场理论基础：拓展与前沿探索 本书旨在为读者提供一个超越传统“十一五”规划教材框架的、更具现代视野和应用深度的电磁场理论学习路径。我们聚焦于当代电磁学研究的前沿热点、新兴技术领域中的关键理论支撑，以及跨学科融合带来的新挑战与新机遇。 第一部分：经典理论的深化与现代诠释 本部分将对麦克斯韦方程组进行更加深入、更富物理洞察力的探讨，并引入现代数学工具和计算物理的视角来重新审视经典理论的有效性和局限性。 1. 波动光学与散射理论的精进 不同于侧重基础传播特性的传统描述，本部分将重点分析复杂介质（如超材料、梯度折射率材料）中的电磁波行为。我们将详细介绍久期方程的数值求解方法，如有限差分时域法（FDTD）在处理非均匀结构时的精度提升策略，以及边界元方法（BEM）在半无限大空间散射问题中的优势应用。对逆散射问题的理论基础进行梳理，包括迭代线性化技术和全波反演算法，为电磁成像技术奠定理论基石。 2. 场论的高阶抽象与微分几何视角 本章将脱离传统的笛卡尔坐标系束缚，引入微分几何的概念，如协变导数、张量分析在电磁场中的应用。探讨在弯曲时空（例如，强引力场或高能物理的背景下，尽管不涉及广义相对论，但采用其基础数学框架）中电磁场如何被描述。重点解析规范场论的雏形，理解电磁势的本质，以及其在量子电动力学（QED）中作为基础构建块的地位，即使本书不深入QED的量子化细节，也要为读者搭建起从经典到现代物理的桥梁。 3. 介质的动态响应与非线性效应 超越线性和各向同性介质的范畴，本部分深入研究电磁场与物质在极端条件下的相互作用。内容涵盖： 电磁本构关系的非线性演化： 探讨高强度激光与等离子体相互作用中的非线性响应，如自聚焦、克尔介质中的光孤子现象，并给出描述这些现象的非线性偏微分方程组的解析近似解法（如薛定谔方程的受激拉曼散射修正项）。 时变介质与时空调制结构： 分析电磁场在具有时变电导率或介电常数的介质中的传播特性，如频率转换、有效磁导率的产生等，这直接关联到时间晶体和动态超材料的理论基础。 第二部分：前沿交叉领域中的电磁学应用 本部分将重点关注电磁学理论如何驱动新兴技术的发展，特别是与信息科学、能源技术和生物医学工程的交叉点。 4. 微纳尺度电磁学与量子效应 随着器件尺寸向纳米尺度收缩，传统的连续介质模型失效。本章着重探讨表面等离激元（SPPs）的产生、传播和调控。详细分析金属纳米结构与光子的耦合模式，包括局域表面等离激元共振（LSPR）的品质因数分析。引入量子电动力学（QED）的半经典处理，讨论卡西米尔效应的宏观电磁场描述，以及在极小尺度下电荷运动的随机性与布朗运动对电磁场测量的影响。 5. 射频/微波工程中的集成与系统优化 本书将不再停留于单个元件的分析，而是聚焦于大规模电磁系统的协同设计。 大规模MIMO（多输入多输出）系统的互耦与信道建模： 基于三维电磁仿真结果，建立统计信道模型，分析大规模天线阵列中“穷人自由空间”现象（Poor Man’s Channel）的电磁根源。 电磁兼容性（EMC）的高阶分析： 从电磁波的耦合、辐射和抗扰性机理出发，探讨高密度集成电路（HIC）中的串扰问题。重点分析传输线理论在超宽带（UWB）和太赫兹（THz）频段的失效点，以及如何使用场分布分析来指导屏蔽和滤波器的设计。 6. 电磁场在生物医学中的精准调控 本部分探讨电磁能与生物组织的复杂耦合问题，这要求对非均匀、各向异性、具有介电弛豫特性的复杂介质进行精确建模。 射频/微波消融（RFA）的温度场耦合： 建立麦克斯韦方程与生物热传导方程的强耦合模型。分析焦点区域的电磁能沉积（SAR）与实际生物组织损伤的非线性关系，并引入电磁场驱动的药物输送（如电穿孔技术）中的场强阈值和脉冲形状优化。 磁共振成像（MRI）的梯度场与射频脉冲设计： 深入探讨MRI中B1场的均匀性与相位控制对成像质量的关键影响，并分析高场强MRI中趋肤效应的精确计算与补偿技术。 第三部分：计算电磁学的先进范式 为了应对现代工程和科学研究中日益增加的复杂几何结构和宽频带需求，本书将重点介绍和对比最先进的数值计算方法。 7. 时域与频域方法的融合与优化 除了传统的FDTD和有限元法（FEM）外，本部分将侧重于混合方法和新一代算法： 频域-时域混合求解器： 针对宽带或瞬态问题，介绍如何结合频域方法的稳定性和时域方法的宽频响应能力，实现高效求解。 加速技术与并行计算： 详细讨论矩阵预处理技术（如代数多尺度方法 AMS）在求解大型稀疏线性系统中的作用，以及如何针对GPU架构对经典的迭代求解器（如共轭梯度法）进行优化，以处理亿级网格的电磁仿真任务。 8. 机器学习在电磁场反问题中的应用 本章将电磁学前沿与人工智能技术相结合： 深度学习辅助的快速逆向求解： 探讨如何利用卷积神经网络（CNN）从散射截面（RCS）或远场分布中实时反演目标物的材料和几何参数，这极大地加速了传统上需要耗费大量计算资源的优化迭代过程。 代理模型（Surrogate Models）的构建： 利用高保真度的全波仿真数据训练代理模型，用于在设计初期快速评估参数变化对电磁性能的影响，从而实现电磁设计空间的快速探索。 本书的整体风格注重从基本原理出发，快速过渡到现代物理和工程应用中的核心挑战，为致力于电磁场前沿研究和尖端技术开发的工程师及科研人员提供一个坚实且具有前瞻性的理论基础。

