電磁學(xué)

前言

　　石油大學(xué)(華東)賈瑞皋教授等編寫的《電磁學(xué)》正式出版了，我有幸先讀為快，從中得益匪淺，在這里，愿意談幾點(diǎn)自己的認(rèn)識(shí)就正于各位編者和廣大讀者，物理學(xué)是自然科學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科，曾長期處于領(lǐng)先學(xué)科的地位，展望21世紀(jì)，它仍將占有極為重要的地位，不僅由于人類在認(rèn)識(shí)自然和改造自然中的許多前沿陣地都屬于物理學(xué)領(lǐng)域，任何新興學(xué)科或高新技術(shù)，包括生命、信息、能源、材料等學(xué)科也決不可能脫離物理學(xué)而發(fā)展；而且能在新世紀(jì)中大有作為的高素質(zhì)科技人才必須具備較多的物理學(xué)知識(shí)，以及與之密切聯(lián)系的較強(qiáng)的實(shí)踐能力和正確的科學(xué)思維方法，當(dāng)前國家特別注意培養(yǎng)能獨(dú)立開拓、實(shí)現(xiàn)原初性創(chuàng)新的人才，就必須更加重視物理學(xué)的教學(xué)工作，經(jīng)過20世紀(jì)的飛速發(fā)展，物理學(xué)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出經(jīng)典的、傳統(tǒng)的范疇，成為一門范圍極其廣大并仍在不斷擴(kuò)展更新的學(xué)科，任何人都滅可能通過大學(xué)的學(xué)習(xí)就學(xué)會(huì)所有今后要用到的知識(shí)，只能是打好必要的基礎(chǔ)，在本科階段，特別是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主要任務(wù)的物理系，希望學(xué)生首先掌握物理學(xué)最基本的概念、原理、定律，初步具備理論和實(shí)驗(yàn)兩方面的實(shí)踐能力并掌握研究方法，普通物理課程正是在較廣的領(lǐng)域內(nèi)打好基礎(chǔ)的最核心的課程，學(xué)好普通物理，不僅是學(xué)好大學(xué)本科階段后繼課程的必要前提，也為今后在各種可能的工作崗位上終身進(jìn)行學(xué)習(xí)、研究打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)，許多技術(shù)性課程應(yīng)用范圍相對較窄，而且變動(dòng)更新很快，普通物理課的內(nèi)容雖然也在不斷更新，但其基本框架相對來說比較穩(wěn)定，學(xué)好之后，終身受用，不論物理學(xué)以至整個(gè)科學(xué)技術(shù)如何日新月異，新概念、新技術(shù)、新方法如何層出不窮，只要打好了普通物理的基礎(chǔ)，就不難適應(yīng)任何新形勢、新任務(wù)，許多著名科學(xué)家、工程師回顧他們的學(xué)習(xí)生活時(shí)，普遍認(rèn)為普通物理對他們的幫助極大，影響深遠(yuǎn)，現(xiàn)階段社會(huì)對物理學(xué)人才需求最多的是應(yīng)用型人才，應(yīng)用物理人才不僅要能夠較好地掌握物理學(xué)本身，還要善于創(chuàng)造性地靈活運(yùn)用客觀規(guī)律，探索新的實(shí)際應(yīng)用途徑，推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展；或者能使物理學(xué)與其它學(xué)科交叉融合，建立新的學(xué)科，開辟新的生產(chǎn)部門，過去，我國出版的物理教材對于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)特點(diǎn)還注意得不很夠，所以在考慮面向21世紀(jì)應(yīng)用物理專業(yè)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革時(shí)，就組織編寫了一套適合應(yīng)用物理專業(yè)的物理教材，20世紀(jì)90年代，在教育部統(tǒng)一安排下，由南京大學(xué)、石油大學(xué)(華東)、武漢大學(xué)、華東理工大學(xué)和西安交通大學(xué)5校物理系或應(yīng)用物理系的教師共同組成項(xiàng)目組研究應(yīng)用、物理專業(yè)教學(xué)改革的有關(guān)問題，項(xiàng)目組決定采取的一項(xiàng)措施，就是分工編寫這樣一整套包含普通物理和理論物理的教材。

