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出版者:

作者:杨海霞

出品人:

页数:239

译者:

出版时间:2002-7

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787563016747

丛书系列:

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• 计算力学5
• 计算力学
• 有限元
• 数值方法
• 结构力学
• 流体力学
• 传热学
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• Python
• 科学计算
• 工程分析

好的，以下是为您撰写的图书简介，该书名为《电磁场与等离子体物理导论》，旨在避开《计算力学基础》中的核心内容，并力求描述详实、富有专业性。 --- 电磁场与等离子体物理导论 内容简介 本书系统、深入地阐述了经典电磁场理论的基石，并在此基础上拓展至高能物理领域至关重要的等离子体物理学。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在为物理学、电子工程、材料科学以及相关交叉学科的研究生和高年级本科生提供一套扎实的理论框架和丰富的应用实例。我们避免了过多涉及固体力学、结构分析或数值方法等计算力学范畴的内容，而是将重点完全聚焦于电磁现象的场论描述及其在宏观和微观尺度下的动力学行为。 第一部分：经典电磁场理论的重构与深化 本部分旨在巩固读者对麦克斯韦方程组的理解，并从更基础的向量分析和微分几何视角重新审视场论。 第一章：静电场与高斯定理的推广 本章从标量势和矢量势的引入开始，详细分析了静电场在不同边界条件下的解。我们深入探讨了拉普拉斯方程和泊松方程在球坐标系、柱坐标系和直角坐标系下的分离变量法求解，特别关注了狄利克雷问题和诺伊曼问题的物理意义。为避免与计算力学中的离散化方法混淆，本章着重强调了格林函数在求解具有复杂几何形状导体周围电势分布中的解析应用，并详细推导了电荷-图像法（Method of Images）在平面、半导体以及介质交界面上的严格应用条件和多重反射的收敛性分析。同时，对介质中的电极化现象进行了微观层面的讨论，引入了电位移矢量 ($mathbf{D}$) 场，并讨论了铁电体中极化畴的形成与反转机制。 第二章：稳恒电流与磁场的源流 本章将焦点从静电场转向稳恒电流场。详细分析了欧姆定律在微分形式下的表达（焦耳定律的场论形式），以及电流连续性方程的严格推导。在磁场部分，本章严格遵循安培环路定律的积分形式和毕奥-萨伐尔定律，推导了无限长导线、螺线管和托卡马克外部磁场分布的精确解析解。矢量磁势 ($mathbf{A}$) 的引入被用于简化亥姆霍兹方程，并讨论了磁标量势 ($phi_m$) 仅在无磁介质或磁介质均匀区域的适用性。对于磁介质内部，我们深入分析了磁化强度 ($mathbf{M}$) 和磁场强度 ($mathbf{H}$) 的关系，以及磁畴壁的结构与能量。 第三章：时变电磁场与麦克斯韦方程组的完整形态 这是本书的核心理论章节之一。我们将重点放在引入时间导数项对电磁场的影响上。从法拉第电磁感应定律的微分形式出发，推导出麦克斯韦方程组的完整、自洽的四方程组。本章的核心内容在于对电磁波的传播特性进行纯粹的波动方程分析，不涉及任何数值模拟。我们详细推导了在无源、无损介质中均匀平面波的解析解，包括电场与磁场之间的相位关系、传播速度（相速和群速）的精确计算，并对比了电磁波在理想导体（趋肤深度分析）和理想介质中的传播差异。电磁场的能量与动量密度（坡印廷矢量）的严格推导，为后续的等离子体能量传输分析奠定了基础。 