工程电磁场基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版时间:1900-01-01

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isbn号码:9787703093164

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• 电磁场
• 电磁学
• 工程电磁场
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• 大学教材
• 理工科
• 电磁理论
• 麦克斯韦方程
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• 电磁波传播

《材料科学与工程：基础原理与应用》简介 本书旨在为读者构建一个全面、深入的材料科学与工程基础知识体系，重点聚焦于材料的微观结构、宏观性能之间的内在联系，以及材料在现代工程实践中的关键应用。本书内容涵盖了从原子尺度到宏观尺度的材料行为描述，强调理论分析与工程应用相结合，是材料学、化学工程、机械工程、航空航天等相关领域学生及工程师的理想参考读物。 --- 第一部分：晶体结构与缺陷（The Architecture of Matter） 本部分是理解所有工程材料宏观性能的基础。我们从最基本的晶体结构概念入手，详细阐述了晶体学的基本理论，包括点阵、晶基、布拉维点阵、晶向指数（Miller Indices）的确定与几何意义。重点讨论了体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方密堆积（HCP）等常见金属晶体结构的堆积密度与配位数，以及它们如何直接影响材料的塑性和延展性。 随后，深入探讨了晶体缺陷的分类与影响。我们将晶体缺陷分为零维（点缺陷：空位、间隙原子、取代原子）、一维（线缺陷：位错）、二维（面缺陷：晶界、孪晶界）和三维（体积缺陷）。对于位错理论，本书进行了细致的讲解，包括边缘位错和螺型位错的 Burgers 矢量、应力场分布，以及位错运动（滑移与攀移）如何成为金属塑性变形的微观机制。对陶瓷和半导体中特有的格点缺陷（如费伦-布朗缺陷、肖特基缺陷和范纳尔缺陷）的形成热力学也进行了详细分析。 最后，本部分会介绍晶体生长与凝固理论。阐述了凝固过程中的相图分析、过冷现象、枝晶生长理论，以及控制铸件晶粒尺寸和形貌的关键工艺参数。 --- 第二部分：热力学、动力学与相平衡（The Driving Forces of Material Change） 材料的稳定性和相变过程由热力学和动力学共同决定。本章致力于为读者提供坚实的材料热力学基础。我们将从盖布斯自由能出发，构建多组分、多相体系的相图理论。重点分析了二元和三元相图的解读方法，包括液相线、固相线、共晶点、包晶点等重要热力学点的意义。 相变动力学是理解材料性能演化的核心。本书详细介绍了形核理论（经典形核理论）和长大机制。扩散机制在材料科学中的作用至关重要，我们将探讨 Fick 定律在扩散过程中的应用，包括非稳态扩散和 Kirkendall 效应，并讨论温度和应力场对扩散速率的影响。 在合金设计方面，本书利用热力学工具分析了固溶体的形成条件（Hume-Rothery 定则）和相分离的机制（如芬式析出）。对于非平衡态组织（如过饱和固溶体、非晶态材料），我们将分析其在热处理过程中的演化路径，为后续的强化理论打下基础。 --- 第三部分：材料的力学性能与本构关系（Responding to External Stimuli） 本部分将材料的微观结构与宏观力学响应紧密联系起来。首先，介绍弹性行为，包括胡克定律、杨氏模量、剪切模量和泊松比等弹性常数，以及各向异性材料的弹性张量描述。 塑性变形是本章的重中之重。我们不仅从位错运动的角度解释了金属的加工硬化（应变硬化），还深入探讨了流变学——材料在高温或高应变速率下的粘塑性行为。内容包括蠕变（Creep）的机制（如扩散蠕变、位错蠕变）及其生命周期分析，以及疲劳（Fatigue）的微观机制（如裂纹萌生、扩展和断裂）和 S-N 曲线的工程应用。 断裂力学作为预测结构失效的理论基石，被给予了充分的篇幅。我们详细介绍了线弹性断裂力学（Griffith 理论、应力强度因子 $K_I$）和弹塑性断裂力学（J 积分、裂纹尖端张开位移 CCOD）。韧性与脆性断裂行为的区分，以及对材料韧化处理方法的介绍，是本节的实践重点。 --- 第四部分：结构材料的性能与应用（Engineering Material Families） 本部分将理论知识应用于三大类核心工程材料的实际性能分析： 1. 金属材料： 深入分析了钢铁（碳钢、合金钢、不锈钢）的热处理过程——退火、正火、淬火和回火，及其对马氏体、贝氏体等微观组织的影响。重点讲解了相变过程在强化合金中的关键作用。对于铝、钛合金等轻质高强金属，将讨论其固溶强化、时效硬化机制及其在航空航天领域的应用。 2. 陶瓷材料： 探讨了离子键和共价键在决定陶瓷高硬度、高熔点和低导电性方面的作用。着重分析了结构陶瓷（如氧化铝、碳化硅）的烧结过程、孔隙率控制以及其固有的脆性断裂机制。介绍了特种陶瓷在耐磨、耐高温领域的应用。 3. 高分子材料： 阐述了线型、支化型和交联型聚合物的分子结构特征。重点讲解了粘弹行为（蠕变和应力松弛），以及聚合物的玻璃化转变温度（$T_g$）对其力学性能的决定性影响。分析了聚合材料的老化和降解机制。 --- 第五部分：功能材料导论（Materials for Modern Technology） 本部分拓展了材料科学的前沿领域，关注材料的非机械性能： 1. 半导体材料： 概述了本征半导体和掺杂半导体的能带结构理论。详细分析了 N 型和 P 型掺杂对载流子浓度的影响，以及 PN 结的形成和基本电子器件（二极管、晶体管）的工作原理。 2. 导电与介电材料： 对金属导电的散射机制进行深入分析，并介绍了超导现象的微观机理（BCS 理论概述）。在介电方面，讨论了极化机制（电子、离子、取向极化）及其在电容器和绝缘体中的应用。 3. 磁性材料： 从朗之万理论到居里点，系统介绍铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的微观根源。阐述了磁滞回线与磁畴壁运动的关系，并区分了软磁材料和硬磁材料的应用场景。 --- 总结： 本书通过层层递进的结构，确保读者在掌握材料微观结构与热力学平衡的基础上，能够深入理解材料的力学响应、热处理工艺，并能接触到当代工程中不可或缺的功能材料基础知识。全书配有大量实例分析和工程案例，旨在培养读者利用材料科学原理解决实际工程问题的能力。

