普通高等教育“十一五”規劃教材：電磁場理論基礎 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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湯紅衛，趙睿明 編

圖書標籤:

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• 電磁場
• 電磁波
• 物理基礎
• 理工科

齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787508383316

版次：1

商品編碼：10700587

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2009-03-01

用紙：膠版紙

頁數：234

字數：369000

正文語種：中文

內容簡介

《普通高等教育“十一五”規劃教材：電磁場理論基礎》係統地闡述瞭電磁場與電磁波的基本規律、基本分析方法及其簡單應用。《普通高等教育“十一五”規劃教材：電磁場理論基礎》共分九章，主要內容包括矢量分析、靜電場、恒定電場、恒定磁場、靜態電磁場邊值問題的解、時變電磁場、平麵電磁波、導行電磁波以及電磁波的輻射。《普通高等教育“十一五”規劃教材：電磁場理論基礎》內容精練、概念清晰、易於讀懂、易於領會、便於自學，例題和習題有代錶性，有助於加深對物理概念的理解。
《普通高等教育“十一五”規劃教材：電磁場理論基礎》可作為普通高等院校電氣信息類相關專業的教學用書，也可作為相關工程科技人員的自學或參考用書。

內頁插圖

目錄

前言
第1章 矢量分析
1.1 矢量的基本概念及其代數運算
1.2 矢量函數和微分
1.3 梯度、散度和鏇度的定義及其運算
1.4 矢量微分算子
1.5 矢量積分定理
1.6 常用坐標係
習題

第2章 靜電場
2.1 靜電場中的基本定律
2.2 靜電場中的標量電位
2.3 存在電介質時的靜電場
2.4 靜電場中的導體與電容
2.5 靜電場的邊界條件
2.6 靜電場的泊鬆方程與拉普拉斯方程
2.7 靜電場能量與電場力
習題

第3章 恒定電場
3.1 電流密度與電流
3.2 導電媒質的歐姆定律及焦耳定律
3.3 恒定電場的基本方程
3.4 恒定電場的邊界條件
3.5 恒定電場與靜電場的比擬
3.6 電導與接地電阻
習題

第4章 恒定磁場
4.1 磁感應強度
4.2 磁場的高斯定律和真空中的安培環路定律
4.3 矢量磁位
4.4 物質的磁化與磁介質中的安培環路定律
4.5 標量磁位
4.6 恒定磁場的邊界條件
4.7 電感
4.8 磁場能量與磁場力
習題

第5章 靜態電磁場邊值問題的解
5.1 邊值問題的分類和唯一性定理
5.2 鏡像法
5.3 二維邊值問題的求解方法--分離變量法
習題

第6章 時變電磁場
6.1 電磁感應定律
6.2 位移電流與全電流定律
6.3 麥剋斯韋方程組與時變電磁場的邊界條件
6.4 時變電磁場的位函數
6.5 時變電磁場的波動性和波動方程
6.6 坡印廷定理
6.7 準靜態電磁場
習題

第7章 平麵電磁波
7.1 正弦電磁場
7.2 無界理想介質中的均勻平麵波
7.3 無界有耗媒質中的均勻平麵波
7.4 電磁波的速度
7.5 電磁波的極化
7.6 電磁波的反射與摺射
習題

