電磁場與電磁波

內(nèi)容概要

　　本書被評為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，系統(tǒng)講述了電磁場基本定律、靜態(tài)場、電磁能、低頻電磁場、平面波、電磁波的反射和折射、電磁輻射等電磁場與電磁波的基礎(chǔ)理論。書中側(cè)重介紹電磁場與電磁波常用的基本概念和基本方法，同時具有較強的工程實用性。
　　本書是電子信息類專業(yè)本科大學(xué)生的教科書，也可供有關(guān)專業(yè)的研究生、教師和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

引言
第一章  矢量分析
  1.1  標(biāo)量場的梯度
    1.1.1  標(biāo)量場的等值面
    1.1.2  標(biāo)量場的梯度
    1.1.3  梯度的性質(zhì)
    1.1.4  標(biāo)量場梯度的物理意義
    1.1.5  例題
  1.2  矢量場的散度和高斯定理
    1.2.1  矢量場的場圖
    1.2.2  矢量場的散度
    1.2.3  矢量場散度的性質(zhì)
    1.2.4  矢量場散度的物理意義
    1.2.5  高斯定理
    1.2.6  拉普拉斯運算符
    1.2.7  例題
  1.3  矢量場的旋度和斯托克斯定理
    1.3.1  保守場和非保守場
    1.3.2  矢量場的旋度
    1.3.3  矢量場的旋度的性質(zhì)
    1.3.4  矢量場旋度的物理意義
    1.3.5  斯托克斯定理
    1.3.6  例題
  本章小結(jié)
  習(xí)題
第二章  自由空間中的電磁場定律
  2.1  基本定義
    2.1.1  電荷密度
    2.1.2  電流密度
    2.1.3  基本場量
  2.2  自由空間巾的電磁場定律
    2.2.1  場定律中符號的意義
    2.2.2  各電磁場定律的數(shù)學(xué)物理意義
    2.2.3  電磁場定律整體的物理意義
  2.3  積分形式電磁場定律的應(yīng)用
  本章小結(jié)
  習(xí)題
第三章  自由空間中的微分形式電磁場定律和邊界條件
  3.1  微分形式電磁場定律
    3.1.1  微分形式電磁場定律的導(dǎo)出
    3.1.2  微分形式電磁場定律的數(shù)學(xué)物理意義
    3.1.3  微分形式電磁場定律整體的意義
    3.1.4  例題
  3.2  邊界條件
    3.2.1  電磁場中的不連續(xù)界面
    3.2.2  邊界條件
    3.2.3  邊界條件的物理意義
  3.3  微分形式電磁場定律和邊界條件的應(yīng)用
    3.3.1  已知場分布求源分布
    3.3.2  已知源分布求場分布
  本章小結(jié)
  習(xí)題
第四章  靜電場的標(biāo)量位
  4.1  靜電場的標(biāo)量位
    4.1.1  靜電場標(biāo)量位的引入
    4.1.2  標(biāo)量位(電位)的物理意義
    4.1.3  電偶極子的電場和電位
    4.1.4  標(biāo)量位的微分方程和邊界條件
    4.1.5  泊松方程的解
  4.2  標(biāo)量位的性質(zhì)
    4.2.1  極值定理
    4.2.2  平均值定理
    4.2.3  唯一性定理
  4.3  唯一性定理的應(yīng)用
    4.3.1  靜電鏡像法
   *4.3.2  電軸法
 *4.4  復(fù)變函數(shù)在靜電場問題中的應(yīng)用
    4.4.1  復(fù)電位(復(fù)位函數(shù))
    4.4.2  保角變換(保角映射)
    4.4.3  許瓦茲-克瑞斯托弗爾變換
  4.5  靜電場示意場圖的畫法
    4.5.1  靜電場示意場圖的作用
