Classical Electricity and Magnetism pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Dover Publications

作者:Wolfgang K. H. Panofsky

出品人:

页数:526

译者:

出版时间:2005-1-26

价格:USD 29.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780486439242

丛书系列:

图书标签:

• 凝聚态物理
• 电动力学
• 经典电磁学
• 电磁场
• 麦克斯韦方程
• 电磁理论
• 物理学
• 高等物理
• 电磁波
• 静电场
• 磁场

经典电磁学与磁学 一本对理论物理学基石的全面探索 本书旨在为读者提供一个对经典电磁学和磁学领域内基础理论、数学框架以及核心物理概念的深入、严谨且全面的理解。我们着重于电场、磁场以及它们在静电学、静磁学以及时变情况下——即麦克斯韦方程组——所遵循的统一动力学规律。 第一部分：静电学的基石 本书伊始，我们从最基础的电荷概念及其相互作用开始。首先详细阐述库仑定律，这是所有静电学分析的起点。我们不仅推导其矢量形式，还探讨了其在不同介质中的表现。 随后，我们引入电势的概念，并将其与电场强度关联起来。通过电势的梯度，我们可以简洁地描述电场。在此基础上，我们深入研究高斯定律——这一积分形式的电场关系式。高斯定律在具有高度对称性的电荷分布（如球形、柱形或平面对称）问题中展现出极大的威力，本书会提供大量解题示例，展示如何利用对称性简化复杂的静电问题。 在深入研究电场后，我们转向静电势能和电势分布。我们探讨了导体在静电平衡下的行为特征——例如，导体内部场强为零、净电荷分布在表面等。接着，我们将重点放在边界值问题。泊松方程和拉普拉斯方程是描述静电势在无电荷区域分布的核心偏微分方程。本书详细介绍了这些方程的数学性质，包括它们的唯一性定理，并系统地介绍了求解这些方程的经典方法，如分离变量法（特别是在直角坐标系、柱坐标系和球坐标系下的应用），以及在解决复杂几何结构中至关重要的傅里叶级数展开技术。 此外，我们还专门辟出一个章节，用于讲解电介质（介质）对静电场的影响。我们定义了电位移矢量 $mathbf{D}$，并阐述了介质极化（$mathbf{P}$）的概念，讨论了线性、各向同性介质中的介电常数，以及电偶极子在均匀和非均匀电场中的行为。 第二部分：静磁学的原理与应用 在对静电学建立起坚实的基础后，本书平稳地过渡到静磁学。我们从毕奥-萨伐尔定律（Biot-Savart Law）出发，该定律描述了稳恒电流产生磁场的规律，并与库仑定律在形式上的类比性得到了深入讨论。 紧接着，我们介绍安培环路定律（Ampère's Circuital Law），它是描述磁场在电流周围分布的积分形式。类似于高斯定律，安培定律在处理具有圆柱或平面对称性的电流分布问题时，提供了强大的简化工具。 本书详细分析了磁场中的稳恒电流密度（$mathbf{J}$）对磁场分布的影响，以及磁矢量势（$mathbf{A}$）的概念。矢量势 $mathbf{A}$ 在数学上提供了一个优雅的替代方案，使得静磁场问题可以转化为求解一个非齐次的矢量波动方程（或泊松方程的矢量形式）。 在静磁学部分，我们对磁性材料进行了深入的探讨。我们区分了抗磁性、顺磁性和铁磁性材料。我们定义了磁化强度 $mathbf{M}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$，并推导了磁介质中的边界条件。此外，我们还详细分析了磁偶极子（如小电流环）所产生的磁场，以及磁偶极矩与磁矩密度的概念。 第三部分：时变场的统一：麦克斯韦方程组 本书的第三部分是全书的核心，它将静电学和静磁学融合成一个统一的、描述电磁现象的动态理论框架——麦克斯韦方程组。我们从法拉第电磁感应定律开始，该定律揭示了变化的磁通量如何产生电动势和涡旋电场。 随后，我们探讨了安培定律的修正——引入麦克斯韦的位移电流项。正是这一关键的补充，使得电磁场理论能够描述时变过程，并预言了电磁波的存在。通过对这四个方程的严格推导和分析，我们展示了它们是如何完整地描述所有宏观电磁现象的。 本书详细讨论了麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式，并着重分析了在不同介质边界上满足这些方程所需的特定条件。 第四部分：电磁波的传播与辐射 在完全掌握了麦克斯韦方程组后，我们进入电磁波的理论。我们展示了如何在无源、无损的均匀介质中，从麦克斯韦方程组推导出矢量波动方程，并找到平面电磁波的解。我们深入分析了这些波的相速度、群速度以及波阻抗等特性。 我们详细考察了电磁波在理想导体、良导体以及电介质界面上的反射和折射现象，应用了斯涅尔定律和菲涅耳公式，特别是通过电磁场边界条件推导出这些经典光学定律。 最后，本书探讨了电磁辐射的基础，侧重于偶极子辐射。我们分析了处于加速运动中的电荷所产生的电磁辐射的功率和方向性，为理解无线电波、天线理论和更广泛的辐射物理学奠定了基础。我们通过利萨茹（Liénard-Wiechert）势的讨论，展示了如何从单个运动电荷的运动学中导出完整的电磁场。 数学工具与严谨性 全书贯穿始终的是对矢量分析、偏微分方程（特别是亥姆霍兹方程和波动方程）以及复变函数在求解边界值问题中应用的强调。本书的论述力求数学上的严谨性，确保读者不仅“知道”电磁学规律，更能“理解”其数学结构和内在逻辑。 本书适合具有扎实的微积分和线性代数基础的物理学、电子工程、应用数学及相关学科的高年级本科生和研究生使用。通过对这些经典原理的深入学习，读者将为进一步探索更前沿的电动力学和量子场论做好充分准备。

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