电路及磁路基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:蔡元宇 编

出品人:

页数:309

译者:

出版时间:2007-1

价格:23.10元

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isbn号码:9787040146622

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《电磁工程的理论基石：感应、场与流动的奥秘》 本书并非旨在探究构成我们日常电子设备和电力传输基础的“电路及磁路”这一具体学科。相反，它致力于为你打开一扇通往更广阔、更深刻的电磁世界的大门，从更根本的层面去理解那些驱动着现代科技发展的基本原理。我们将目光投向电磁现象的源头，解析能量如何在空间中传递，如何孕育出我们所熟悉的各类设备，以及在宏观与微观尺度下，物质与电磁场之间发生的精妙互动。 第一篇：空间中的波动与共振——场的视角 我们常常习惯于将电和磁视为独立的实体，然而，它们本质上是同一枚硬币的两个侧面——电磁场。本书的第一篇将引导你深入理解场的概念。我们将从麦克斯韦方程组的优雅形式入手，并非以繁复的数学推导为重点，而是侧重于其物理意义的解读。方程组中每一个项所代表的物理过程，以及它们之间如何相互关联，共同描绘出电磁波的产生、传播和相互作用。 电场与磁场的动态交织： 你将了解到，变化的电场会产生磁场，而变化的磁场则会诱导产生电场。这种持续不断的相互转化，正是电磁波得以在真空中以光速传播的根本原因。我们将通过形象的比喻和直观的图示，来理解电场线的扭曲和磁场线的弯曲如何传递能量，而无需任何导体的存在。 从静电到动态： 我们会从简单的静电场和静磁场出发，逐步过渡到动态的电磁场。理解电荷的分布如何产生电场，电流的流动如何产生磁场。但更重要的是，我们将探讨当这些电荷和电流发生变化时，会发生什么。这会涉及到电磁感应的本质，为何变化的磁场能够“感应”出电流，以及这一原理如何被应用于发电机和变压器等设备（尽管我们不直接讲解电路设计，但其原理是这些设备工作的核心）。 电磁波的谱系与特性： 从无线电波到X射线，再到可见光，它们都属于广义的电磁波。我们将探讨不同频段的电磁波所具有的独特性质，例如频率、波长、能量和穿透力。了解这些特性对于理解我们如何利用不同的电磁波进行通信、成像和治疗至关重要。我们会讨论共振现象在电磁波与物质相互作用中的作用，为何某些频率的电磁波能够有效地激发特定物质的原子或分子。 介质中的电磁场： 现实世界中的电磁波并非总是在真空中传播。当电磁波遇到物质时，会发生复杂的相互作用。我们将探讨在不同介质（如绝缘体、导体、等离子体）中，电场和磁场会如何变化，以及这些变化如何影响电磁波的传播速度、衰减和反射。例如，金属对电磁波的屏蔽效应，以及光学材料的折射和反射原理。 第二篇：能量的流动与转换——场与物质的互动 本篇将聚焦于电磁能量的流动和转换过程，以及电磁场与物质之间的精妙互动。我们将超越单纯的“电流”概念，去理解能量是如何以场的形式在空间中传递，并最终在物质中转化为热能、光能或机械能。 