《電磁場(chǎng)與電磁波》系統(tǒng)地闡述了電磁場(chǎng)與電磁波的有關(guān)基礎(chǔ)理論!峨姶艌(chǎng)與電磁波》共分10章,主要內(nèi)容有:矢量分析、靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)、恒定磁場(chǎng)、穩(wěn)恒場(chǎng)的解法、時(shí)變電磁場(chǎng)、均勻平面電磁波、平面電磁波的反射與折射、導(dǎo)行電磁波和電磁波的輻射。書中包含了一定數(shù)量的插圖、例題和習(xí)題,有助于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用和理解。
《電磁場(chǎng)與電磁波》可作為高等院校電子與信息工程及信息技術(shù)類等專業(yè)的本科生教材或教學(xué)參考書,也可供其他相關(guān)專業(yè)的教師、學(xué)生和科技人員參考。
根據(jù)作者多年的教學(xué)實(shí)踐以及從與本書相關(guān)的教材和參考文獻(xiàn)中獲得的信息,普遍認(rèn)為“電磁場(chǎng)與電磁波”這門課對(duì)學(xué)生來說,不容易學(xué);對(duì)教師來講,也不容易教。可以列舉出很多難教和難學(xué)的原因,比如經(jīng)常聽到學(xué)生講它的物理概念抽象、所用的數(shù)學(xué)工具不好熟悉并熟練掌握等。從國內(nèi)外數(shù)量繁多的相關(guān)教材,可以看出很多教學(xué)工作者關(guān)于電磁場(chǎng)這門課的教學(xué)方法和教學(xué)理念也不盡相同。
對(duì)于我國高校的大學(xué)生而言,在學(xué)習(xí)專業(yè)電磁場(chǎng)理論之前,已經(jīng)不止一次地接觸過電與磁的相關(guān)理論,比如高中和大學(xué)的物理課中都有相關(guān)內(nèi)容,尤其是大學(xué)物理中,內(nèi)容還很深入。但為什么這些知識(shí)好像對(duì)專業(yè)電磁場(chǎng)的學(xué)習(xí)沒有太多幫助呢?思考之下,可能是之前學(xué)習(xí)的內(nèi)容主要從一維空間出發(fā),沒有強(qiáng)調(diào)場(chǎng)的地位和作用;而專業(yè)電磁場(chǎng)理論則以場(chǎng)的概念作為基本思考角度,對(duì)場(chǎng)進(jìn)行三維空間加時(shí)間描述,即從標(biāo)量場(chǎng)擴(kuò)展到矢量場(chǎng),而且使用對(duì)學(xué)生來說全新的矢量微積分作為數(shù)學(xué)工具。因此幾乎全部的內(nèi)容,對(duì)學(xué)生來說都很具有挑戰(zhàn)性。故而本書以由淺入深、循序漸進(jìn)的方式介紹電磁場(chǎng)理論的各部分內(nèi)容,使讀者在學(xué)習(xí)過程中取得比較好的效果。
本書的內(nèi)容安排具有以下特點(diǎn):
。1)針對(duì)讀者對(duì)于矢量微積分這個(gè)數(shù)學(xué)工具的生疏問題,專門在第1章做了重點(diǎn)介紹。分別從幾何直觀的角度和數(shù)學(xué)分析的角度對(duì)照進(jìn)行內(nèi)容梳理。從最基本的矢量加減法開始,逐漸過渡到矢量的微積分,再到場(chǎng)的散度、旋度以及其他重要定理及公式。對(duì)每一個(gè)定理,著重強(qiáng)調(diào)了其物理意義,這對(duì)電磁場(chǎng)內(nèi)容的理解起到了關(guān)鍵作用。
(2)對(duì)電磁理論的概念和公式的介紹盡量做到由淺入深、循序漸進(jìn)。例如在均勻平面波的章節(jié)中,考慮到讀者不容易正確想象和體會(huì)均勻平面波的空間分布及隨時(shí)間的變化規(guī)律等特性,從最簡(jiǎn)單的時(shí)域余弦波開始介紹,并與空域余弦波相對(duì)應(yīng),逐步深入到均勻平面波的內(nèi)容中,便于讀者的理解。
。3)對(duì)電磁理論,每部分的內(nèi)容做到數(shù)學(xué)描述和文字描述并重。數(shù)學(xué)描述容易晦澀抽象,但比較精準(zhǔn);文字描述便于解說,但有所不及。因此如果讀者能夠?qū)⒍咚磉_(dá)的意思相互印證,會(huì)有助于加深和正確理解理論。
