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出版者:Ellis Horwood Ltd

作者:Wen Xun Zhang

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1993-04

价格:USD 110.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780132762472

丛书系列:

图书标签:

• 微波
• CEM
• 电磁学
• 工程电磁场
• 电磁理论
• 麦克斯韦方程
• 电磁波
• 传输线
• 天线
• 电磁兼容性
• 数值电磁学
• 高等数学

经典文献与前沿探索：电磁场理论的深度剖析 书籍名称： 场论精粹：从麦克斯韦方程组到现代应用 出版年份： 2023年 页数： 850页 ISBN： 978-1-234567-89-0 --- 第一部分：电磁场的基石与经典表述 (Foundations and Classical Formulation) 本书旨在为读者提供一个全面、深入且富有洞察力的电磁场理论学习体验，其深度和广度远超基础教材的范畴，专注于概念的严谨推导、数学工具的精妙应用，以及理论向实际工程问题的转化路径。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在培养读者对电磁现象的深刻物理直觉和强大的数学建模能力。 第一章：静电场与库仑定律的几何诠释 本章开篇即探讨了库仑定律的矢量形式及其在三维空间中的普适性。我们摒弃了仅停留在积分形式的讨论，深入分析了电场强度 $mathbf{E}$ 和电位移矢量 $mathbf{D}$ 的物理内涵。重点章节详细讨论了高斯定律的微分形式与积分形式之间的深层联系，特别是如何利用散度定理（Divergence Theorem）实现这种转换。此外，本章引入了电势的拉普拉斯方程和泊松方程，并着重介绍了在笛卡尔、柱面和球坐标系中求解这些偏微分方程的格林函数方法。为增强实际应用性，我们对导体边界条件进行了详尽的讨论，特别是电荷在导体表面的分布规律及其对场形貌的影响。最后的专题部分探讨了静电场中的能量密度及其对电介质极化的热力学诠释。 第二章：稳恒电流与磁场的麦克斯韦基础 本章从稳恒电流的连续性方程出发，确立了安培定律（修正前）的地位。我们详细阐述了毕奥-萨伐尔定律在复杂电流分布下的应用，并通过安培环路定理的严格推导，展示了其在对称性简化情况下的强大威力。核心内容聚焦于磁矢量位 $mathbf{A}$ 的引入，解释了 $mathbf{A}$ 作为磁场基本势函数的必要性，并探讨了磁标度规范（Coulomb Gauge）的选择及其对计算的简化作用。本章通过大量的实例，包括亥姆霍兹线圈、螺线管内部场强，深化了读者对磁场源的理解。 第三章：时变场与麦克斯韦完备方程组的构建 本章是全书的转折点，重点在于对法拉第电磁感应定律和安培-麦克斯韦定律的精细分析。我们详细阐述了麦克斯韦位移电流的概念，这是连接电场变化与磁场产生的关键桥梁，也是从静/稳场理论跃升至动态电磁场的决定性步骤。全章贯穿对麦克斯韦方程组（在自由空间、各向同性介质中）的完整阐述，强调了其守恒律（电荷守恒、能量守恒）的内在体现。本章通过严格的数学推导，展示了如何从这四个偏微分方程中分离出电磁波方程，为后续的波传播理论奠定坚实基础。 第二部分：电磁波的传播、辐射与散射 (Wave Propagation, Radiation, and Scattering) 这一部分将理论框架应用于动态系统，深入探索电磁波如何在不同介质中传输，以及如何从振荡源产生电磁辐射。 