    4.5.2  繪制靜電場示意場圖的基本法則
    4.5.3  靜電場示意場圖實例
  本章小結(jié)
  本章附錄  式(4-99)的證明
  習(xí)題
第五章  靜磁場的位函數(shù)
  5.1  靜磁場的矢量位
    5.1.1  畢奧-沙伐定律
    5.1.2  磁場的矢量位
    5.1.3  例題
  5.2  靜磁場的標(biāo)量位
    5.2.1  磁標(biāo)位
  本章小結(jié)
  習(xí)題
第六章  分離變量法及位函數(shù)的遠區(qū)多極子展開式
  6.1  靜電位拉普拉斯方程的變量可分離解
    6.1.1  在直角坐標(biāo)系中
    6.1.2  在柱坐標(biāo)系中
    6.1.3  在球坐標(biāo)系中
  6.2  靜電場問題求解實例
    6.2.1  邊界電位值已知的靜電系統(tǒng)
    6.2.2  帶有自然邊界條件的靜電系統(tǒng)
    6.2.3  帶有電位導(dǎo)數(shù)邊界條件的靜電系統(tǒng)
    6.2.4  帶有趨勢性邊界條件的靜電系統(tǒng)
 *6.3  柱坐標(biāo)系中三維拉普拉斯方程的分離變量解
  6.4  磁標(biāo)位的方程和方程解族
    6.4.1  磁標(biāo)位的方程和方程解族
    6.4.2  邊界條件
    6.4.3  例題
  6.5  位函數(shù)在遠區(qū)的多極子展開式
    6.5.1  靜電標(biāo)量位φ(r)的多極子展開式
    6.5.2  磁矢位A(r)的遠區(qū)多極子展開式
  本章小結(jié)
  習(xí)題
第七章  有物質(zhì)存在時的宏觀場定律
  7.1  物質(zhì)極化的宏觀模型
    7.1.1  極化的概念
    7.1.2  極化強度P
    7.1.3  極化電荷與電場高斯定律
    7.1.4  極化電流與修正的安培定律
  7.2  極化問題舉例
    7.2.1  永久極化物體
    7.2.2  非永久極化物體
  7.3  物質(zhì)磁化的安培電流模型
    7.3.1  物質(zhì)磁化的機理
    7.3.2  磁化強度M
    7.3.3  磁化電流密度
    7.3.4  安培電流模型下的場定律
    7.3.5  永久磁化圓柱體的磁場
  7.4  物質(zhì)磁化的磁荷模型
    7.4.1  物質(zhì)磁化的機理
    7.4.2  磁荷模型下的磁化強度
    7.4.3  物質(zhì)中的磁場高斯定律
    7.4.4  物質(zhì)中的法拉第電磁感應(yīng)定律
    7.4.5  永久磁化圓柱體的磁場
    7.4.6  有均勻磁介質(zhì)的磁場系統(tǒng)
  7.5  物質(zhì)巾的場量組成關(guān)系和場定律
    7.5.1  物質(zhì)中的場量組成關(guān)系
    7.5.2  物質(zhì)中的電磁場定律
  本章小結(jié)
  習(xí)題
第八章  電磁場的能量和功率
  8.1  靜電場和靜磁場的能量
    8.1.1  靜電場的能量
    8.1.2  靜電場能計算舉例
    8.1.3  靜磁場的能量
    8.1.4  靜磁場能計算舉例
  8.2  坡印廷定理
    8.2.1  電磁場供給運動電磁荷的功率
    8.2.2  坡印廷定理
    8.2.3  坡印廷定理的單位分析
    8.2.4  坡印廷定理的物理解釋
    8.2.5  對S和ψ的補充規(guī)定
    8.2.6  坡印廷定理在物質(zhì)中的應(yīng)用
  8.3  靜態(tài)功率流與損耗
  8.4  物質(zhì)巾的極化能和磁化能
    8.4.1  極化能和電能
    8.4.2  磁化能和磁能
    8.4.3  磁能計算舉例
    8.4.4  物質(zhì)宏觀模型與坡印廷定理的關(guān)系
  本章小結(jié)
  習(xí)題
