電磁場(chǎng)與電磁波理論基礎(chǔ)

前言

　　電磁場(chǎng)與電磁波理論是近代自然科學(xué)中，理論相對(duì)最完整、應(yīng)用最廣泛的支柱學(xué)科之一。電磁場(chǎng)與電磁波技術(shù)已遍及人類的科學(xué)技術(shù)、政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、文化以及日常生活中的各個(gè)領(lǐng)域?！　∪祟悓?duì)電磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，但其知識(shí)與應(yīng)用開始系統(tǒng)化和理論化則始于18世紀(jì)，伽伐尼、伏打、高斯、富蘭克林、卡文迪什、庫侖等著名科學(xué)家對(duì)電磁現(xiàn)象所作的卓有成效的研究啟動(dòng)了電磁世界這一巨輪的運(yùn)轉(zhuǎn)?！　?9世紀(jì)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(xué)家的陣容，你就可以感受到這一時(shí)期的電磁科學(xué)取得了多么輝煌的成就?！　?9世紀(jì)，科學(xué)界將物質(zhì)間的作用力歸結(jié)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(jīng)幾乎覆蓋了整個(gè)科學(xué)領(lǐng)域，對(duì)人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響作用和推動(dòng)作用。然而，這種并不直接接觸、也不需要媒質(zhì)而瞬時(shí)就能產(chǎn)生作用的牛頓引力的背后還隱藏著什么呢？19世紀(jì)的許多科學(xué)家在被迫接受和承認(rèn)牛頓引力的超距作用的同時(shí)，卻拒不接受電力和磁力。于是，法拉第和麥克斯韋提出了場(chǎng)的概念，即場(chǎng)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(xiàn)的場(chǎng)論，看似毀壞了牛頓物理的根基，實(shí)則是開辟了通向電磁學(xué)而后是相對(duì)論的道路。　　麥克斯韋的電磁理論這時(shí)就成為了電磁世界的理論核心，這一偉大理論簡(jiǎn)明扼要并嚴(yán)格地統(tǒng)一了電與磁的關(guān)系，這看起來好像是簡(jiǎn)化了物理學(xué)的理論，但實(shí)際上卻使問題變得更加復(fù)雜了，因?yàn)樗官だ院团ｎD所構(gòu)筑的宇宙圖像“頓起禍端”?！　?0世紀(jì)以來，在對(duì)電磁場(chǎng)的理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入研究的過程中，人們所提出的兩個(gè)看似簡(jiǎn)單的問題使得電磁學(xué)理論沿著兩個(gè)方向開始發(fā)展。第一個(gè)問題是：電磁輻射的本質(zhì)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(shí)驗(yàn)卻表明輻射并不連續(xù)。于是，普朗克假設(shè)，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(xué)，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(yīng)，并指出所有物質(zhì)和輻射都具有波粒二象性。這一結(jié)論隨后即從物理學(xué)家們的理論分析和精密實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)，這個(gè)結(jié)論復(fù)活了牛頓的光微粒論，同時(shí)也使力學(xué)與電磁學(xué)近二十年的明顯對(duì)立消除了。第二個(gè)問題是：電磁波在什么媒質(zhì)中傳播？對(duì)于這個(gè)問題的研究產(chǎn)生了愛因斯坦的相對(duì)論。

內(nèi)容概要

本書是按照電氣信息類專業(yè)”電磁場(chǎng)與電磁波課程教學(xué)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(chǎng)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(chǎng)論，電磁場(chǎng)的基本方程，場(chǎng)的一般求解方法后，圍繞著電磁波在自由空間中，在非導(dǎo)電介質(zhì)中的傳播展開了分析和討論，最后對(duì)電磁波的導(dǎo)引和輻射進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。每章之后均附有學(xué)習(xí)要點(diǎn)和習(xí)題。　　本書是為大學(xué)本科電氣信息類的學(xué)生編寫的教材，內(nèi)容圍繞著電磁場(chǎng)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(xué)與技術(shù)，自動(dòng)化，電氣工程等專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)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(shù)　　1.2　正交坐標(biāo)系　　1.3　矢量函數(shù)的通量與散度　1.4　矢量函數(shù)的環(huán)量與旋度　1.5　矢量函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度　　1.6　格林公式　　1.7　亥姆霍茲定理　2　電場(chǎng)，磁場(chǎng)與麥克斯韋方程　　2.1　電場(chǎng)力，磁場(chǎng)力與洛倫茲力　　2.2　由電通量與高斯定律導(dǎo)出的麥克斯韋第一方程　2.3　由法拉第電磁感應(yīng)定律與斯托克斯定律導(dǎo)出麥克斯韋第二方程　　2.4　由磁通量與高斯定律導(dǎo)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(dǎo)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(shí)諧形式　　2.9　電磁場(chǎng)的能量與坡印廷矢量　3　介質(zhì)中的麥克斯韋方程　　3.1　電介質(zhì)及其極化　　3.2　單個(gè)分子的模型　　3.3　極化矢量P　　3.4　介質(zhì)的分子模型與極化矢量　　3.5　高密度介質(zhì)中的電場(chǎng)　　3.6　折射率與相對(duì)介電常數(shù)　　3.7　磁化的概念　　3.8　磁化電流與磁化矢量　　3.9　磁場(chǎng)強(qiáng)度　　3.10　磁介質(zhì)　　3.11　介質(zhì)中的麥克斯韋方程組部分　3.12　電磁場(chǎng)的邊界條件　4　矢量位與標(biāo)量位　　4.1　矢量位A　　　4.2　標(biāo)量位φ　　4.3　用位函數(shù)φ和A表示的非均勻波動(dòng)方程　　4.4　利用場(chǎng)源ρ和J求解位函數(shù)φ和A　　　4.5　理納德-威切特位函數(shù)　5　靜態(tài)場(chǎng)的解　　5.1　泊松方程和拉普拉斯方程　　5.2　對(duì)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(shù)　　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(dòng)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(dǎo)電介質(zhì)中的電磁波　　7.1　非導(dǎo)電介質(zhì)中的電磁波方程　　7.2　平面電磁波在無損耗介質(zhì)中的傳播　　7.3　平面電磁波在有損耗介質(zhì)中的傳播　　7.4　低密度氣體中的電磁波　　7.5　高密度介質(zhì)中的電磁波　　7.6　復(fù)數(shù)折射率的相關(guān)結(jié)論　　7.7　相速度與能流速度　　7.8　色散　　7.9　群速　8　導(dǎo)體中的電磁波　　8.1　金屬介質(zhì)的一般模型　　8.2　金屬介質(zhì)在高頻或低頻時(shí)的特性　　8.3　等離子體對(duì)把波的反射　　8.4　導(dǎo)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(zhì)中的平面波　10　導(dǎo)行電磁波　　10.1　電磁波在均勻?qū)Рㄑb置中傳播特性　　10.2　TEM傳輸線　　10.3　矩形波導(dǎo)　　10.4　圓柱形波導(dǎo)　　10.5　波導(dǎo)系統(tǒng)中的功率傳輸與損耗　　10.6　諧振腔　　10.7　介質(zhì)波導(dǎo)和光纖簡(jiǎn)介　11　輻射系統(tǒng)簡(jiǎn)介　　11.1　緩慢移動(dòng)的加速點(diǎn)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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