Transient Electric Phenomena and Oscillations pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Steinmetz, Charles Proteus

出品人:

页数:728

译者:

出版时间:

价格:115

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isbn号码:9781929148288

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• 电力系统瞬态
• 电力系统振荡
• 电能质量
• 电力电子
• 高电压工程
• 电磁兼容
• 电力系统分析
• 电路分析
• 数学建模
• 仿真技术

《电磁学基础理论与应用》 内容简介 本书旨在系统、深入地探讨经典电磁学领域的核心原理、数学框架及其在现代工程与科学中的广泛应用。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在理论深度与工程实践之间取得完美平衡，适合作为高等院校物理学、电子工程、通信工程、材料科学等相关专业本科高年级学生及研究生的教材或参考书，同时也为致力于电磁场与波理论研究的专业人士提供一份详尽的参考指南。 本书的叙述严格遵循麦克斯韦方程组这一核心理论基础，从静电场和静磁场的概念出发，逐步过渡到时变电磁场、电磁波的传播与辐射，最终涵盖复杂介质中的电磁现象和数值计算方法。 第一部分：基础理论的构建与回顾 第一章：矢量分析与坐标系 本章是后续所有物理定律严格数学表述的基石。首先复习了必要的矢量代数和微积分，重点阐述了梯度（Gradient）、散度（Divergence）和旋度（Curl）在物理场描述中的物理意义。随后，详细讨论了笛卡尔坐标系、柱坐标系和球坐标系下的微分算子形式，为处理不同几何结构下的电磁问题奠定数学基础。特别是，对散度定理（高斯定理的积分形式）和斯托克斯定理（法拉第定律和安培环路定律的微分形式的桥梁）进行了深入的几何与物理诠释。 第二章：静电场理论 本章聚焦于不随时间变化的电荷分布所产生的电场。从库仑定律出发，系统推导了静电场的基本性质。核心内容包括电场的定义、电势的概念及其与电场的联系。重点章节深入探讨了高斯定律在求解对称性问题中的应用，并引入了电位移矢量（D）。随后，详细分析了导体在静电场中的行为，包括平衡态条件、表面电荷密度分布以及静电屏蔽现象。电容器的原理、电容的计算，以及静电场的能量密度和总能量的推导，构成了本章的后半部分。泊松方程和拉普拉斯方程的求解被作为处理边界条件问题的核心工具进行了详尽的介绍，并配以多种实例说明其在求解电势分布中的有效性。 第三章：静磁场理论 与静电场对应，本章研究稳恒电流所产生的磁场。从毕奥-萨伐尔定律（Biot-Savart Law）出发，阐述了磁感应强度（B）的定义和性质。安培环路定律作为求解高对称性问题的关键，被详细阐述，并引入了磁场强度（H）和磁本构关系。本章着重分析了不同电流形态（如无限长导线、有限长导线、螺线管、圆线圈）产生的磁场分布。物质的磁学性质，包括抗磁性、顺磁性和铁磁性，通过磁化强度（M）的概念得以系统区分和解析。最后，讨论了静磁场的能量存储，以及磁通量、电感（自感与互感）的计算方法。 