電磁場與電磁波理論基礎

前言

　　電磁場與電磁波理論是近代自然科學中，理論相對最完整、應用最廣泛的支柱學科之一。電磁場與電磁波技術已遍及人類的科學技術、政治、經濟、軍事、文化以及日常生活中的各個領域。　　人類對電磁現象的認識源遠流長，但其知識與應用開始系統(tǒng)化和理論化則始于18世紀，伽伐尼、伏打、高斯、富蘭克林、卡文迪什、庫侖等著名科學家對電磁現象所作的卓有成效的研究啟動了電磁世界這一巨輪的運轉?！　?9世紀是電磁研究蓬勃開展的肘代，法拉第、歐姆、傅立葉、基爾霍夫、奧斯特、安培、畢奧、薩伐爾、麥克斯韋、斯托克斯、湯姆森、赫茲、楞次、雅可比、西門，單單從這些名字和科學家的陣容，你就可以感受到這一時期的電磁科學取得了多么輝煌的成就?！　?9世紀，科學界將物質間的作用力歸結為三大類：引力、電力和磁力。伽利略，尤其是牛頓在引力方面所獲得的成果曾經幾乎覆蓋了整個科學領域，對人類科學技術的發(fā)展產生了巨大的影響作用和推動作用。然而，這種并不直接接觸、也不需要媒質而瞬時就能產生作用的牛頓引力的背后還隱藏著什么呢？19世紀的許多科學家在被迫接受和承認牛頓引力的超距作用的同時，卻拒不接受電力和磁力。于是，法拉第和麥克斯韋提出了場的概念，即場是以有限速度傳播的能夠作為物體間相互作用的媒介。由此而出現的場論，看似毀壞了牛頓物理的根基，實則是開辟了通向電磁學而后是相對論的道路?！　←溈怂鬼f的電磁理論這時就成為了電磁世界的理論核心，這一偉大理論簡明扼要并嚴格地統(tǒng)一了電與磁的關系，這看起來好像是簡化了物理學的理論，但實際上卻使問題變得更加復雜了，因為它使伽利略和牛頓所構筑的宇宙圖像“頓起禍端”。　　20世紀以來，在對電磁場的理論和實驗進行深入研究的過程中，人們所提出的兩個看似簡單的問題使得電磁學理論沿著兩個方向開始發(fā)展。第一個問題是：電磁輻射的本質是什么？麥克斯韋的理論將電磁輻射作為純粹的波來處理，但許多實驗卻表明輻射并不連續(xù)。于是，普朗克假設，電磁波只能是以一種能量包的形式被發(fā)射或吸收，他由此創(chuàng)立了量子力學，這種能量包就被稱為能量子。1905年，愛因斯坦用光量子理論成功地解釋了光電效應，并指出所有物質和輻射都具有波粒二象性。這一結論隨后即從物理學家們的理論分析和精密實驗中得到了證實，這個結論復活了牛頓的光微粒論，同時也使力學與電磁學近二十年的明顯對立消除了。第二個問題是：電磁波在什么媒質中傳播？對于這個問題的研究產生了愛因斯坦的相對論。

內容概要

本書是按照電氣信息類專業(yè)”電磁場與電磁波課程教學基本要求”，本著深入淺出，通俗易懂的原則而編寫的。主要介紹了電磁場與電磁波的基本理論，基本概念和基本分析方法?！　∪珪?1章，在介紹了矢量分析方法和場論，電磁場的基本方程，場的一般求解方法后，圍繞著電磁波在自由空間中，在非導電介質中的傳播展開了分析和討論，最后對電磁波的導引和輻射進行了簡單的介紹。每章之后均附有學習要點和習題。　　本書是為大學本科電氣信息類的學生編寫的教材，內容圍繞著電磁場與電磁波的基本理論而展開。期望本書能成為通信工程，電子信息，電子科學與技術，自動化，電氣工程等專業(yè)學生學習有關課程的一本有用的參考書。

