《电磁场与电磁波》谭阳红主编 | PDF下载|ePub下载

前言
预备知识:矢量分析
1 0.1 正交坐标系 1
0.1.1 直角坐标系 1
0.1.2 柱坐标系 1
0.1.3 球坐标系 2
0.2 标量场和矢量场 2
0.2.1 标量和矢量 2
0.2.2 标量和矢量的表示 2
0.3 矢量运算 3
0.3.1 矢量的加减法 3
0.3.2 矢量与标量的乘积(矢量的数乘) 4
0.3.3 矢量与矢量的乘积 4
0.3.4 场图 5
0.4 方向导数和梯度 6
0.4.1 标量场的方向导数 6
0.4.2 梯度 6
0.5 矢量场的通量和散度 8
0.5.1 面元矢量 8
0.5.2 通量 8
0.5.3 散度 9
0.5.4 散度定理(高斯公式) 10
0.6 矢量的环量与旋度 11
0.6.1 有向线元 11
0.6.2 矢量的环量 11
0.6.3 矢量的旋度 11
0.6.4 斯托克斯定理 12
0.6.5 从环量到旋度 13
0.6.6 散度和旋度的比较 14
0.6.7 哈密顿算子 14
0.6.8 矢径 R 15
0.7 两个重要的恒等式 15
0.8 亥姆霍兹定理 16
0.8.1 亥姆霍兹定理的内容 16
0.8.2 矢量场的四种类型 16
0.9 习题与答案 18
0.9.1 习题 18
0.9.2 答案 18
第 1 章 静电场 20
1.1 自由空间的静电场 20
1.1.1 静电场的源 20
1.1.2 电场强度 22
1.1.3 电位 24
1.1.4 真空中静电场的基本性质 27
1.2 静电场中的导体和电介质 28
1.2.1 静电场中的导体 28
1.2.2 静电场中的电介质 29
1.3 电介质中的高斯定理 31
1.4 静电场的基本方程及分界面的衔接条件 33
1.4.1 静电场的基本方程 33
1.4.2 静电场的分界面的衔接条件 33
1.4.3 特殊的静电场分界面 34
1.5 静电场的边值问题及求解 35
1.5.1 静电场的边值问题 35
1.5.2 静电场边值问题的求解 36
1.5.3 分离变量法 37
1.6 静电场的等效求解方法:镜像法 40
1.6.1 导体平面镜像 40
1.6.2 介质平面镜像 44
1.6.3 导体球面镜像 45
1.6.4 导体柱面镜像 50
1.6.5 工程应用举例 51
1.7 静电场工程应用:电容及部分电容 54
1.7.1 电容 54
1.7.2 部分电容 56
1.8 静电能量与力 58
Ⅵ 1.8.1 静电能量 58
1.8.2 静电力 60
1.9 习题与答案 61
1.9.1 习题 61
1.9.2 答案 63
第 2 章 恒定电场 65
2.1 电流和电流密度 65
2.1.1 电流和电流密度 65
2.1.2 电流密度的工程应用举例:鱼塘死鱼之谜 67
2.2 电流连续性原理 68
2.3 欧姆定律的微分形式 68
2.4 焦耳定律的微分形式 69
2.5 电源和局外场强 70
2.6 恒定电场的基本方程和分界面的衔接条件 71
2.6.1 恒定电场的基本方程 71
2.6.2 分界面的衔接条件 72
2.6.3 特殊分界面的衔接条件 72
2.6.4 恒定电场的边值问题 74
2.7 恒定电场与静电场的比拟 74
2.7.1 静电比拟法 74
2.7.2 静电比拟举例:镜像法 75
2.7.3 电力系统的静电模拟法 76
2.8 绝缘电阻 76
2.9 接地电阻 79
2.9.1 接地电阻 79
2.9.2 跨步电压 81
2.10 习题与答案 82
2.10.1 习题 82
2.10.2 答案 84
第 3 章 恒定磁场 86
3.1 磁感应强度 86
3.1.1 安培力定律 86
3.1.2 毕奥￣ 萨伐尔定律 87