第二部分：时变场与电磁波 第四章：电磁感应与法拉第定律 本章是连接静场与动场的关键。基于法拉第电磁感应定律，解释了磁通量变化如何产生感应电动势。本章细致区分了两种感应效应：动生电动势（导体切割磁感线）和时变电动势（磁场变化）。重点讨论了涡流现象及其在电磁制动、感应加热中的应用与抑制方法。楞次定律作为能量守恒在电磁感应现象中的体现，被强调其重要性。 第五章：麦克斯韦方程组的完整形式 本章是全书理论体系的巅峰。通过对安培环路定律中“传导电流”概念的修正，引入了麦克斯韦的“位移电流”概念，从而完成了麦克斯韦方程组在微分和积分形式上的统一。本章详尽分析了四个基本方程（高斯定律、高斯磁定律、法拉第定律、修正的安培定律）的物理内涵，强调了它们在描述所有宏观电磁现象中的普适性。随后，推导了电荷守恒定律（连续性方程）作为这四个方程的必然结果。 第六章：无源均匀介质中的电磁波传播 在无源、均匀、线性、各向同性介质中，麦克斯韦方程组简化为齐次波动方程。本章由此出发，推导了电磁波的存在性及其基本特性，包括波速、波长、频率之间的关系。重点分析了平面电磁波在理想导体、良导体和电介质中的传播特性，包括衰减常数、相位常数、趋肤深度等关键参数。本章还引入了坡印廷矢量（Poynting Vector），用以描述电磁能的流动方向和密度，并由此导出电磁场的能量守恒定律。 第七章：电磁波的反射与折射 当电磁波从一种介质传播到另一种介质的界面时，需要应用边界条件。本章详细推导了电磁场分量在理想电导体界面、理想介质界面上的反射和透射定律。斯涅尔定律（折射定律）和菲涅耳公式（反射和透射系数）是本章的核心。通过对垂直极化波和水平极化波的分别讨论，深入分析了全反射、布儒斯特角等重要现象及其在光纤通信和光学器件中的基础意义。 第三部分：电磁场的应用与计算 第八章：导线中的电磁场与传输线 本章将理论应用于工程实践，重点分析了传输线中的电磁现象。讨论了集肤效应（Skin Effect）对高频电流分布的影响。详细分析了基本的传输线模型，包括相速、特性阻抗和传输线上的电压、电流分布。本章核心内容是史密斯圆图（Smith Chart）的应用，用于解决阻抗匹配、反射系数计算和负载匹配网络设计等实际问题。此外，还简要讨论了波导管（Waveguides）的基本模式和截止频率。 第九章：电磁场的数值计算方法（FDTD简介） 为应对复杂几何结构和非均匀介质中电磁场求解的挑战，本章引入了现代数值分析技术。重点介绍了有限差分时域法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）的基本思想，即如何将麦克斯韦方程组转化为离散化的代数方程组，并在时间与空间上进行迭代求解。本章提供了一个简化的算法框架，展示了如何模拟天线辐射、散射问题或复杂结构中的电磁场分布，为读者理解现代电磁仿真软件的工作原理奠定概念基础。 第十章：辐射场与天线基础 本章探讨了加速电荷如何产生电磁波（辐射）。从小的振荡电偶极子（如赫兹偶极子）开始，推导出其远场辐射的特性，包括辐射方向图、辐射强度和总辐射功率。进一步将偶极子模型推广至半波长偶极天线，并讨论了更复杂的阵列天线的基本原理。本章强调了天线有效面积、输入阻抗和带宽等关键性能参数的概念。 本书通过严谨的数学推导和丰富的工程案例，旨在培养读者从第一性原理出发分析和解决复杂电磁问题的能力，确保读者对电磁现象的物理本质有深刻的理解。