坡印廷矢量：能量流动的指示器： 坡印廷矢量是描述电磁能量流向和能量密度的一个关键概念。我们将直观地理解坡印廷矢量所指示的能量流，就像水流一样，在导线周围流动，并最终被负载吸收。这个概念对于理解能量如何在电源和负载之间传递至关重要，即使我们不深入分析电路的负载特性，其能量传递的根本机制也是一致的。 场的储存能力：电容与电感背后的物理实在： 虽然我们不讨论具体的电路元件（如电容器和电感器）的计算，但我们会从场的角度去理解电容和电感所代表的物理意义。电容本质上是电场在空间中储存能量的能力，而电感则是磁场在空间中储存能量的能力。我们将探讨电场和磁场是如何被“储存”起来，并在适当的时机释放出来，这种储存和释放的过程是许多动态电磁现象的基础。 电磁辐射与吸收： 任何加速运动的电荷都会辐射电磁波。我们将探讨这一普遍规律，并分析不同结构（如天线）如何有效地辐射和接收电磁波。同时，我们也会研究物质如何吸收电磁波，并将电磁能量转化为其他形式的能量，如热能（微波炉的原理）或化学能（光合作用）。 物质的电磁响应： 不同的物质对电磁场的响应截然不同。我们将探讨物质的极化（电场引起的电荷分布变化）和磁化（磁场引起的原子磁矩排列）现象。理解这些响应是理解介电损耗、磁滞损耗以及物质光学性质的关键。例如，为何玻璃是透明的，而金属却是反射的。 电磁场在复杂系统中的行为： 从微观的原子尺度到宏观的工程应用，电磁场无处不在。我们将初步涉猎一些更复杂的电磁现象，例如电磁感应的微观机制，以及电磁场在等离子体、半导体和生物体内的表现。这些例子旨在展现电磁场作为一种普适的物理语言，在解释自然界和工程技术中的各种现象时所具有的强大力量。 第三篇：基础概念的延展与应用展望 在掌握了场的理论和能量流动的基本原理后，本篇将对这些概念进行一些延展，并展望它们在未来科技发展中的潜在应用。 电磁场的数学语言： 我们不会深陷于复杂的数学推导，但会适当地介绍一些关键的数学工具，如矢量分析、微分方程，来帮助我们更精确地描述和理解电磁场。理解这些数学工具能让我们更清晰地把握电磁现象的内在规律。 从理论到现实的桥梁： 尽管本书不直接教授设计电路或磁路的具体方法，但它提供的基础理论，是任何深入理解电磁工程的基石。例如，对磁场分布的理解，是设计高效电磁铁或无刷电机的关键；对电场分布的理解，是设计高效电容器或高压绝缘系统的基础。我们将通过一些理论联系实际的例子，说明这些基础概念如何指导实际工程的设计。 前沿领域的探索： 展望未来，电磁场理论在人工智能、量子计算、新能源技术、医疗诊断等众多前沿领域扮演着越来越重要的角色。例如，电磁场与物质在量子层面的相互作用，是量子计算的基础；高频电磁场的精确控制，是实现先进通信和传感技术的核心。我们将简要介绍这些领域与基础电磁场理论之间的联系，激发读者的兴趣。 结语： 《电磁工程的理论基石：感应、场与流动的奥秘》将带领你进行一次深刻的认知之旅，超越简单的“电路”和“磁路”的表面现象，去领略电磁世界深邃而和谐的内在逻辑。它旨在培养你从更根本、更普适的视角去理解和分析与电磁相关的各种问题，为你在更广阔的电磁科学与工程领域进行更深入的学习和探索打下坚实的基础。这本书不提供现成的“解决方案”，但它会赋予你“理解问题”和“发现解决方案”的能力。

