電磁場(chǎng)與電磁波基礎(chǔ)教程

前言

　　本書是普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，是為適應(yīng)現(xiàn)代的科學(xué)環(huán)境與教學(xué)理念而編寫的一本適用于通信、電子、自動(dòng)化控制等專業(yè)的本科生教材。希望通過(guò)本書表達(dá)出在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中所形成的一些實(shí)用的教學(xué)理念，并使之盡可能適應(yīng)目前本科生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)?！　‰姶艌?chǎng)理論之所以被認(rèn)為難懂、難教、難學(xué)，是因?yàn)殡姶艌?chǎng)與電磁波雖客觀存在，但卻不能親眼所見(jiàn)，其存在的規(guī)律必須用復(fù)雜的數(shù)學(xué)工具來(lái)描述。因此，本書在編寫過(guò)程中力求把數(shù)學(xué)工具的使用及其所代表的物理含義闡述清楚，注重物理概念的講解和對(duì)物理定律的理解，及時(shí)總結(jié)各種場(chǎng)的分析3-法，并結(jié)合工程實(shí)際把理論用在實(shí)處?！　”緯谝徽螺^為完整地介紹了矢量分析，包括矢量的各種運(yùn)算的定義、運(yùn)算法則和有關(guān)場(chǎng)論的若干定理，強(qiáng)調(diào)了梯度、散度（通量）和旋度（環(huán)量）的物理意義及其在正交坐標(biāo)系中的計(jì)算式，指出了矢量場(chǎng)的一般分析方法?！　〉诙轮恋谒恼轮v述靜態(tài)場(chǎng)，強(qiáng)調(diào)分析3-法的同一性，即先從實(shí)驗(yàn)定律、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā)抽象出物理場(chǎng)（靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)），然后按照亥姆霍茲定理內(nèi)容研究該矢量場(chǎng)的基本方程及邊界條件。邊值問(wèn)題的基本的求解3-法分離變量法和鏡像法放在靜電場(chǎng)中講解，并在恒定電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)中具體應(yīng)用。之后分析靜態(tài)場(chǎng)中的分布參數(shù)電容、電導(dǎo)和電感，最后討論能量和力?！　〉谖逭聲r(shí)變電磁場(chǎng)仍由實(shí)驗(yàn)定律（法拉第電磁感應(yīng)定律）出發(fā)，演繹出時(shí)變電磁場(chǎng)的基本方程——麥克斯韋方程組，并導(dǎo)出邊界條件。在導(dǎo)出無(wú)源區(qū)的麥克斯韋方程滿足波動(dòng)方程后，介紹了電磁波的一般概念，最后從動(dòng)態(tài)位是滯后位的理論中以例題的形式簡(jiǎn)單介紹了偶極子天線的輻射概念?！　〉诹聦ｉT介紹平面波，包括均勻平面波的一般傳播特性和均勻平面波在介質(zhì)分界面或?qū)w表面上的垂直入射和斜入射問(wèn)題?！　〉谄哒聦ｉT介紹導(dǎo)行波，包括平面波在矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、同軸線、諧振腔等導(dǎo)波裝置中的模式場(chǎng)?！　”緯诰帉懮暇哂幸韵绿攸c(diǎn)：　　1.插圖豐富，除各種說(shuō)明圖例外，對(duì)各種場(chǎng)分布也盡可能多地給出圖例，使抽象的場(chǎng)變得形象、具體?！　?.每一節(jié)都留有思考與練習(xí)題，這部分題目大致分為三種類型，一種是對(duì)本節(jié)中的公式的簡(jiǎn)單應(yīng)用，一種是對(duì)文中未盡的理論的補(bǔ)充證明，一種是對(duì)文中內(nèi)容的進(jìn)一步探討和實(shí)際應(yīng)用。

內(nèi)容概要

本書為普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。本書對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波的基本理論做了系統(tǒng)介紹，全書共有7章，內(nèi)容包括矢量分析、靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)、恒定磁場(chǎng)、時(shí)變電磁場(chǎng)、平面波和導(dǎo)行波。除每章有本章小結(jié)外，每節(jié)都附有思考與練習(xí)題，供讀者對(duì)本節(jié)內(nèi)容作進(jìn)一步探討和復(fù)習(xí)鞏固之用。為便于讀者自學(xué)，書末附有重要的矢量恒等式、貝塞爾函數(shù)、基本常數(shù)(量)的符號(hào)和單位等附錄及參考答案。    本書可作為通信、電子、自動(dòng)化控制等專業(yè)的“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的本科生教材，也可作為相近專業(yè)的教學(xué)參考書。