第四章：电磁场的边界条件与反射/折射 本章侧重于宏观边界条件的应用。详细推导了电磁场在不同介质交界面上满足的八条（或五组）精确边界条件，包括切向和法向的连续性要求。基于这些条件，本章严格推导了平面电磁波在理想电导体、理想介质以及具有有限电导率的介质界面上反射和透射的菲涅耳公式（Fresnel's Equations）。通过分析斯涅尔定律的推导，我们探讨了全内反射（TIR）现象的临界角，并引入了坡印廷矢量在界面上的能量流分析。 第二部分：从连续介质到稀薄气体：等离子体物理的引入 本部分将理论的视角从宏观场论转向微观粒子运动的统计描述，专注于研究电离气体的动力学行为。 第五章：等离子体的基本性质与统计描述 本章定义了等离子体的严格标准，包括德拜屏蔽长度 ($lambda_D$)、等离子体频率 ($omega_{pe}$) 和碰撞频率 ($ u$)。我们避开宏观流体力学模型，而是首先采用基于朗之万方程的单粒子动力学模型来描述带电粒子在洛伦兹力作用下的轨迹，特别是回旋运动（Gyro-motion）和漂移运动（Drift motion）。德拜球模型被用于解释等离子体如何实现宏观电中性，以及宏观尺度下电场如何被“屏蔽”。 第六章：流体模型：电子和离子的连续介质描述 尽管侧重于动力学，本章仍需引入最基础的流体近似来处理大量粒子的集体行为。我们推导了电子和离子在电磁场作用下的守恒方程组（质量、动量、能量守恒），并基于电中性假设，推导出线性化的冷等离子体（Cold Plasma）的电导率张量和介电常数张量 ($oldsymbol{epsilon}$) 的表达式。重点分析了磁场对等离子体特性的影响，引入了霍尔效应的宏观表现。 第七章：电磁波在磁化等离子体中的传播（波的各向异性） 这是将电磁场理论与等离子体物理直接结合的关键部分。我们利用第六章导出的介电常数张量，分析了电磁波在磁化等离子体中传播的复杂性。详细推导了冷磁化等离子体中的电磁波色散关系（Dispersion Relation），并区分了平行传播（Ordinary/Extraordinary Waves）和垂直传播（Right-hand/Left-hand Circularly Polarized Waves）的特性。本章对截止频率（Cutoff Frequencies）和共振频率（Resonance Frequencies，如电子回旋共振频率 $omega_{ce}$ 和离子回旋共振频率 $omega_{ci}$）的物理意义进行了深入讨论，解释了为什么等离子体成为一种具有显著双折射和磁光效应的介质。 第八章：等离子体中的振荡与波：集体效应 本章关注等离子体内部自发产生的集体振荡模式。我们推导了电子等离子体振荡（Plasma Oscillation）的频率，并分析了离子声波（Ion Acoustic Waves）的色散关系，强调了离子质量在其中起到的决定性作用。此外，本章还探讨了电磁场激发下的非线性效应的初步概念，例如斯通斯效应（Stochastic Heating）的理论基础，以及等离子体中的Landau阻尼现象的理论解释，这完全基于单粒子运动的非碰撞动力学效应，而非传统的碰撞模型。 总结 本书的核心价值在于提供了从麦克斯韦方程组到复杂的磁化等离子体波传播的解析推导路径，强调物理图像和严格的场论分析，内容涵盖了从经典电磁理论的精深应用到前沿等离子体物理的理论基础构建。全书注重推导的严谨性，避免了计算方法和结构力学等领域的范畴。 --- （总字数约为1550字，内容聚焦于电磁场理论的解析解法、边界条件、波动方程的严格推导，以及等离子体物理中基于场论和动力学的核心概念，如色散关系和波的分类，完全避开了计算力学中的数值方法、有限元、有限差分、应力分析、本构关系等主题。）

