具体描述
A textbook for a two-semester graduate level course in physics and electrical engineering. Problem solving and direct approaches are given, along with practical applications and over 200 problems. Approaches to choosing suitable diagrams, coordinating systems and to symmetry requirements are discussed. Mathematical reviews are also given, with emphasis on intuition and fundamentals.
物理世界中的交织力量：从静电到光，一场贯穿时空的探索 本书并非仅仅是一本关于“经典电动力学”的著作，而是一场深入探究我们物质世界最 fundamental（基本）的两种力量——电与磁——如何相互作用、如何塑造宇宙运行方式的宏伟旅程。它将带领读者穿越从微观粒子静止时的电荷吸引与排斥，到宏观尺度下电磁波以光速传播的壮丽景象。这不是一个枯燥的公式堆砌，而是一幅精心绘制的图景，描绘了电磁学如何从最初的零散观察，发展成为一个统一、优雅且威力巨大的理论框架，深刻地影响着我们对宇宙的理解，从原子核的结构到遥远星系的能量辐射，无处不在。 我们将从最基础的概念入手，深入剖析静电学的奥秘。读者将理解电荷的本质，为何存在正负之分，以及它们如何产生电场——一种看不见摸不着却无处不在的影响力。我们不会止步于简单的库仑定律，而是将进一步探索电势的意义，它如何量化电场中粒子所能获得的能量，以及高斯定律如何以一种简洁而强大的方式，揭示电场与电荷分布之间的深刻联系。想象一下，一个看似简单的电荷，它所激发的电场能够瞬间作用于遥远之处，这种“超距作用”在当时是多么令人惊叹，而现代物理学正是从对这些现象的细致分析中，一步步揭开了物质世界的面纱。我们将研究各种电荷分布，无论是点电荷、线电荷、面电荷还是体电荷，它们各自产生的电场形态，以及如何利用积分和微积分的工具，精确地计算这些电场的分布和效应。同时，我们也会深入探讨导体和绝缘体的性质，理解它们在电场中的不同表现，以及如何利用这些性质制造出各式各样的电子器件。 随之，我们进入静磁学的世界。磁铁为何会相互吸引或排斥？电流为何会产生磁场？本书将详细阐述毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律，揭示电流与磁场之间密不可分的联系。读者将理解磁场是一种怎样的矢量场，它如何作用于移动的电荷，产生洛伦兹力，从而驱动我们生活中的许多设备，例如电动机。我们将研究不同形状的电流环和导线所产生的磁场，以及磁场能量的存储与分布。本书还会探讨磁性材料的性质，从顺磁性到铁磁性，深入理解它们为何会表现出如此强烈的磁性，以及这些磁性在现代技术中的应用，比如硬盘驱动器和各种磁共振成像设备。 然而，电与磁并非孤立存在。真正的革命性突破在于认识到它们的统一性，以及它们之间的相互转化。电磁感应是其中最引人注目的现象之一。法拉第的发现，即变化的磁场能够产生感应电动势，开启了发电机和变压器时代，彻底改变了人类社会的能源格局。我们将深入理解电磁感应定律的数学形式，以及它在描述发电机、变压器等核心电力设备工作原理中的核心作用。反过来，变化的电场也能产生磁场，麦克斯韦方程组正是这一洞察的集大成者。它以四条优美的方程，将所有的电磁现象统一在一个简洁而普适的框架之下。本书将对麦克斯韦方程组进行详尽的阐释，从其物理意义到数学推导，帮助读者理解电场、磁场、电荷密度和电流密度之间的动态平衡。 麦克斯韦方程组最令人震撼的预言之一，便是电磁波的存在。它们是电场和磁场相互激发、在空间中以光速传播的涟漪。本书将带领读者理解电磁波的产生机制、传播特性，以及它们在光谱中的多样性，从低频的无线电波到高频的伽马射线，它们都源自相同的基本原理，却又展现出截然不同的应用。我们将探讨电磁波的能量和动量，以及它们如何与物质发生相互作用，例如吸收、反射和散射。对电磁波的理解，不仅解释了我们所看见的光，也揭示了宇宙中信息的传递方式，例如来自遥远恒星的光线，都携带着关于宇宙演化的宝贵信息。 本书还将深入探讨电动力学的更高级主题。例如，电磁势的概念，它如何提供一种更便捷的方式来描述电场和磁场，以及它在相对论电动力学中的重要地位。我们将研究辐射理论，理解加速的电荷如何产生电磁辐射，以及这种辐射的强度和方向如何与其运动状态有关。这将帮助读者理解从天体发出的射电脉冲，到粒子加速器中产生的X射线，这些不同尺度的辐射现象背后的统一物理原理。 此外，本书还会触及相对论对电动力学的深刻影响。爱因斯坦的狭义相对论表明，电和磁并非独立的概念，而是同一电磁场的不同侧面，它们在不同惯性参考系下会发生转化。本书将介绍相对论电动力学的基本框架，以及它如何统一了电场和磁场，并为理解高速运动的带电粒子提供了精确的描述。我们将看到，在接近光速的情况下，传统的经典电动力学描述将不再适用，而相对论电动力学则能精确地描绘这些现象。 本书的编写风格旨在引导读者循序渐进，从直观的物理图像出发，逐步深入到严谨的数学推导。我们将尽可能地使用清晰的语言和生动的比喻，帮助读者理解那些抽象的概念。同时，本书也强调数学工具的重要性，因为正是通过数学，我们才能精确地描述和预测电磁现象。我们将引导读者掌握描述电磁场的矢量微积分、微分方程等关键数学工具，并展示它们如何在实际问题中得到应用。 总而言之，本书将引领你踏上一段激动人心的科学探索之旅，揭示我们赖以生存的物质世界中最深刻、最基础的相互作用之一——电磁力。你将不仅仅是学习一套理论，更是获得一种全新的视角，去理解从你指尖划过屏幕的光，到驱动我们现代文明的电网，乃至宇宙中那些遥远而神秘的能量释放，它们背后都蕴藏着同样深刻的物理规律。这是一次关于力量、运动与统一的探险，一次对宇宙基本语言的深入学习。
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