內(nèi)容概要

　　《電磁學(xué)》是教育部“高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”的研究成果，是面向21世紀(jì)課程教材?！峨姶艑W(xué)》以電磁學(xué)理論的發(fā)展順序?yàn)橹骶€，介紹電磁學(xué)的基本原理、發(fā)展前沿以及在工程實(shí)際和高新技術(shù)中的應(yīng)用，貫穿以科學(xué)研究的思想、方法、語言以及電磁學(xué)理論的應(yīng)用，注重培養(yǎng)學(xué)生尋找和發(fā)現(xiàn)問題、提出和解決問題以及應(yīng)用理論解決實(shí)際沖天意識(shí)和能力。有利于培養(yǎng)創(chuàng)造性和應(yīng)用型人才。 《電磁學(xué)》可作為高等院校應(yīng)用物理專業(yè)和師范院校物理專業(yè)的教材或教學(xué)參考書，也可供某些工科專業(yè)選用，或作為工科大學(xué)物理教師的參考書。

書籍目錄

第一章 真空中的靜電場1.1 電荷和電荷守恒定律一、電荷及其量子化二、電荷守恒定律三、電荷的相對論不變性1.2 庫侖定律一、點(diǎn)電荷二、庫侖定律三、靜電力的疊加原理1.3 電場電場強(qiáng)度一、電場二、電場強(qiáng)度三、點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式四、電場強(qiáng)度的疊加原理五、電荷連續(xù)分布的帶電體產(chǎn)生的電場強(qiáng)度六、電場線七、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)1.4 高斯定理一、E通量二、高斯定理三、高斯定理的應(yīng)用舉例1.5 電勢一、靜電場的環(huán)路定理二、電勢差電勢三、電勢疊加原理四、關(guān)于電勢參考點(diǎn)選取的討論1.6 電場強(qiáng)度與電勢的微分關(guān)系一、等勢面二、等勢面的性質(zhì)三、電場強(qiáng)度與電勢的微分關(guān)系1.7 E的邊值關(guān)系一、E的邊值關(guān)系二、庫侖定律與高斯定理以及環(huán)路定理的關(guān)系三、庫侖平方反比律的重要意義閱讀材料卡文迪許關(guān)于點(diǎn)電荷相互作用力的研究思考題習(xí)題第二章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)2.1 導(dǎo)體和電介質(zhì)2.2 靜電場中的導(dǎo)體一、導(dǎo)體的靜電平衡條件二、導(dǎo)體殼和靜電屏蔽2.3 靜電場中的電介質(zhì)一、電介質(zhì)的極化二、極化強(qiáng)度矢量三、電介質(zhì)的極化規(guī)律四、極化張量2.4 有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理一、電位移矢量有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理二、電介質(zhì)的性質(zhì)方程電容率三、電介質(zhì)的擊穿四、關(guān)于D的進(jìn)一步討論2.5 靜電場的邊值關(guān)系一、有電介質(zhì)時(shí)的靜電場方程二、靜電場的邊值關(guān)系三、電位移的折射定律2.6 唯一性定理一、泊松方程和拉普拉斯方程二、唯一性定理三、唯一性定理的應(yīng)用實(shí)例2.7 鐵電體壓電效應(yīng)一、鐵電體二、壓電效應(yīng)2.8 電容器的電容一、孤立導(dǎo)體的電容二、電容器三、電容器的聯(lián)接四、電容式傳感器及其應(yīng)用2.9 電容器儲(chǔ)能電場的能量密度一、電容器儲(chǔ)能二、電場的能量密度三、靜電能四、連續(xù)帶電體系的靜電能五、電荷在外電場中的相互作用能閱讀材料電介質(zhì)擊穿的危害及應(yīng)用一、電介質(zhì)擊穿的一般規(guī)律二、電介質(zhì)擊穿的危害三、電介質(zhì)擊穿的應(yīng)用閱讀材料電流變液的研究及應(yīng)用一、電流變液二、電流變液研究的近期進(jìn)展三、電流變液的應(yīng)用思考題習(xí)題第三章 恒定電流3.1 電流場一、電流密度矢量二、電流的連續(xù)性方程三、歐姆定律的微分形式四、焦耳定律的微分形式五、恒定電流條件六、恒定電流場中的電荷分布3.2 恒定電流場的邊值關(guān)系一、不同導(dǎo)電介質(zhì)界面處的邊值關(guān)系二、導(dǎo)電介質(zhì)與理想電介質(zhì)界面處的邊值關(guān)系3.3 