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总体来说，这本书给我的感觉是“厚重而精悍”。它不追求面面俱到，但所涵盖的每一个知识点，都经过了深度的提炼和锤炼。我特别注意到，作者在引用参考资料时，非常严谨，既包含了那些奠基性的经典文献，也有对近年来一些新兴理论的简要提及，显示出作者深厚的学术底蕴和广阔的视野。这本书的难度系数不低，对于初学者来说，可能需要配合一些更基础的电磁场入门读物作为辅助，但对于已经掌握了麦克斯韦方程组基础知识的读者来说，它提供的是一个提升到更高层次分析思维的绝佳平台。它教会我的，不仅仅是如何计算一个电路的瞬态响应，更重要的是，如何用一种系统化、工程化的视角去预判和控制电磁能量在时间维度上的不确定性。这本书的装帧质量也值得称赞，纸张的质感很好，即便是频繁翻阅，也不会轻易受损，这对于一本经常需要被查阅的工具书而言，是至关重要的细节。

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说实话，我最初是带着极大的怀疑翻开这本厚重的书的，毕竟现在市面上关于电磁现象的书籍多如牛毛，真正能让人眼前一亮的少之又少。然而，这本书的开篇几章就完全颠覆了我的预期。作者对于“瞬态”这个概念的把握极其精准，他没有陷入那种学院派常见的冗长理论的泥潭，而是迅速切入到问题的核心——时间维度上电信号的动态变化。我特别喜欢他处理边界条件的方式，那种细致入微的讨论，仿佛他正拿着一个示波器，一步步地带领我们观察电流和电压在电路元件中‘醒来’和‘沉睡’的每一个瞬间。我记得有一章专门探讨了高频开关电源中的电磁兼容性问题，作者居然能用如此简洁明了的数学工具，剖析出那些令人头疼的尖峰噪声的物理根源，这不仅仅是知识的堆砌，更是一种洞察力的体现。读完这一章，我立刻回去审视了我手头的一个设计，茅塞顿开，很多之前无法解释的偶发现象都找到了合理的解释。这本书的价值，就在于它能够将抽象的物理定律，转化为解决实际工程问题的利器。

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这本书的封面设计实在是很抓人眼球，那种深邃的蓝色背景，配上一些仿佛是电路板纹理的抽象线条，一下子就让人联想到高深莫测的物理世界。我拿到手的时候，光是翻阅目录就感觉自己像个探险家，首页上那些复杂的数学符号和术语，虽然看得我有点头晕，但同时也激发了我内心深处对未知知识的渴望。作者显然是下了大功夫的，从最基础的电磁场理论讲起，循序渐进地过渡到复杂的瞬态过程分析，结构安排得井井有条。尤其让我印象深刻的是其中关于RLC电路在不同激励下的响应分析，那部分内容，作者的处理方式简直可以说是教科书级别的，既保证了理论的严谨性，又通过大量的图表和实例，让原本枯燥的公式变得生动起来，读起来一点也不觉得乏味，反而有一种抽丝剥茧的快感。这本书的排版也非常舒服，字号和行距都恰到好处，即便是长时间阅读也不会产生强烈的视觉疲劳，这对于一本涉及如此高密度知识的书籍来说，绝对是一个巨大的加分项。我敢肯定，任何对电磁学有深厚兴趣的工程师或者学生，都会将它视为案头必备的参考书。

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这本书的语言风格，初读之下可能会让人觉得有些冷峻，它不像某些科普读物那样试图用大量的比喻来拉近距离，而是直截了当地呈现事实和推导过程。但奇怪的是，这种毫不矫饰的叙述方式，反而建立了一种极强的信任感。你可以感觉到，作者是在用一种老派学者的严谨态度，向你传授最核心的知识体系。我个人非常欣赏作者在每节末尾设置的“思考题”部分，它们不是那种简单的套公式练习，而是引导你去深入探究某些特定条件下的系统行为，比如，如果介质的非线性效应被考虑进去，结果会有何不同？这种开放式的提问，极大地激发了我主动去查阅更前沿文献的欲望。对我而言，这不仅仅是一本可以学习的教材，更像是一位循循善诱的导师，他不会直接给你答案，而是指引你走向发现真理的路径。对于那些已经有一定基础，想要寻求突破的进阶学习者来说，这本书无疑是极佳的“助推器”。

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我花了大约两个月的时间，系统地研读了这本书的大部分内容，特别是关于非均匀传输线模型的部分，简直是叹为观止。作者对于场的演化过程描述得淋漓尽致，仿佛能看到能量如何在空间中以波的形式传播、反射和损耗。与其他教材相比，这本书对于瞬态过程中‘非平衡态’的讨论尤为深入，它没有满足于稳态解的优雅，而是直面了实际工程中常见的、最棘手的那些不稳定的瞬间。我尤其欣赏其在处理‘过冲’和‘振铃’现象时所采用的拉普拉斯变换和傅里叶分析的完美结合。作者巧妙地在时域和频域之间架起了沟通的桥梁，使得原本看起来毫无关联的现象，在数学上达到了高度的统一。书中的插图，虽然都是黑白的线条图，但它们对物理图像的刻画却异常清晰有力，每一个波形图的细节都经过了精心的处理，没有任何多余的干扰信息，完全服务于对核心概念的阐释。

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