書籍目錄

第一章　矢量分析  第一節(jié)　標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng)  第二節(jié)　矢量運(yùn)算  第三節(jié)　正交曲線坐標(biāo)系  第四節(jié)　微分元和積分運(yùn)算  第五節(jié)　標(biāo)量場(chǎng)的梯度  第六節(jié)　矢量場(chǎng)的散度  第七節(jié)　矢量場(chǎng)的旋度  第八節(jié)　若干定理  小結(jié)  習(xí)題一第二章　靜電場(chǎng)  第一節(jié)　  庫(kù)侖定律  第二節(jié)　真空中靜電場(chǎng)的基本方程  第三節(jié)　電  位  第四節(jié)　介質(zhì)中的高斯定律  第五節(jié)　靜電場(chǎng)的邊界條件  第六節(jié)　泊松方程拉普拉斯方程  第七節(jié)　分離變量法  第八節(jié)　鏡像法  第九節(jié)　多導(dǎo)體系統(tǒng)部分電容  第十節(jié)　靜電場(chǎng)能量、靜電力  小結(jié)  習(xí)題二第三章　恒定電場(chǎng)　第一節(jié)　電流密度　第二節(jié)　恒定電場(chǎng)的基本方程　第三節(jié)　恒定電場(chǎng)的邊界條件　第四節(jié)　恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的比擬　小結(jié)　習(xí)題三第四章　恒定磁場(chǎng)　第一節(jié)　安培力定律、磁感應(yīng)強(qiáng)度　第二節(jié)　真空中磁場(chǎng)的基本方程　第三節(jié)　矢量磁位　第四節(jié)　磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律　第五節(jié)　恒定磁場(chǎng)的邊界條件　第六節(jié)　標(biāo)量磁位　第七節(jié)　電  感　第八節(jié)　磁場(chǎng)能量和磁場(chǎng)力　小結(jié)　習(xí)題四第五章　時(shí)變電磁場(chǎng)  第一節(jié)　法拉第電磁感應(yīng)定律  第二節(jié)　位移電流  第三節(jié)　麥克斯韋方程組  第四節(jié)　時(shí)變電磁場(chǎng)的邊界條件  第五節(jié)　正弦電磁場(chǎng)的復(fù)數(shù)表示法  第六節(jié)　坡印廷定理  第七節(jié)　動(dòng)態(tài)位  小結(jié)  習(xí)題五第六章　平面波  第一節(jié)　完純介質(zhì)中的均勻平面波  第二節(jié)　電磁波的極化  第三節(jié)　導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波  第四節(jié)　均勻平面波的垂直入射  第五節(jié)　均勻平面波對(duì)多層介質(zhì)的垂直入射  第六節(jié)　均勻平面波的斜入射  第七節(jié)　群  速  小結(jié)  習(xí)題六第七章　導(dǎo)行波  第一節(jié)　導(dǎo)行波的基本特性  第二節(jié)　矩形金屬波導(dǎo)  第三節(jié)　圓波導(dǎo)  第四節(jié)　  同軸傳輸線  第五節(jié)　諧振腔  小結(jié)  習(xí)題七附錄習(xí)題答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　矢量分析是研究場(chǎng)論的重要數(shù)學(xué)工具，它以矢量代數(shù)為基礎(chǔ)，以矢量微積分為主要研究?jī)?nèi)容，是專門應(yīng)場(chǎng)論的研究而生的一種數(shù)學(xué)語(yǔ)言。利用這種語(yǔ)言，可以把千百年來(lái)人類觀測(cè)電磁效應(yīng)所得出的規(guī)律，用簡(jiǎn)潔明快的符號(hào)精確地表述出來(lái)。這樣做不僅可以使電磁理論系統(tǒng)化，還便于我們對(duì)其深刻理解和應(yīng)用，從而有利于進(jìn)一步的深入研究和探索。　　第一節(jié)標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng)　　什么是場(chǎng)？在數(shù)學(xué)上，一個(gè)場(chǎng)就是一個(gè)函數(shù)；在物理上，場(chǎng)描述在空間某一區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)上的一個(gè)物理量（稱為場(chǎng)量）。因此，場(chǎng)的重要屬性，一是占有一定的空間，二是可以表達(dá)成函數(shù)形式，并且，除了有限個(gè)點(diǎn)、線、面外，場(chǎng)量應(yīng)處處連續(xù)、可微。　　一、場(chǎng)的分類　　按照?qǐng)隽吭诳臻g是否具有方向，場(chǎng)可分為標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng)?！　?biāo)量場(chǎng)的場(chǎng)量是標(biāo)量，即場(chǎng)域內(nèi)每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物理量是一個(gè)數(shù)。如溫度場(chǎng)、密度場(chǎng)、電位場(chǎng)等，都是常見(jiàn)的標(biāo)量場(chǎng)。　　矢量場(chǎng)的場(chǎng)量是矢量，即場(chǎng)域內(nèi)每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物理量必須同時(shí)用大小和方向來(lái)描述。如速度場(chǎng)、加速度場(chǎng)、重力場(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)等，都是矢量場(chǎng)?！　“凑?qǐng)隽渴欠耠S時(shí)間變化，場(chǎng)又可分為靜態(tài)場(chǎng)和時(shí)變場(chǎng)。　　靜態(tài)場(chǎng)的場(chǎng)量不隨時(shí)間變化，也稱時(shí)不變場(chǎng)，可有靜態(tài)標(biāo)量場(chǎng)和靜態(tài)矢量場(chǎng)。本書將在第二、三、四章分別討論由靜止電荷產(chǎn)生的靜電場(chǎng)和恒定電流產(chǎn)生的恒定電場(chǎng)及恒定磁場(chǎng)。　　時(shí)變場(chǎng)的場(chǎng)量隨時(shí)間變化，也稱動(dòng)態(tài)場(chǎng)，可有時(shí)變標(biāo)量場(chǎng)和時(shí)變矢量場(chǎng)。本書將在第五、六、七章討論有關(guān)時(shí)變電磁場(chǎng)和電磁波的理論。

圖書封面

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