。4)在介紹理論過程中,對(duì)涉及的對(duì)電磁場(chǎng)理論的發(fā)展有重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家,進(jìn)行了生平介紹。介紹中突出了其對(duì)電磁場(chǎng)理論做出貢獻(xiàn)的事件或過程,使讀者明白電磁場(chǎng)理論的發(fā)展是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。麥克斯韋方程組之所以完美,是經(jīng)歷了無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)洗禮的。
(5)對(duì)涉及的重要的有難度的公式,需要時(shí)都在文中詳細(xì)給出。比如第1章中的1/r的梯度等,它是理解后面高斯散度定理推導(dǎo)的基礎(chǔ)。對(duì)文中容易出現(xiàn)理解歧義的公式,比如矢量形式的波動(dòng)方程,在需要時(shí)均給出了它的分量形式,使讀者對(duì)矢量微分方程掌握得更加準(zhǔn)確。
。6)對(duì)于復(fù)數(shù)形式的電磁場(chǎng)方程,盡量強(qiáng)調(diào)了其時(shí)域形式。因?yàn)樵趫?chǎng)與波的分析中,多數(shù)以時(shí)諧場(chǎng)為對(duì)象。若內(nèi)容中僅充斥著復(fù)數(shù)形式的方程,讀者容易忘記復(fù)數(shù)描述的方程與現(xiàn)實(shí)世界物理場(chǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
。7)每章都有本章小結(jié),對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)睛;學(xué)習(xí)完每章后,讀者可根據(jù)小結(jié)回想章節(jié)內(nèi)容,以及每一個(gè)公式的物理意義。章節(jié)中的重點(diǎn)內(nèi)容后面,配以例題,增加讀者對(duì)內(nèi)容的感性認(rèn)識(shí)。每章后面附有比較典型的習(xí)題,可以加深對(duì)內(nèi)容的理解。
第1章 矢量分析
1.1 矢量及其運(yùn)算
1.2 正交坐標(biāo)系
1.3 標(biāo)量場(chǎng)的梯度
1.4 矢量場(chǎng)的散度
1.5 矢量場(chǎng)的旋度
1.6 場(chǎng)函數(shù)的二階微分運(yùn)算
1.7 亥姆霍茲定理
1.8 本章小結(jié)
習(xí)題
第2章 靜電場(chǎng)
2.1 電荷
2.2 庫侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度
2.3 真空中靜電場(chǎng)的基本方程
2.4 電位函數(shù)
2.5 介質(zhì)中靜電場(chǎng)的基本方程
2.6 泊松方程和拉普拉斯方程
2.7 靜電場(chǎng)的邊界條件
2.8 電容和電容器
2.9 靜電場(chǎng)的能量和能量密度
2.10 本章小結(jié)
習(xí)題
第3章 恒定電場(chǎng)
3.1 電流強(qiáng)度和電流密度
3.2 電流的連續(xù)性方程和恒定條件
3.3 歐姆定律
3.4 焦耳定律
3.5 恒定電場(chǎng)的基本方程
3.6 恒定電場(chǎng)的邊界條件
3.7 恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的比較
3.8 絕緣電阻和接地電阻
3.9 本章小結(jié)
習(xí)題
第4章 恒定磁場(chǎng)
4.1 恒定磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)定律
4.2 磁場(chǎng)的散度和磁通連續(xù)性原理
4.3 真空中恒定磁場(chǎng)的旋度和安培環(huán)路定律
4.4 矢量磁位
4.5 介質(zhì)的磁化及磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律
4.6 標(biāo)量磁位
4.7 恒定磁場(chǎng)的基本方程及邊界條件
4.8 電感
4.9 磁場(chǎng)能量
4.10 本章小結(jié)
習(xí)題
第5章 穩(wěn)恒場(chǎng)的解法
5.1 邊值問題
5.2 唯一性定理
5.3 鏡像法
5.4 分離變量法
5.5 有限差分法
5.6 有限元法
5.7 本章小結(jié)
習(xí)題
第6章 時(shí)變電磁場(chǎng)
6.1 法拉第電磁感應(yīng)定律
6.2 位移電流
……
第7章 均勻平面電磁波
第8章 平面電磁波的反射與折射
第9章 導(dǎo)行電磁波
第10章 電磁波的輻射
附錄
參考文獻(xiàn)