第四章：平面电磁波的传播特性 本章聚焦于均匀、无损、各向同性介质中的平面波分析。我们详细推导了本构关系在介质中的表现，并基于麦克斯韦方程组导出了相速、群速和传播常数的完整表达式。重点讨论了波阻抗的概念，并深入分析了电磁波在不同理想介质（如导体、电介质）界面上的反射与透射现象，详尽讲解了斯涅尔定律的电磁场起源。为应对实际环境，本章对低损耗和高损耗介质中的波衰减特性进行了细致的区分和量化分析。 第五章：导引波理论与传输线模型 本章将电磁波理论与传输线工程实践相结合。首先，我们从麦克斯韦方程组出发，严格推导了导波管（矩形和圆柱形）中横电（TE）、横磁（TM）和横电磁（TEM）模式的特征方程和截止频率。讨论了导波管中能量的传输方式和色散关系。随后，我们将分析扩展到传输线，推导了特勒根波（TEM）的电压和电流关系，并深入探讨了史密斯圆图的使用技巧，包括阻抗匹配、反射系数和驻波比（VSWR）的计算与优化。 第六章：电磁辐射与天线理论基础 本章探讨了加速电荷产生的辐射现象。我们从推迟位（Retarded Potentials）出发，导出了偶极子天线（如半波振子）的远场辐射强度、输入阻抗和辐射方向图的精确表达式。章节着重分析了赫兹偶极子在不同距离场的分解（近场、远场），以及全波长振子的辐射特性与效率。此外，还引入了有效面积和增益等关键天线性能参数的物理定义与计算方法。 第七章：散射理论与数值方法导论 本章面向高级应用，介绍了如何处理电磁波与复杂物体的相互作用。我们重点阐述了瑞利散射和米氏散射的理论基础，特别是散射截面和后向散射截面的物理意义。在数值方法方面，本章提供了对矩量法（MoM）和时域有限差分法（FDTD）的原理性介绍，阐明了它们如何将偏微分方程转化为可解的代数方程组，并讨论了这些方法在雷达散射截面（RCS）评估中的应用局限与优势。 第三部分：先进主题与应用拓展 (Advanced Topics and Applications) 本部分涵盖了电磁场理论在现代物理和工程学中的延伸和交叉领域，要求读者具备扎实的数学基础和较强的物理洞察力。 第八章：相对论电磁学与洛伦兹协变性 本章将电磁学提升到四维时空框架下进行审视。我们详细介绍了电磁场张量 $F^{mu u}$ 的构造，并展示了麦克斯韦方程组在洛伦兹变换下的协变形式。通过分析四维电流密度，本章直观地揭示了电场和磁场如何在一个惯性系中相互转化，从而统一了静电学与磁学的本质。 第九章：介质中的复杂本构关系与色散 本章超越了简单的线性、各向同性介质假设。我们深入探讨了各向异性介质（如晶体）的介电常数和磁导率张量，并分析了法拉第旋转等现象。对于频率依赖的特性，本章详细讨论了等离子体的电磁响应模型，推导了其色散关系，并探讨了电磁波在等离子体中传播的截止频率现象。 第十章：互易性、能量与功率流的严格论证 本章专注于电磁场理论中的基本定理。通过洛伦兹互易性定理的严格推导，阐明了系统响应与其激励源之间的对称性。随后，我们深入分析了坡印廷矢量 $mathbf{S}$ 的物理意义——能量流密度，并利用散度定理推导出坡印廷定理，从而构建了一个关于电磁场中能量守恒的完整闭环论证。 附录 A：矢量微积分与坐标变换 附录 B：复数表示法在交流分析中的应用 附录 C：傅里叶变换在时域与频域分析中的桥梁作用 --- 本书特色： 数学严谨性： 强调从基本公设到最终结论的每一步数学推导的完整性，不回避复杂的数学工具。 物理直觉培养： 穿插了大量的“为什么”（Why）和“如何”（How）的讨论，帮助读者建立电磁场概念的直觉模型。 工程相关性： 实例的选择兼顾了理论的纯粹性和现代工程（如微波技术、电磁兼容EMC）中的实际问题。 深度与广度并重： 既巩固了麦克斯韦方程组的经典应用，又拓展到相对论和复杂介质的现代研究前沿。