第九章  時變場的低頻特性
  9.1  平行板系統(tǒng)中的時變電磁場
    9.1.1  時變電磁場的嚴格解
    9.1.2  平行板系統(tǒng)的低頻響應(yīng)
  9.2  時變場的冪級數(shù)解法
  9.3  低頻系統(tǒng)巾的場
    9.3.1  平行板系統(tǒng)
    9.3.2  單匝電感器
    9.3.3  多匝線圈
  9.4  電路理論與電磁場理論的關(guān)系
  本章小結(jié)
  習(xí)題
第十章  平面電磁波
  10.1  自由空間巾的均勻平面波的時域解
    10.1.1  均勻平面波的電場和磁場時域解
    10.1.2  均勻平面波的傳播特性
  10.2  正弦時變場
    10.2.1  復(fù)矢量
    10.2.2  復(fù)數(shù)形式的場定律
    10.2.3  復(fù)矢量乘積的物理意義
  10.3  正弦均勻平面波
    10.3.1  均勻平面波的頻域解
    10.3.2  復(fù)數(shù)形式的坡印廷定理
    10.3.3  復(fù)數(shù)坡印廷定理與微波網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系
  10.4  平面波在有耗媒質(zhì)中的傳播
    10.4.1  導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波解
    10.4.2  半導(dǎo)電媒質(zhì)中均勻平面波的傳播
    10.4.3  良導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)
    10.4.4  相速、群速和色散
  10.5  電磁波的極化狀態(tài)
    10.5.1  電場極化狀態(tài)的概念
    10.5.2  極化方向的工程判斷法
    10.5.3  波的分解與合成
  10.6  沿任意方向傳播的均勻平面波
    10.6.1  波的數(shù)學(xué)表達式
    10.6.2  波的特性
 *10.7  無耗媒質(zhì)中的非均勻平面波
 *10.8  頻率極高時媒質(zhì)中的波
    10.8.1  電介質(zhì)中的波
    10.8.2  金屬中的波
    10.8.3  電離層和等離子體中的波
  本章小結(jié)
  習(xí)題
第十一章  平面波的反射與折射
  11.1  在自由空間與理想導(dǎo)體分界面處的反射現(xiàn)象
    11.1.1  正入射
    11.1.2  斜入射
  11.2  在兩種理想介質(zhì)分界面處的反射和折射現(xiàn)象
    11.2.1  垂直極化
    11.2.2  平行極化
 *11.3  導(dǎo)電媒質(zhì)表面的反射和折射
    11.3.1  導(dǎo)電媒質(zhì)中的實數(shù)折射角
    11.3.2  良導(dǎo)體中的透射功率
    11.3.3  導(dǎo)電表面的反射
  11.4  透波和吸波現(xiàn)象
    11.4.1  透波現(xiàn)象
   *11.4.2  吸波現(xiàn)象
  本章小結(jié)
  習(xí)題
第十二章  電磁波的輻射
  12.1  時變場的位函數(shù)
    12.1.1  標(biāo)量位和矢量位
    12.1.2  赫茲電矢量Πe
    12.1.3  時變場位函數(shù)方程的解
  12.2  時變電偶極子的輻射
    12.2.1  時變電偶極子的電磁場量
    12.2.2  時變電偶極子場的分析
  12.3  時變磁偶極子的輻射
    12.3.1  通過復(fù)數(shù)矢量位A(r)求電磁場
    12.3.2  使用電磁對偶原理求電磁場
 *12.4  縫隙元的輻射
 *12.5  半波天線
  12.6  天線陣
 *12.7  線天線電磁場的精確計算