评分☆☆☆☆☆

我个人在学习物理的时候，总是对一些抽象的概念感到头疼，尤其是涉及到电磁场这类偏理论的学科，如果没有好的引导，很容易就迷失在公式和推导里。但是，这本书在这方面做得相当出色。它不仅仅是罗列公式，而是深入浅出地解释了每一个概念的物理意义，以及它背后的逻辑。读起来的时候，感觉作者就像一位经验丰富的老师，耐心地为你解答疑惑，而不是冷冰冰地给出知识点。书中的例子和习题设计也非常有代表性，涵盖了各种典型的应用场景，通过解题过程，我能更深刻地理解理论是如何与实际相结合的。有时候，就算一个公式不太懂，看看旁边的例子，或者作者的补充说明，也能豁然开朗。这种“润物细无声”的教学方式，让我对电磁场理论产生了浓厚的兴趣，不再觉得它是一个枯燥的科目。

评分☆☆☆☆☆

我一直对自然界中的各种现象感到好奇，特别是那些看不见摸不着却又无处不在的力量。电磁场就是其中之一，它贯穿于我们生活的方方面面，从手机信号到家用电器，都离不开它的作用。这本书以一种非常“人文”的方式，带领我走进了电磁场的奇妙世界。它没有一开始就抛出大量的公式和定理，而是从一些引人入胜的现象入手，比如闪电的威力、指南针的指向，然后逐步引导我去探索背后的原理。这种“以点带面”的讲解方式，让我始终保持着学习的兴趣和动力。而且，作者在书中还穿插了一些科学家的故事和他们的发现过程，这让我感觉自己不仅仅是在学习一门科学，更是在与那些伟大的头脑进行跨越时空的对话。这本书让我对电磁场有了更深层次的理解，也激发了我进一步探索未知的好奇心。

评分☆☆☆☆☆

这套书的包装设计真的很不错，封面颜色搭配沉稳大气，摸起来质感也很好，一看就是精品。书页的纸张厚实，印刷清晰，字迹黑白分明，阅读起来一点也不费眼。打开书本，一股淡淡的油墨香扑鼻而来，这是实体书特有的味道，让人感觉很安心。翻阅目录，章节安排得很合理，从基础概念到高级应用，循序渐进，逻辑清晰。我特别喜欢它附带的精美插图，有些复杂的公式和模型，通过图形化的方式呈现，一下子就变得生动易懂了。感觉作者在细节处理上花了很多心思，每一个排版、每一个图示都经过精心设计。而且，书的尺寸也比较适中，方便携带，无论是放在书包里还是拿在手里，都不会觉得笨重。合上书本，感觉就像是捧着一件艺术品，光是摆在书架上，都能提升整个空间的格调。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前接触过不少相关的书籍，但很多要么过于学术化，看得我云里雾里，要么就太过于简化，缺乏深度，满足不了我进一步探索的欲望。这本书在这两者之间找到了一个绝佳的平衡点。它在保持理论严谨性的同时，又运用了许多生动形象的比喻和类比，将复杂的物理现象描绘得栩栩如生。例如，在讲解电场线和磁感线的时候，作者通过一些生活中的例子，比如水流的形状，让我对这些看不见摸不着的力量有了更直观的感受。而且，这本书的语言风格也很吸引人，没有那种枯燥乏味的教科书腔调，读起来更像是在与一位博学的长者交流。我甚至在一些章节里发现了作者对学科发展历程的思考，这让我对电磁场理论的认识上升到了一个新的高度，不仅仅是掌握知识，更是理解知识的由来和演变。

评分☆☆☆☆☆

作为一名需要经常接触电磁场知识的工程师，我一直在寻找一本能够兼顾理论深度和实际应用的书籍。这本《电磁场理论基础》完全满足了我的需求。它在讲解基础理论的同时，非常注重与工程实践的联系，很多章节都穿插了实际应用案例，比如天线设计、电磁兼容性分析等方面。这些案例的分析非常透彻，让我能够理解理论知识在实际问题中的应用价值。更重要的是，书中还介绍了一些前沿的研究方向和发展趋势，这对于我保持技术敏感性非常有帮助。读完这本书，我感觉自己对电磁场的理解不再停留在书本上，而是能够将其应用到实际工作中，解决遇到的技术难题。这对于提升我的工作效率和解决问题的能力，起到了至关重要的作用。