電動(dòng)勢一、非靜電力二、電動(dòng)勢三、一段含源電路的歐姆定律四、恒定電流場與恒定電場的基本規(guī)律3.4 金屬導(dǎo)電的經(jīng)典電子論一、金屬導(dǎo)電的經(jīng)典電子論的基本概念二、根據(jù)經(jīng)典電子論推導(dǎo)歐姆定律的微分形式三、金屬的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性經(jīng)典電子論的困難3.5 基爾霍夫定律一、基爾霍夫第一定律二、基爾霍夫第二定律3.6 逸出功接觸電勢差一、逸出功二、內(nèi)接觸電勢差3.7 溫差電效應(yīng)一、塞貝克效應(yīng)二、珀耳貼效應(yīng)三、湯姆遜效應(yīng)四、溫差電效應(yīng)的應(yīng)用思考題習(xí)題第四章 恒定磁場4.1 磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度一、磁現(xiàn)象磁場二、磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量三、磁感應(yīng)線四、洛倫茲力五、帶電粒子在均勻磁場中的運(yùn)動(dòng)六、非均勻磁場的磁約束七、地球的磁場八、霍爾效應(yīng)4.2 電流的磁場一、畢一薩定律二、磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加原理三、典型電流的磁場4.3 勻速運(yùn)動(dòng)電荷的電磁場一、勻速運(yùn)動(dòng)電荷的電磁場(非相對論的)二、電場和磁場的相對性三、不同慣性系中電磁場量的變換*四、運(yùn)動(dòng)電荷的電磁場(相對論的)五、勻速運(yùn)動(dòng)電荷間的相互作用力4.4 磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理一、磁場的高斯定理二、安培環(huán)路定理三、磁矢勢與A-B效應(yīng)4.5 磁場對載流導(dǎo)體的作用一、安培定律二、磁場對平面載流線圈的作用閱讀材料對稱性原理及其在電磁學(xué)中的應(yīng)用一、對稱性二、對稱變換三、因果關(guān)系對稱性原理四、對稱性原理的應(yīng)用五、關(guān)于高斯定理和安培環(huán)路定理六、對稱性原理是更基本的規(guī)律思考題習(xí)題第五章 磁介質(zhì)5.1 磁介質(zhì)的磁化一、分子電流磁化強(qiáng)度二、磁化電流5.2 有磁介質(zhì)時(shí)磁場的基本規(guī)律一、磁場強(qiáng)度有磁介質(zhì)時(shí)磁場的安培環(huán)路定理二、有磁介質(zhì)時(shí)磁場的高斯定理三、線性磁介質(zhì)四、恒定磁場的邊值關(guān)系5.3 鐵磁質(zhì)一、鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律二、鐵磁質(zhì)的分類三、鐵磁性的微觀機(jī)理5.4 磁路一、鐵磁質(zhì)與非鐵磁質(zhì)界面處磁場的分布二、磁路定理三、氣隙的磁力四、磁屏蔽5.5 磁荷觀點(diǎn)一、磁荷觀點(diǎn)概述二、磁荷觀點(diǎn)與分子電流觀點(diǎn)的比較5.6 鐵磁質(zhì)的磁滯損耗科學(xué)家簡介法拉第思考題習(xí)題第六章 電磁感應(yīng)6.1 電磁感應(yīng)定律一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)二、法拉第電磁感應(yīng)定律三、楞次定律6.2 動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢一、動(dòng)生電動(dòng)勢和洛倫茲力二、感生電動(dòng)勢和感應(yīng)電場三、變化磁場的無源性四、電場的環(huán)流五、電磁感應(yīng)與相對性原理六、電子感應(yīng)加速器的原理6.3 互感和自感一、互感二、自感三、互感與自感的關(guān)系四、線圈的順接和反接6.4 磁場的能量一、自感線圈的磁能二、互感線圈的磁能三、磁能密度6.5 暫態(tài)過程一、RL電路的暫態(tài)過程二、RC電路的暫態(tài)過程三、尺LC電路的暫態(tài)過程6.6 繼電器和電磁閥一、中間繼電器二、電流繼電器三、時(shí)間繼電器四、熱繼電器五、速度繼電器六、電磁閥科學(xué)家簡介麥克斯韋思考題習(xí)題第七章 