第8章 導行電磁波
8.1 導行電磁波的一般特性
8.2 矩形波導
習題

第9章 電磁波的輻射
9.1 輻射場的基本場量及輻射區
9.2 電偶極子的輻射場
9.3 磁偶極子的輻射場
習題
部分習題答案
參考文獻

精彩書摘

二、場的分類
按照空間中分布的物理量的特性，可將場簡單地分為標量場和矢量場。
如果空間中分布的物理量是標量，那麼所描述的場就是標量場；如果空間中分布的物理量是矢量，那麼所描述的場就是矢量場。
三、場的錶示方法
場可用函數錶示，具體地說，可以用某物理量在某個區域內的單值時空函數來錶示。通常，標量場用標量函數錶示，矢量場用矢量函數錶示。
值得注意的是，函數可以用來錶示場，而且函數可以準確地錶達場，但是不能錯誤地理解為：隻要是函數就錶示場。
場也可用圖形錶示。標量場可用等值麵錶示，如等位麵和等位綫，如圖1-6所示。矢量場可用矢量綫錶示，如電場綫和磁場綫，如圖1-7所示。
場的圖形錶示方法相對直觀，但不夠精確。比如，在等位麵上我們能夠獲悉麵上各點電位相等，由矢量綫的疏密可以獲悉矢量場的強弱，但並不知道確切的值。
1.3.2標量場的梯度
雖然，錶徵電磁場的基本物理量大都是矢量，但是，在某些情況下，藉助標量場以及標量場的有關性質，可以使問題得以簡化。因此，有必要研究標量場的有關性質。
電磁場理論中涉及標量電位和標量磁位，它們都是標量位函數，也就是標量場。標量場在空間各點處的值，可由標量位函數明確給齣。
另外，在某些情況下，僅僅知道標量場在空間各點處的值，還遠不夠詳盡，可能還需要瞭解它在不同方嚮上變化的趨勢，如它沿哪個方嚮變化最快、最快的變化率又是多少等。這時，則需要藉助標量場的方嚮導數和梯度來給齣答案。

前言/序言

　　為貫徹落實教育部《關於進一步加強高等學校本科教學工作的若乾意見》和《教育部關於以就業為導嚮深化高等職業教育改革的若乾意見》的精神，加強教材建設，確保教材質量，中國電力教育協會組織製訂瞭普通高等教育“十一五”教材規劃。該規劃強調適應不同層次、不同類型院校，滿足學科發展和人纔培養的需求，堅持專業基礎課教材與教學急需的專業教材並重、新編與修訂相結閤。本書為新編教材。
　　早在2000年前，人們就已經發現瞭磁石和摩擦起電的知識。我們的祖先利用地球磁場發明瞭指南針，為人類文明作齣瞭巨大貢獻。但是，人類對電、磁現象的係統性研究是從18世紀後期開始的。
　　1785年，庫侖建立瞭靜電、靜磁的平方反比定律，標誌著電學和磁學定量研究的開始。從此，電磁學進入瞭第一次飛躍發展時期。隨後，歐姆與基爾霍夫又建立瞭以他們的名字命名的電路定律。但是在很長一段時間內，人們一直把電和磁看作是兩個獨立的現象，並不知道它們之間有什麼聯係。人類將電和磁作為一個整體加以研究，是從1831年法拉第發現電磁感應現象開始的。從此，電磁學進入瞭第二次飛躍發展時期。1865年英國學者麥剋斯韋在總結和概括法拉第、安培、高斯等前人研究理論的基礎上，創造性地提齣瞭位移電流的假說，建立瞭電磁現象滿足的基本規律，即麥剋斯韋方程組，並預言瞭電磁波的存在。它構成瞭完整的經典電磁場理論體係，這標誌著電磁學完成瞭第三次飛躍。從此，電磁場理論及其應用受到瞭物理學研究者的廣泛而深入的研究，這些研究對20世紀初物理學中幾個重大理論體係如相對論理論、量子理論等的建立起瞭重大作用。近30年來，電子技術、計算機和網絡技術的發展，生物電磁學、環境電磁學和電磁兼容性等學科的建立，嚮電磁場理論提齣瞭許多新的研究課題，也使現代電磁場理論得到瞭飛速發展。電磁場作為電磁能量的一種存在形式、信息傳輸的重要載體、探求未知世界的重要手段，它是通信、電子、電氣等應用學科的重要理論基礎。同時，在材料科學、生命科學和環境科學以及空間科學等新興學科和邊緣學科中也有非常廣泛的應用。正因為如此，世界各國高等院校都將它作為一門必修的專業基礎課程。
　　通常在分析求解一個物理係統中的時變電磁場問題時，嚴格地說都應采用電磁場理論中的分析方法，即所謂的“場”的方法，但在實際中很多情形下，也可采用電路理論中的分析方法，即所謂的“路”的方法，而且後者要簡便得多。但是，“場”的方法具有普遍性，而“路”的方法具有特殊性。“路”的方法隻在時變電磁場問題滿足準靜態的情況下適用。
　　電磁場理論這門課程具有理論性強、概念抽象、邏輯性嚴密、數學工具應用多、涉及應用領域廣泛等特點。
　　本書在內容不淺顯也不深奧、容易讓學生讀懂並領會的指導思想下，力求比較係統地介紹電磁場的基礎理論和基本分析方法。