書籍目錄

1　矢量分析　　1.1　矢量代數　　1.2　正交坐標系　　1.3　矢量函數的通量與散度　1.4　矢量函數的環(huán)量與旋度　1.5　矢量函數的方向導數與梯度　　1.6　格林公式　　1.7　亥姆霍茲定理　2　電場，磁場與麥克斯韋方程　　2.1　電場力，磁場力與洛倫茲力　　2.2　由電通量與高斯定律導出的麥克斯韋第一方程　2.3　由法拉第電磁感應定律與斯托克斯定律導出麥克斯韋第二方程　　2.4　由磁通量與高斯定律導出麥克斯韋第三方程　　2.5　由安培環(huán)路定律與斯托克斯定律導出埋克斯韋第四方程　　2.6　微分形式的麥克斯韋方程組部分　2.7　麥克斯韋方程的積分形式　　2.8　麥克斯韋方程的時諧形式　　2.9　電磁場的能量與坡印廷矢量　3　介質中的麥克斯韋方程　　3.1　電介質及其極化　　3.2　單個分子的模型　　3.3　極化矢量P　　3.4　介質的分子模型與極化矢量　　3.5　高密度介質中的電場　　3.6　折射率與相對介電常數　　3.7　磁化的概念　　3.8　磁化電流與磁化矢量　　3.9　磁場強度　　3.10　磁介質　　3.11　介質中的麥克斯韋方程組部分　3.12　電磁場的邊界條件　4　矢量位與標量位　　4.1　矢量位A　　　4.2　標量位φ　　4.3　用位函數φ和A表示的非均勻波動方程　　4.4　利用場源ρ和J求解位函數φ和A　　　4.5　理納德-威切特位函數　5　靜態(tài)場的解　　5.1　泊松方程和拉普拉斯方程　　5.2　對偶原理　　5.3　疊加原理和唯一性定理　　5.4　鏡像法　　5.5　分離變量法　　5.6　格林函數　　5.7　有限差分法　6　自由空間中的電磁波　　6.1　波　　6.2　平面波　　6.3　三維波動方程　　6.4　電波　　6.5　磁波　　6.6　自由空間中的平面電磁波　　6.7　波的極化　　6.8　電磁波普　7　非導電介質中的電磁波　　7.1　非導電介質中的電磁波方程　　7.2　平面電磁波在無損耗介質中的傳播　　7.3　平面電磁波在有損耗介質中的傳播　　7.4　低密度氣體中的電磁波　　7.5　高密度介質中的電磁波　　7.6　復數折射率的相關結論　　7.7　相速度與能流速度　　7.8　色散　　7.9　群速　8　導體中的電磁波　　8.1　金屬介質的一般模型　　8.2　金屬介質在高頻或低頻時的特性　　8.3　等離子體對把波的反射　　8.4　導波　9　波的反射與折射　　9.1　電磁波傳播的邊界條件　　9.2　傳播矢量　　9.3　平面邊界的反射與透射　　9.4　反射波的極化　　9.5　法向入射　　9.6　全折射與全反射　　9.7　反射波的相位變化　　9.8　各向異性介質中的平面波　10　導行電磁波　　10.1　電磁波在均勻導波裝置中傳播特性　　10.2　TEM傳輸線　　10.3　矩形波導　　10.4　圓柱形波導　　10.5　波導系統(tǒng)中的功率傳輸與損耗　　10.6　諧振腔　　10.7　介質波導和光纖簡介　11　輻射系統(tǒng)簡介　　11.1　緩慢移動的加速點電荷的輻射　　11.2　自由電荷的能量散射　　11.3　束縛電荷輻射的散射　　11.4　電偶極子天線的輻射　　11.5　天線的輻射電阻　　11.6　天線的增益壽　　11.7　磁偶極子天線的輻射　附錄

圖書封面

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