電磁場和電磁波7.1 位移電流一、位移電流二、全電流7.2 麥克斯韋方程組和電磁波一、麥克斯韋方程組二、介質(zhì)的性質(zhì)方程和邊值關(guān)系三、麥克斯韋方程組的對稱性與磁單極子四、電磁波7.3 單色平面電磁波一、單色波的波動(dòng)方程二、平面電磁波三、電磁波的能量和能量守恒定律四、電磁場的動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律五、光壓六、電磁場是物質(zhì)的一種形態(tài)7.4 電磁波的輻射一、電偶極振子二、電偶極振子發(fā)射的電磁波思考題習(xí)題第八章 電磁學(xué)與當(dāng)代高新技術(shù)8.1 磁電子學(xué)一、磁電阻效應(yīng)二、巨磁電阻效應(yīng)三、產(chǎn)生巨磁電阻的基本原理四、巨磁電阻效應(yīng)的應(yīng)用五、磁電子學(xué)8.2 磁光效應(yīng)一、磁光效應(yīng)的類型二、磁光效應(yīng)的物理原理三、磁光效應(yīng)的應(yīng)用8.3 等離子體一、物質(zhì)的第四態(tài)二、等離子體內(nèi)的磁場三、磁場對等離子體的作用四、熱核反應(yīng)五、等離子體的約束8.4 超導(dǎo)體一、引言二、超導(dǎo)體基本性質(zhì)三、高溫超導(dǎo)體四、超導(dǎo)材料的應(yīng)用附錄1 矢量分析提要一、標(biāo)量場和矢量場二、標(biāo)量場的梯度三、矢量場的通量和散度高斯定理四、矢量場的環(huán)流和旋度斯托克斯定理五、常用公式六、矢量場的類別和分解附錄2 基本物理常量習(xí)題答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)電性能上的差別是因兩者的電結(jié)構(gòu)不同，金屬原子中的價(jià)電子（最外層電子）受到原子核的吸引力較小，當(dāng)大量金屬原子組成固態(tài)金屬時(shí)，金屬原子的價(jià)電子掙脫原子核的束縛，在整個(gè)金屬內(nèi)部自由運(yùn)動(dòng)，在金屬內(nèi)部自由運(yùn)動(dòng)的電子稱為自由電子，金屬原子失去電子后成為正離子。固態(tài)金屬中的正離子排列成整齊的晶體點(diǎn)陣（或晶格），金屬中的正離子不能作宏觀移動(dòng)，僅能圍繞各自的平衡位置作微小振動(dòng)，無外電場時(shí)，自由電子在品格間作無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，并和晶格發(fā)生頻繁碰撞，自由電子的這種無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的平均速度為零，因而不會(huì)形成電流，當(dāng)金屬內(nèi)部有電場時(shí)，自由電子除作無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)外，還在電場力作用下作定向漂移運(yùn)動(dòng)形成電流，所以，金屬內(nèi)部存在大量自由電子是金屬具有良好導(dǎo)電性的原因。電解質(zhì)溶于水后，在溶液中形成許多正、負(fù)離子，這些正、負(fù)離子可以在溶液中自由移動(dòng)，當(dāng)有外加電場時(shí)，這些正、負(fù)離子在電場力作用下作定向漂移運(yùn)動(dòng)形成電流，存在大量可以自由移動(dòng)的正、負(fù)離子是電解質(zhì)溶液具有良好導(dǎo)電性的原因，金屬稱為第一類導(dǎo)體，電解質(zhì)溶液稱為第二類導(dǎo)體，本章僅限于討論金屬導(dǎo)體。組成絕緣體的原子中原子核對價(jià)電子的吸引力比較大，價(jià)電子不容易脫離原子，所以絕緣體中自由電荷極少，絕大多數(shù)電荷只能作在分子范圍內(nèi)的位移運(yùn)動(dòng)，這些不能作宏觀運(yùn)動(dòng)的電荷稱為束縛電荷。電介質(zhì)中自由電荷極少是電介質(zhì)導(dǎo)電性能極差的原因，為了突出電介質(zhì)的主要特征，使討論問題得以簡化，忽略它的微弱導(dǎo)電性，把電介質(zhì)看成是完全不導(dǎo)電的物質(zhì)。

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其他版本請見：《電磁學(xué)（第2版）》

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