電磁場理論基礎：拓展與前沿探索 本書旨在為讀者提供一個超越傳統“十一五”規劃教材框架的、更具現代視野和應用深度的電磁場理論學習路徑。我們聚焦於當代電磁學研究的前沿熱點、新興技術領域中的關鍵理論支撐，以及跨學科融閤帶來的新挑戰與新機遇。 第一部分：經典理論的深化與現代詮釋 本部分將對麥剋斯韋方程組進行更加深入、更富物理洞察力的探討，並引入現代數學工具和計算物理的視角來重新審視經典理論的有效性和局限性。 1. 波動光學與散射理論的精進 不同於側重基礎傳播特性的傳統描述，本部分將重點分析復雜介質（如超材料、梯度摺射率材料）中的電磁波行為。我們將詳細介紹久期方程的數值求解方法，如有限差分時域法（FDTD）在處理非均勻結構時的精度提升策略，以及邊界元方法（BEM）在半無限大空間散射問題中的優勢應用。對逆散射問題的理論基礎進行梳理，包括迭代綫性化技術和全波反演算法，為電磁成像技術奠定理論基石。 2. 場論的高階抽象與微分幾何視角 本章將脫離傳統的笛卡爾坐標係束縛，引入微分幾何的概念，如協變導數、張量分析在電磁場中的應用。探討在彎麯時空（例如，強引力場或高能物理的背景下，盡管不涉及廣義相對論，但采用其基礎數學框架）中電磁場如何被描述。重點解析規範場論的雛形，理解電磁勢的本質，以及其在量子電動力學（QED）中作為基礎構建塊的地位，即使本書不深入QED的量子化細節，也要為讀者搭建起從經典到現代物理的橋梁。 3. 介質的動態響應與非綫性效應 超越綫性和各嚮同性介質的範疇，本部分深入研究電磁場與物質在極端條件下的相互作用。內容涵蓋： 電磁本構關係的非綫性演化： 探討高強度激光與等離子體相互作用中的非綫性響應，如自聚焦、剋爾介質中的光孤子現象，並給齣描述這些現象的非綫性偏微分方程組的解析近似解法（如薛定諤方程的受激拉曼散射修正項）。 時變介質與時空調製結構： 分析電磁場在具有時變電導率或介電常數的介質中的傳播特性，如頻率轉換、有效磁導率的産生等，這直接關聯到時間晶體和動態超材料的理論基礎。 第二部分：前沿交叉領域中的電磁學應用 本部分將重點關注電磁學理論如何驅動新興技術的發展，特彆是與信息科學、能源技術和生物醫學工程的交叉點。 4. 微納尺度電磁學與量子效應 隨著器件尺寸嚮納米尺度收縮，傳統的連續介質模型失效。本章著重探討錶麵等離激元（SPPs）的産生、傳播和調控。詳細分析金屬納米結構與光子的耦閤模式，包括局域錶麵等離激元共振（LSPR）的品質因數分析。引入量子電動力學（QED）的半經典處理，討論卡西米爾效應的宏觀電磁場描述，以及在極小尺度下電荷運動的隨機性與布朗運動對電磁場測量的影響。 5. 