3.1.3 磁感应强度的通量和散度 88
3.2 磁场中的物质 88
Ⅶ 3.2.1 磁偶极子和磁偶极矩 88
3.2.2 物质的磁化 89
3.3 安培环路定理 91
3.3.1 真空中的安培环路定理 91
3.3.2 一般形式的安培环路定理 91
3.4 恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件 94
3.4.1 恒定磁场的基本方程 94
3.4.2 恒定磁场分界面的衔接条件 95
3.4.3 特殊的恒定磁场分界面 96
3.5 恒定磁场中的位函数 96
3.5.1 矢量磁位及其边值问题 96
3.5.2 标量磁位及其边值问题 100
3.6 恒定磁场中的镜像法 101
3.7 恒定磁场的工程应用:电感 103
3.7.1 自感和互感的概念 103
3.7.2 自感和互感的计算 104
3.8 恒定磁场的能量与力 106
3.8.1 恒定磁场的能量 106
3.8.2 磁场力 108
3.8.3 霍尔效应 109
3.9 磁路 112
3.10 习题与答案 114
3.10.1 习题 114
3.10.2 答案 115
第 4 章 时变电磁场 117
4.1 电磁感应定律和感应电场 117
4.1.1 法拉第电磁感应定律 117
4.1.2 电磁感应定律的应用 119
4.1.3 感应电场 120
4.2 全电流定律:安培环路定理的修正 122
4.2.1 安培环路定理修正的依据 123
4.2.2 安培环路定理的修正 123
4.3 麦克斯韦方程 126
4.3.1 麦克斯韦方程 126
4.3.2 麦克斯韦方程组的实践性、对称性和独立性 127
4.3.3 广义的麦克斯韦方程 128
4.4 时变电磁场的边界条件 129
4.4.1 两种媒质分界面的一般边界条件 129
4.4.2 两理想介质(无损耗线性媒质)的分界面 130
4.4.3 理想介质和理想导体的分界面 130
4.5 动态位 131
4.5.1 动态位的引入 131
4.5.2 达朗贝尔方程及其特点 132
4.5.3 达朗贝尔方程解的形式 133
4.5.4 达朗贝尔方程的解 135
4.6 时变电磁场的坡印亭定理 136
4.6.1 时变场的坡印亭定理 136
4.6.2 坡印亭矢量 138
4.6.3 坡印亭矢量的应用实例 139
4.6.4 时变场的唯一性定理 143
4.7 正弦电磁场 143
4.7.1 正弦电磁场的复数表示 144
4.7.2 麦克斯韦方程的复数表示 145
4.7.3 复介电常数和复磁导率 147
4.7.4 坡印亭定理的复数形式 148
4.7.5 达朗贝尔方程的复数形式 150
4.8 电磁辐射 151
4.8.1 天线的形成 151
4.8.2 单元偶极子天线的电磁辐射 152
4.9 习题与答案 155
4.9.1 习题 155
4.9.2 答案 157
第 5 章 准静态电磁场 159
5.1 电准静态场和磁准静态场 159
5.1.1 电准静态场 159
5.1.2 磁准静态场 161
5.1.3 准静态场应用举例 162
5.2 从准静态场推导电路基本定律 163
5.2.1 基尔霍夫电流定律 163
5.2.2 基尔霍夫电压定律 164
5.3 典型 EQS 问题的分析 164
5.4 趋肤效应 167
5.4.1 涡流场方程 167
5.4.2 趋肤效应 167
5.4.3 趋肤效应的应用 169
5.4.4 电磁屏蔽 170
5.5 涡流及涡流损耗 171
5.5.1 涡流 171
5.5.2 涡流的工程应用 174
5.6 邻近效应 174
5.7 导体的交流阻抗 175
5.8 计及温度效应的导线电阻的工程计算 177
5.8.1 导线的直流电阻 177