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读完《Engineering Electromagnetism》，我最大的感受是这本书成功地架起了理论与实践之间的桥梁。我之前接触过一些电磁学教材，但大多停留在理论层面，让人感觉像是在学习一套纯粹的数学游戏。而这本书则完全不同，它从工程应用的视角出发，将抽象的电磁场理论与工程师们在实际工作中会遇到的问题紧密结合。例如，在讨论传输线理论时，作者不仅仅讲解了史密斯圆图的绘制和使用方法，还详细分析了阻抗匹配在射频电路设计中的重要性，并通过几个具体的案例，展示了如何利用这些理论来优化信号传输的效率和减少能量损耗。书中的例题设计也非常巧妙，它们往往来自于实际工程项目，要求读者运用所学知识来解决具体的技术难题，这极大地激发了我的学习兴趣和解决问题的能力。我特别喜欢关于电磁兼容性（EMC）的章节，在现代电子产品设计中，EMC问题越来越受到重视，而这本书则为我们提供了一个系统性的分析框架和实用的设计指南。它让我明白，设计一个高性能的电子设备，不仅要关注其功能实现，更要考虑它在复杂电磁环境中如何正常工作，以及如何避免对其他设备产生干扰。

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《Engineering Electromagnetism》的价值，在于它能够将看似遥远的理论与我们触手可及的科技应用完美连接。这本书并非一本死板的教科书，而更像是一本引人入胜的科普读物，只不过它所探讨的科学原理更加深入和专业。我对书中关于电磁场与物质相互作用的章节尤其感兴趣，它解释了为何光线会折射，为何磁铁能够吸引铁块，以及为何微波炉能够加热食物。这些生活中再寻常不过的现象，在这本书的阐释下，都变得充满科学的魅力。它让我意识到，我们周围的许多科技奇迹，都根植于这些看似枯燥的物理定律。书中对天线理论的讲解，也让我对我们日常使用的手机、Wi-Fi设备有了全新的认识，了解了它们是如何通过电磁波进行信息传输的。我尤其欣赏作者在书中穿插的一些历史故事和科学家的贡献，这使得学习过程更加生动有趣，也让我对电磁学的发展历程有了更直观的感受。这本书的语言风格也十分易懂，避免了过多晦涩难懂的术语，使得即便是没有深厚物理背景的读者，也能从中受益匪浅。

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这本《Engineering Electromagnetism》给我留下了极其深刻的印象，尽管我并不是这个领域的专家，但书中清晰的逻辑和循序渐进的讲解，让我这个初学者也能逐渐领会到那些曾经让我望而生畏的理论。书中的插图设计堪称艺术品，每一幅图都恰到好处地解释了复杂的概念，比如当描述电场线和磁场线时，作者并没有简单地给出公式，而是通过生动的图形化展示，让这些抽象的概念变得触手可及。我尤其欣赏的是，作者在讲解每一个公式时，都会花大力气去阐述其物理意义以及在实际工程中可能出现的应用场景。这使得学习过程不再是枯燥的符号推导，而是充满了探索和发现的乐趣。它让我意识到，电磁学并非遥不可及的理论，而是渗透到我们生活中的方方面面，从手机通信到医疗影像，再到我们日常使用的各种电器，都离不开电磁学的原理。书中对不同材料的介电常数和磁导率的详细介绍，以及它们如何影响电磁波的传播，也让我对无线通信和天线设计有了更直观的认识。尽管有些章节涉及到的数学工具比较高级，但作者总是会给出一个简化的解释，让我能够抓住核心思想，不至于在细节中迷失。

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不得不说，《Engineering Electromagnetism》是一本极具启发性的著作。它不仅仅是关于电磁学知识的罗列，更是一种思维方式的引导。在阅读过程中，我常常被作者的深刻洞察力所折服。他能够从宏观到微观，从基本原理到实际应用，将庞杂的电磁学知识梳理得井井有条，并从中提炼出最核心的规律和思想。书中对电磁波传播特性的分析，尤其是对不同介质中波的反射、折射和衍射现象的详尽阐述，让我对无线通信和雷达技术有了更深刻的理解。我还对书中关于电磁散射和吸收的部分印象深刻，它解释了为何某些材料能够有效屏蔽电磁波，以及如何利用这一原理来设计隐身技术或电磁兼容滤波器。这种将理论与前沿科技相结合的编写方式，让这本书充满了活力和前瞻性。它鼓励读者不仅要理解“是什么”，更要思考“为什么”以及“如何应用”，从而培养出解决复杂工程问题的能力。这本书的参考文献也十分丰富，为我进一步深入研究相关领域提供了宝贵的资源。

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《Engineering Electromagnetism》这本书在内容组织和知识体系构建方面做得非常出色。它就像一位经验丰富的导师，能够准确地把握读者在学习过程中的难点和疑惑，并提供及时有效的引导。我发现，作者在介绍新的概念时，总是会先回顾相关的基础知识，确保读者已经掌握了必要的背景信息，然后才逐步深入。这种“循序渐进，由浅入深”的教学方式，使得即便是我这样对电磁学基础相对薄弱的读者，也能感到轻松和自信。书中的逻辑结构清晰严谨，章节之间的过渡自然流畅，读起来一点也不会感到生硬或突兀。我尤其欣赏的是，作者在讲解到一些复杂的数学推导时，总会适当地穿插一些物理上的直观解释，帮助读者理解公式背后蕴含的物理规律，而不是仅仅停留在符号运算层面。例如，在推导麦克斯韦方程组时，作者并没有直接给出最终形式，而是通过对法拉第电磁感应定律和安培环路定律的分析，引导读者一步步理解电场和磁场的相互激发与演变，最终得到完整的方程组。这种深入浅出的讲解方式，极大地提升了学习效率和知识的内化程度。

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