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最近翻了翻这本《计算力学基础》，感觉像是在经历一场关于工程模拟的“寻宝之旅”。它不像是那种死板的教科书，而是更像一位经验丰富的导师，带着你一步步探索计算力学的精髓。一开始，我对“数值方法”这个词总觉得有些高深莫测，但这本书巧妙地将其分解，从最简单的离散化技术，比如有限差分法，开始讲起，逐步过渡到更复杂的有限元法。作者在解释数值算法时，特别注重逻辑的严谨性和数学的推导过程，这让我这个非数学专业背景的人也能逐步理解。印象最深刻的是关于“网格划分”和“单元选择”的章节，这部分直接关系到计算结果的准确性和效率，书里给出了非常实用的指导，甚至还讨论了不同单元类型在不同问题下的优劣。而且，作者还提及了边界条件的处理，这一点至关重要，往往是初学者容易忽略但又影响巨大的地方。整本书的语言风格比较朴实，但专业性很强，你能感受到作者在每个章节的打磨上都花了心思，力求让读者能够真正掌握核心概念，而不是停留在表面。这本书让我对工程模拟有了更深刻的认识，也激发了我对使用计算机解决实际工程问题的兴趣。

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不得不说，《计算力学基础》是一本非常有“深度”的书。它不是那种能让你快速掌握一两个简单技巧的“速成手册”，而是真正让你理解计算力学底层逻辑的“奠基之作”。作者在讲解关于“形函数”和“插值”的概念时，非常注重数学推导的严谨性，让你明白为什么会有这样的数学形式，以及它在数值计算中扮演的角色。读到关于“刚度矩阵”和“载荷向量”的构建时，我才真正体会到有限元法的强大之处，它能够将连续的物理问题转化为离散的代数方程组，这是解决复杂工程问题的关键。书里还专门辟了一个章节来讨论“收敛性”和“稳定性”问题，这对于任何一个数值计算方法来说都是至关重要的，作者用清晰的语言和生动的例子，解释了这两个概念的重要性以及如何去评估。我还发现，书中对“非线性问题”的处理也进行了初步的介绍，这让我看到了未来进一步深入学习的方向。总而言之，这本书不是那种读过就能忘掉的书，它会在你的脑海里留下深深的印记，让你在面对复杂的工程问题时，不再感到束手无策，而是能找到解决问题的思路和方法。

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这本书的内容，让我对“工程模拟”这门学问有了全新的认识。《计算力学基础》没有直接跳到高深的算法，而是从力学的基本原理出发，一步步引申到数值计算的方法。我特别欣赏作者在解释“能量原理”和“变分原理”时所做的努力，这些原理是许多数值方法的理论基础，理解了它们，就更容易理解后面的有限元法的推导。书中的“材料本构模型”部分的讲解，让我看到了如何将材料的物理属性转化为数学模型，这对于理解真实的工程行为至关重要。我印象非常深刻的是关于“应力奇异性”和“网格细化”的讨论，这涉及到计算结果的精度问题，在实际工程应用中，这往往是工程师需要仔细考虑的。书里还提到了“求解器”的选择和优化，这对于提高计算效率和减小计算成本有着直接的影响。这本书的结构非常合理，层层递进，让读者在不知不觉中掌握了计算力学的核心知识。我个人认为，这本书非常适合那些想要系统学习计算力学，并且对其中的数学和物理原理有深入探究的读者。

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说实话，拿到《计算力学基础》之前，我对“计算力学”这个词的理解非常模糊，只知道它和计算机有关，但具体是做什么的，完全没有概念。但这本书，真的把我拉进了这个奇妙的世界。作者从最基础的材料力学概念入手，比如应力、应变、弹性模量，然后逐步讲解这些物理量如何用数学方程来描述，特别是那些偏微分方程。一开始，我以为会很难，但书中的讲解非常清晰，而且大量的图表和插图，让抽象的力学概念变得触手可及。我特别喜欢关于“边界元法”的介绍，虽然这个方法不像有限元法那么普遍，但它在某些特定问题上的优势，被作者解释得非常透彻。书里还详细讲解了求解这些方程的数值方法，比如“迭代法”和“直接法”，并且还对它们的优缺点进行了比较。最让我惊喜的是，作者在书中还附带了一些代码示例，虽然没有达到可以直接运行的程度，但已经足够让我理解算法的实现思路。这本书不仅仅是理论的堆砌，它更像是一本实践指南，让我看到了理论是如何转化为实际应用的，这对于我未来的学习和工作都非常有启发。

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这本书真的太惊艳了！我一直对物理世界如何用数学语言来描述非常着迷，而《计算力学基础》就像是打开了一扇通往这个神秘领域的大门。从最基础的概念讲起，比如弹性力学的基本方程，它并没有直接抛出一堆复杂的公式，而是用一种非常循序渐进的方式，让你理解每一个变量的物理意义，每一个方程的由来。尤其是关于应力和应变张量的讲解，作者通过生动的类比和图示，把原本抽象的概念变得异常清晰。我印象最深刻的是关于位移法和力法的对比分析，这两种解决结构力学问题的基本思路，在书中被阐述得淋漓尽致，让人能够深刻理解它们的异同和适用范围。我尤其喜欢作者在讲解过程中穿插的几个经典算例，比如简支梁的挠度计算，虽然书本上随处可见，但在这里，你不仅仅是学会了如何套公式，更是理解了整个求解过程背后的力学原理和数值离散的思想。读到后面，关于有限元法的引入，虽然初步接触，但已经能感受到它在现代工程计算中的巨大威力，这种感觉就像是解锁了一个新的技能树，迫不及待想深入学习下去。总的来说，这本书给我带来的不仅仅是知识的增长，更是一种对力学问题的全新视角和解决问题的信心。

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