5.8.2 导线的交流电阻 178
5.9 习题与答案 179
5.9.1 习题 179
5.9.2 答案 181
第 6 章 无界媒质中的均匀平面波 183
6.1 电磁波的波动方程 183
6.2 均匀平面波 184
6.2.1 均匀平面波的概念 184
6.2.2 均匀平面波的方程及解 185
6.2.3 理想介质中均匀平面波的传播特性 187
6.2.4 横波 188
6.3 无限大理想介质中的正弦均匀平面波 188
6.3.1 理想介质中正弦均匀平面波的方程及解 188
6.3.2 理想介质中均匀平面电磁波的参数及传输特点 189
6.3.3 理想介质中正弦均匀平面电磁波的传输特性 191
6.3.4 理想介质中均匀平面波的一般表达式 193
6.4 有损媒质中的正弦均匀平面电磁波 195
6.4.1 有损媒质中正弦均匀平面波的方程与求解 195
6.4.2 有损媒质中正弦均匀平面波的参数和传输特性 196
6.4.3 4G/ 5G 手机能否用于煤矿的井下和井上通信 199
6.4.4 飞机高度表工作原理 199
6.5 良导体和良介质中均匀平面波的传播特性 200
6.5.1 良导体中的均匀平面波 200
6.5.2 良介质中的均匀平面波 201
6.5.3 海水中潜艇之间的通信困难 202
6.5.4 再论趋肤效应 203
6.5.5 表面阻抗 203
6.5.6 高频屏蔽 204
6.5.7 航空电磁探测 205
6.6 电磁波的极化 206
6.6.1 电磁波的极化 207
6.6.2 极化波的旋向判断 209
6.6.3 电磁波极化的工程应用 209
6.7 电磁波的色散、相速和群速 212
6.8 习题与答案 214
6.8.1 习题 214
6.8.2 答案 216
第 7 章 均匀平面波在不同媒质分界面的反射与折射 218
7.1 平面波对平面边界的垂直入射 219
7.1.1 正弦平面电磁波对一般导电媒质的垂直入射 219
7.1.2 平面电磁波对理想导体平面的垂直入射 221
7.1.3 平面波在理想介质分界面的垂直入射 224
7.1.4 超声波探伤 226
7.1.5 易拉罐可否增强 WiFi 信号 227
7.2 平面波在理想介质分界面上的斜入射 228
7.2.1 反射定律和折射定律 228
7.2.2 反射系数与折射系数 230
7.2.3 全反射和全透射 232
7.3 正弦平面波对理想导体表面的斜入射 235
7.4 均匀平面波对良导体表面的斜入射 236
7.5 习题与答案 237
7.5.1 习题 237
7.5.2 答案 239
第 8 章 导行电磁波 241
8.1 导行电磁波的一般分析方法 242
8.1.1 导行电磁波的纵向分量和横向分量方程 242
8.1.2 导波场的横向分量与纵向分量之间的关系式 244
8.2 导行波波型的分类以及导行波的传输特性 245
8.2.1 导行波波型的分类 245
8.2.2 导行波的传输特性 246
Ⅺ 8.3 矩形波导 248
8.3.1 矩形波导中的 TE 波 248
8.3.2 矩形波导中的 TM 波 250
8.3.3 矩形波导的截止波长 251
8.3.4 矩形波导中的 TE10模 253
8.4 圆柱形波导 255
8.4.1 圆波导中的 TE 波 255
8.4.2 圆波导中的 TM 波 257
8.4.3 圆波导的传输特性 258
8.4.4 圆波导的常用模式 259
8.5 同轴波导 261
8.5.1 同轴波导中的 TEM 波 261
8.5.2 同轴波导中的高次模 263
8.6 谐振腔 263
8.6.1 矩形谐振腔 264
8.6.2 微波炉中的谐振腔 266
8.7 习题与答案 267
8.7.1 习题 267
8.7.2 答案 268