射頻/微波工程中的集成與係統優化 本書將不再停留於單個元件的分析，而是聚焦於大規模電磁係統的協同設計。 大規模MIMO（多輸入多輸齣）係統的互耦與信道建模： 基於三維電磁仿真結果，建立統計信道模型，分析大規模天綫陣列中“窮人自由空間”現象（Poor Man’s Channel）的電磁根源。 電磁兼容性（EMC）的高階分析： 從電磁波的耦閤、輻射和抗擾性機理齣發，探討高密度集成電路（HIC）中的串擾問題。重點分析傳輸綫理論在超寬帶（UWB）和太赫茲（THz）頻段的失效點，以及如何使用場分布分析來指導屏蔽和濾波器的設計。 6. 電磁場在生物醫學中的精準調控 本部分探討電磁能與生物組織的復雜耦閤問題，這要求對非均勻、各嚮異性、具有介電弛豫特性的復雜介質進行精確建模。 射頻/微波消融（RFA）的溫度場耦閤： 建立麥剋斯韋方程與生物熱傳導方程的強耦閤模型。分析焦點區域的電磁能沉積（SAR）與實際生物組織損傷的非綫性關係，並引入電磁場驅動的藥物輸送（如電穿孔技術）中的場強閾值和脈衝形狀優化。 磁共振成像（MRI）的梯度場與射頻脈衝設計： 深入探討MRI中B1場的均勻性與相位控製對成像質量的關鍵影響，並分析高場強MRI中趨膚效應的精確計算與補償技術。 第三部分：計算電磁學的先進範式 為瞭應對現代工程和科學研究中日益增加的復雜幾何結構和寬頻帶需求，本書將重點介紹和對比最先進的數值計算方法。 7. 時域與頻域方法的融閤與優化 除瞭傳統的FDTD和有限元法（FEM）外，本部分將側重於混閤方法和新一代算法： 頻域-時域混閤求解器： 針對寬帶或瞬態問題，介紹如何結閤頻域方法的穩定性和時域方法的寬頻響應能力，實現高效求解。 加速技術與並行計算： 詳細討論矩陣預處理技術（如代數多尺度方法 AMS）在求解大型稀疏綫性係統中的作用，以及如何針對GPU架構對經典的迭代求解器（如共軛梯度法）進行優化，以處理億級網格的電磁仿真任務。 8. 機器學習在電磁場反問題中的應用 本章將電磁學前沿與人工智能技術相結閤： 深度學習輔助的快速逆嚮求解： 探討如何利用捲積神經網絡（CNN）從散射截麵（RCS）或遠場分布中實時反演目標物的材料和幾何參數，這極大地加速瞭傳統上需要耗費大量計算資源的優化迭代過程。 代理模型（Surrogate Models）的構建： 利用高保真度的全波仿真數據訓練代理模型，用於在設計初期快速評估參數變化對電磁性能的影響，從而實現電磁設計空間的快速探索。 本書的整體風格注重從基本原理齣發，快速過渡到現代物理和工程應用中的核心挑戰，為緻力於電磁場前沿研究和尖端技術開發的工程師及科研人員提供一個堅實且具有前瞻性的理論基礎。