 *12.8  天線的輸入功率和輸入阻抗
  本章小結(jié)
  習(xí)題
*第十三章  電磁場的基本定理
  13.1  格林定理
    13.1.1  標(biāo)量格林定理
    13.1.2  廣義格林定理
    13.1.3  矢量格林定理
  13.2  亥姆霍茲定理
  13.3  靜態(tài)場的幾個定理
    13.3.1  標(biāo)量位φ的唯一性定理
    13.3.2  平均值定理
    13.3.3  無極值定理
    13.3.4  湯姆遜(Thomson)定理
    13.3.5  恩紹(Earnshaw)定理
    13.3.6  矢量位A的唯一性定理
  13.4  時變場的唯一性定理
  13.5  坡印廷定理
  13.6  電磁力的定理——麥克斯韋定理
  13.7  相似原理
  13.8  二重性原理和電磁對偶原理
  13.9  等效原理
  13.10  感應(yīng)定理
  13.11  互易定理
  13.12  天線遠場定理
  13.13  基爾霍夫-惠更斯(Kirchhoff-Huygcns)原理
  13.14  費馬原理
附錄A  電磁學(xué)常用量量綱分析
附錄B  矢量運算及常用的矢量公式
附錄C  坐標(biāo)系的有關(guān)概念
附錄D  立體角的有關(guān)概念
附錄E  級數(shù)展開的有關(guān)概念
附錄F  基爾霍夫積分求解時變場位函數(shù)方程的解
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：4.5 靜電場示意場圖的畫法在電磁場理論中，經(jīng)常需要繪制示意場圖，由于一般電磁場理論書中，很少有關(guān)于這個問題的介紹，因此，在學(xué)習(xí)電磁場理論時，很多人往往沒有對畫場圖給予應(yīng)有的注意。這樣，這件看似簡單的事，常常會使學(xué)習(xí)電磁場理論的人感到為難。有的人直到在工作中遇到需要畫場圖的場合，仍然會感到頭疼。為了使讀者對畫示意場圖能有一個比較系統(tǒng)的了解，我們在這一節(jié)中對繪制靜電場示意場圖的有關(guān)問題做一個較系統(tǒng)的介紹，希望能對讀者有所幫助。4.5.1 靜電場示意場圖的作用場圖是把場的分布形象化的工具。正確的場圖對于了解場的特點，對于場概念的理解，都有很大的作用。在工程上，場圖可用來幫助分析場的分布規(guī)律，以便找出求解場問題的途徑。按照比例關(guān)系畫出的場圖還可用在對場做近似計算的圖解法中。因此，研究各種經(jīng)典場理論時，畫場圖都是一項應(yīng)掌握的基本技能。對于研究看不見摸不著的電磁場來說，掌握能將電磁場以圖形形式形象化的電磁場場圖的畫法，就尤為重要。有人說，一圖頂千言，這話是有一定道理的。因此，在學(xué)習(xí)電磁場理論時，應(yīng)該注意掌握場圖的畫法。從理論上講，如果有了嚴格的場圖，就可以用圖解法來求解場的分布。但是實際上，嚴格的場圖只有在求出場分布后，才有可能繪出。而且，即使有了場分布，要繪制出嚴格的場圖也是很困難的。一般用于圖解法的場圖，雖然可以按比例關(guān)系畫出來，但仍只能是近似的。好在嚴格的場圖只有示范作用，通常在分析問題和建立形象化概念時，只要有示意場圖（或稱為定性場圖）就可以了。因此，只要掌握示意場圖的畫法，了解應(yīng)如何繪制用于圖解法的場圖即可。嚴格的場圖在需要時可以使用計算機來完成。電磁場圖有很多種，但靜電場圖卻是最基本、最常見也最常用的。在這一節(jié)里，要詳細地介紹靜電場示意場圖的畫法，并簡單介紹圖解法用的靜電場圖的畫法。掌握了畫靜電場圖的原理，其他各種場圖的畫法就可以觸類旁通，在學(xué)習(xí)中逐漸了解了。

編輯推薦

《電磁場與電磁波》是電子信息類專業(yè)本科大學(xué)生的教科書，也可供有關(guān)專業(yè)的研究生、教師和工程技術(shù)人員參考。

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