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我对这本书的实验和应用章节印象非常深刻，它真的做到了理论指导实践。我过去读过的很多理论书，最后的习题往往是纯粹的数值计算题，与实际动手操作相去甚远。而这本教材则非常注重工程实践中的“度量”和“误差分析”。它不仅仅告诉你如何计算一个电阻值，还会讨论在实际制造公差下，这个电路的性能会偏离预期多少。例如，在讲解功率损耗时，作者不仅计算了焦耳热，还引入了“集肤效应”和“邻近效应”对导线损耗的影响，虽然这些内容在基础篇幅中显得略微超前，但对于渴望成为资深工程师的人来说，这是至关重要的知识点。更难得的是，书中对于测量仪器原理的介绍也十分精辟。它解释了示波器探头对高频信号的负载效应，以及万用表测量电阻时自身电池对电路的干扰，这些都是我们在实验室中经常遇到的“陷阱”，但很少有教材会如此坦诚地揭示这些工程中的潜规则。这本书的工程导向非常明确，让人感觉自己不是在解题，而是在设计和调试一个真实的系统。

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这本书给我最大的震撼在于它对“动态过程”的细腻刻画。我们都知道电感和电容是电路中储能元件，但这本书真正做到了“动态”二字。它没有简单地给出 $Lfrac{di}{dt}$ 和 $Cfrac{dv}{dt}$ 这样的定义公式，而是通过对瞬态响应的详细剖析，特别是二阶系统的欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态的图形化展示，将这些抽象的数学行为具象化了。我记得书中有一章专门讨论了阶跃响应下的能量交换过程，通过叠加和减法原理，清晰地展示了系统在达到稳态前能量是如何在电感和电容之间来回震荡和耗散的。这种对系统时间行为的深入理解，远超出了普通教科书对“暂态分析”的浅尝辄止。此外，书中对于信号源模型的讨论也相当到位，从理想的电压源、电流源到实际电源的等效模型，再到对源的内部阻抗对系统响应影响的分析，都处理得非常全面和透彻。这使得我在分析实际滤波器和耦合电路时，能够更准确地预估系统的启动和稳定表现。

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如果说有什么可以改进的地方，那就是这本书在处理“对称性”和“简化方法”的论述上略显保守。虽然它在推导基础定律时极为严谨，但对于利用对称性来快速简化复杂网络结构的技巧，介绍得不够系统化和模式化。例如，当分析一个复杂的桥式网络时，如果能更早地引入“镜像法”或“等效模型替换”的通用思想，而不是仅仅在少数特定例子中给出解析，读者的解题效率会大大提高。这本书的优点是深度，缺点则在于广度和捷径的缺乏。它更倾向于带领读者一步一步地“走”完整个理论推导的路径，而不是教他们如何“飞”过一些已知的理论高峰。因此，对于那些已经对基础有一定了解，希望迅速掌握解题技巧的进阶学习者而言，可能会觉得部分章节的推导过程略显冗长。但反过来说，正是这种对每一个细节的坚守，确保了即便是初次接触电路分析的读者，也能对所学知识的每一个环节都了然于胸，不会留下模棱两可的知识盲区。

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这本书给我带来了很多惊喜，尤其是它在处理传统电路理论核心概念时的独特视角。我记得在学习串联和并联电路分析时，很多教材都只是机械地套用欧姆定律和基尔霍夫定律，然后迅速转向复杂的网络分析。然而，这本书却花了大篇幅去深入探讨电流和电压的物理本质，以及它们在不同拓扑结构下如何相互作用。作者似乎非常注重培养读者的直觉性理解，而不是仅仅停留在公式推导上。比如，对于节点电压法和网孔电流法的讲解，书中不仅展示了如何列方程，还穿插了大量的示意图和类比，让我瞬间明白了为什么在某些情况下选择节点法会比网孔法更高效。特别是它对“虚功原理”的阐述，用一种非常直观的方式解释了电位能的概念，这对我理解后续的磁场能量存储非常有帮助。再者，书中对于非线性元件（如二极管和晶体管的初步模型）的引入也处理得相当得体，没有因为篇幅限制而草草带过，而是用了一些非常贴近实际应用的例子，比如简单的限幅电路，这让初学者也能感受到理论的即时应用价值。总的来说，这本书在打地基方面做得非常扎实，为后续更深入的学习铺设了一条平坦宽阔的道路。

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说实话，这本书的叙事风格我个人不太习惯，它更像是一本严谨的学术专著，而不是为入门者设计的导览手册。它对概念的界定极其精确，每一个术语的提出都伴随着详尽的数学证明和物理背景的溯源。我尤其欣赏它对“场的概念”在电路理论中的渗透。很多教材在讲授集总参数电路时，会刻意回避场论，但这本著作却巧妙地将电场和磁场的分布情况作为分析电路行为的底层逻辑。比如，在解释传输线效应的早期章节中，作者就用麦克斯韦方程组的低频近似来导出了我们熟知的基尔霍夫定律，这种深层次的联结让人醍醐灌顶。但同时，这也意味着阅读门槛相对较高，如果读者的数学基础，特别是微分方程和向量分析能力稍弱，可能会在一些推导细节上感到吃力。我花了好大力气才完全跟上它对“等效电路”推导过程中的张量分析部分。它对理论的完整性追求到了极致，但牺牲了一定的阅读流畅性，对于希望快速掌握实用技能的工程师来说，可能需要反复研读才能消化吸收其中的精髓。

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