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这本书的排版和印刷质量着实令人称赞，在学术书籍中算是上乘之作。字体选择清晰易读，数学符号的印刷质量极高，复杂的希腊字母和上下标都没有出现模糊或错位的情况，这在阅读大量公式时极大地减轻了眼睛的疲劳。图表的质量同样出色，无论是电磁场的矢量图、波的传播示意图，还是实验装置的示意图，线条都非常精细，色彩（如果包含彩色印刷的话）过渡自然，极大地辅助了对三维场分布的想象。个人感觉，作者在内容组织上也体现了极高的专业素养，章节之间的逻辑衔接非常自然流畅，很少出现需要频繁翻页或前后对照才能理解的“断裂感”。每一章末尾的总结部分，都是对本章核心知识点的提炼和升华，让我可以在合书之前快速巩固所学，这种结构化的学习体验非常高效。

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这本书的封面设计非常大气，深邃的蓝色调给人一种专业、严谨的感觉，让人一拿到手就觉得这是一本有分量的学术著作。初读目录时，我注意到作者对基础概念的梳理非常系统和深入，从最基本的矢量分析、电磁场理论的麦克斯韦方程组出发，逐步深入到波的传播与散射，以及在不同介质中的行为。特别是关于边界条件的讨论，作者似乎用了非常直观的图示和详尽的数学推导来阐释，这对于我这种偏爱“眼见为实”的学习者来说，简直是福音。我记得有一章专门讲解了电磁波在导行结构中的模式，那种从理论推导到实际应用场景的平滑过渡，让我对那些抽象的数学公式产生了更深刻的理解。这本书的习题设计也很有特色，它不仅仅是公式的重复应用，更倾向于考察对物理图像的理解和工程背景下的实际问题解决能力。比如，一些关于天线设计初步概念的习题，就让我体会到理论是如何与工程实践紧密结合的。总的来说，这本书在理论的深度和教学的广度之间找到了一个绝佳的平衡点，是理工科学生建立坚实电磁学基础的理想教材。

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这本书给我的最大感受是其“深度适中，启发性强”。它既没有像某些经典著作那样将理论推导推向极致以至于让初学者望而却步，也没有像一些入门读物那样过于简化而牺牲了关键的物理洞察力。它精准地把握住了“工程基础”这个定位，确保读者在掌握必要的数学工具后，能真正理解电磁现象的本质。我特别喜欢作者在处理一些经典难题时所展现出的独特视角，比如在讨论静电场和静磁场时，通过类比和互补原理来加深理解，这种多角度的解析方式，远比单线叙事更具穿透力。对于希望从零开始系统学习、并希望未来能在电子、通信或新能源领域有所发展的读者来说，这本书无疑是搭建知识框架的绝佳起点。它不仅教会了你“是什么”和“怎么算”，更重要的是，它引导你去思考“为什么会这样”和“未来会怎样”，这才是优秀教材的价值所在。

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我之前学习电磁场时，总感觉那些偏微分方程和复杂的向量运算像是一堵高墙，难以逾越。直到接触到这本教材，我才发现原来它们可以被如此生动地描绘出来。作者在阐述麦克斯韦方程组时，并没有简单地罗列公式，而是花费了大量篇幅去解释每个方程背后的物理意义，比如高斯定律如何描述电荷分布与电场的关系，法拉第电磁感应定律如何揭示磁场的变化如何产生电场。更让我印象深刻的是，书中对波动方程的讲解部分，作者似乎运用了一种“由慢到快”的叙述节奏，先建立一维波动概念，再扩展到三维空间，每一步都伴随着清晰的物理图像，甚至引用了一些日常生活中的类比，尽管主题是高深的电磁学，但读起来却少了几分枯燥，多了几分探索的乐趣。书中对坡印廷矢量的引入和解释也极为到位，清晰地展示了能量流动的方向和大小，这对于理解电磁能量的传输至关重要。读完这部分内容，我感觉自己终于能够“看见”电磁场是如何在空间中运动和相互作用的了。

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作为一名偏向应用研究的工程师，我最看重教材的实用性和对前沿技术的铺垫能力。这本书在这方面表现出色，它没有沉溺于纯粹的理论推导，而是巧妙地将理论与现代工程应用接轨。例如，书中关于介质损耗和导体损耗的分析，不仅给出了精确的计算方法，还结合了实际传输线中的能量衰减问题进行了讨论，这对我后续处理高频信号完整性问题提供了直接的理论指导。此外，书中对电磁兼容性（EMC）的一些初步探讨，虽然篇幅不长，但其引出的问题和分析思路，无疑为读者打开了通往更复杂电磁工程领域的大门。我特别欣赏作者在引入这些工程实例时所保持的严谨性，即保证工程结论是建立在扎实的理论基础之上的，而不是凭空臆想。这种将“硬核”理论与“接地气”应用完美融合的写作手法，使得这本书的价值远超一般的基础教材。

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