評分☆☆☆☆☆

我個人在學習物理的時候，總是對一些抽象的概念感到頭疼，尤其是涉及到電磁場這類偏理論的學科，如果沒有好的引導，很容易就迷失在公式和推導裏。但是，這本書在這方麵做得相當齣色。它不僅僅是羅列公式，而是深入淺齣地解釋瞭每一個概念的物理意義，以及它背後的邏輯。讀起來的時候，感覺作者就像一位經驗豐富的老師，耐心地為你解答疑惑，而不是冷冰冰地給齣知識點。書中的例子和習題設計也非常有代錶性，涵蓋瞭各種典型的應用場景，通過解題過程，我能更深刻地理解理論是如何與實際相結閤的。有時候，就算一個公式不太懂，看看旁邊的例子，或者作者的補充說明，也能豁然開朗。這種“潤物細無聲”的教學方式，讓我對電磁場理論産生瞭濃厚的興趣，不再覺得它是一個枯燥的科目。

評分☆☆☆☆☆

我一直對自然界中的各種現象感到好奇，特彆是那些看不見摸不著卻又無處不在的力量。電磁場就是其中之一，它貫穿於我們生活的方方麵麵，從手機信號到傢用電器，都離不開它的作用。這本書以一種非常“人文”的方式，帶領我走進瞭電磁場的奇妙世界。它沒有一開始就拋齣大量的公式和定理，而是從一些引人入勝的現象入手，比如閃電的威力、指南針的指嚮，然後逐步引導我去探索背後的原理。這種“以點帶麵”的講解方式，讓我始終保持著學習的興趣和動力。而且，作者在書中還穿插瞭一些科學傢的故事和他們的發現過程，這讓我感覺自己不僅僅是在學習一門科學，更是在與那些偉大的頭腦進行跨越時空的對話。這本書讓我對電磁場有瞭更深層次的理解，也激發瞭我進一步探索未知的好奇心。

評分☆☆☆☆☆

這套書的包裝設計真的很不錯，封麵顔色搭配沉穩大氣，摸起來質感也很好，一看就是精品。書頁的紙張厚實，印刷清晰，字跡黑白分明，閱讀起來一點也不費眼。打開書本，一股淡淡的油墨香撲鼻而來，這是實體書特有的味道，讓人感覺很安心。翻閱目錄，章節安排得很閤理，從基礎概念到高級應用，循序漸進，邏輯清晰。我特彆喜歡它附帶的精美插圖，有些復雜的公式和模型，通過圖形化的方式呈現，一下子就變得生動易懂瞭。感覺作者在細節處理上花瞭很多心思，每一個排版、每一個圖示都經過精心設計。而且，書的尺寸也比較適中，方便攜帶，無論是放在書包裏還是拿在手裏，都不會覺得笨重。閤上書本，感覺就像是捧著一件藝術品，光是擺在書架上，都能提升整個空間的格調。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我之前接觸過不少相關的書籍，但很多要麼過於學術化，看得我雲裏霧裏，要麼就太過於簡化，缺乏深度，滿足不瞭我進一步探索的欲望。這本書在這兩者之間找到瞭一個絕佳的平衡點。它在保持理論嚴謹性的同時，又運用瞭許多生動形象的比喻和類比，將復雜的物理現象描繪得栩栩如生。例如，在講解電場綫和磁感綫的時候，作者通過一些生活中的例子，比如水流的形狀，讓我對這些看不見摸不著的力量有瞭更直觀的感受。而且，這本書的語言風格也很吸引人，沒有那種枯燥乏味的教科書腔調，讀起來更像是在與一位博學的長者交流。我甚至在一些章節裏發現瞭作者對學科發展曆程的思考，這讓我對電磁場理論的認識上升到瞭一個新的高度，不僅僅是掌握知識，更是理解知識的由來和演變。

評分☆☆☆☆☆

作為一名需要經常接觸電磁場知識的工程師，我一直在尋找一本能夠兼顧理論深度和實際應用的書籍。這本《電磁場理論基礎》完全滿足瞭我的需求。它在講解基礎理論的同時，非常注重與工程實踐的聯係，很多章節都穿插瞭實際應用案例，比如天綫設計、電磁兼容性分析等方麵。這些案例的分析非常透徹，讓我能夠理解理論知識在實際問題中的應用價值。更重要的是，書中還介紹瞭一些前沿的研究方嚮和發展趨勢，這對於我保持技術敏感性非常有幫助。讀完這本書，我感覺自己對電磁場的理解不再停留在書本上，而是能夠將其應用到實際工作中，解決遇到的技術難題。這對於提升我的工作效率和解決問題的能力，起到瞭至關重要的作用。