电磁场/叶齐政等
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天津西青
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作者叶齐政 陈德智 编
出版社机械工业出版社
ISBN9787111623410
出版时间2019-07
装帧平装
开本16开
定价56元
货号1201910102
上书时间2024-10-12
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目录
序前言章 绪论 11.1 概述 11.2 电磁场理论的模型、方法和体系 1 1.2.1 基本模型 1 1.2.2 静态场的理论体系 3 1.2.3 时变电磁场的理论体系 10 1.2.4 理论的学习 12第2章 矢量分析与场论基础 142.1 标量场和矢量场 142.2 三种正交坐标系 15 2.2.1 直角坐标系 15 2.2.2 柱坐标系 16 2.2.3 球坐标系 17 2.2.4 位置矢量和距离矢量 182.3 矢量的代数运算 192.4 标量场的梯度 20 2.4.1 标量场的等值面 20 2.4.2 标量场的梯度 202.5 矢量场的散度 23 2.5.1 矢量场的场图 23 2.5.2 矢量场的通量与散度 24 2.5.3 散度定理 27 2.5.4 拉普拉斯算子及格林公式 282.6 矢量场的旋度 29 2.6.1 矢量场的环量与旋度 29 2.6.2 斯托克斯定理 332.7 亥姆霍兹定理与狄拉克函数 34 2.7.1 亥姆霍兹定理与意义 34 2.7.2 狄拉克函数 352.8 双向标量 36 2.8.1 电流强度和电流体密度 36 2.8.2 双向标量的定义和表示 37习题 38第3章 静电场 393.1 自由空间中的静电场 39 3.1.1 库仑定律与叠加原理 39 3.1.2 电荷的分布形式 40 3.1.3 电场强度 43 3.1.4 自由空间中的静电场基本方程 453.2 电位及其方程 49 3.2.1 电位的引入 49 3.2.2 电位的方程 52 3.2.3 电场的图形显示 553.3 物质中的静电场 58 3.3.1 “自由空间”的物理图像 58 3.3.2 静电场中的导体 59 3.3.3 静电场中的电介质 59 3.3.4 物质中的静电场基本方程 62 3.3.5 媒质分界面条件 65 3.3.6 基本方程中电荷形式的再讨论 713.4 静电场边值问题 72 3.4.1 边值问题 72 3.4.2 解的唯一性定理 77 3.4.3 镜像法 803.5 电容 94 3.5.1 两导体之间的电容 95 3.5.2 多导体之间的部分电容 963.6 电场能量与电场力 100 3.6.1 电场能量 100 3.6.2 能量密度 101 3.6.3 电场力 102 3.6.4 虚位移法 103习题 106第4章 恒定电场 1114.1 恒定电场的电流和电源 111 4.1.1 电流及电流密度 111 4.1.2 电流密度与电场强度的关系(欧姆定律的微分形式) 112 4.1.3 传导电流的热效应(焦耳定律的微分形式) 113 4.1.4 电源与电动势 1144.2 恒定电场的基本方程 116 4.2.1 电流连续性方程 116 4.2.2 恒定电场的基本方程 116 4.2.3 媒质分界面上的连续性条件 1174.3 静电比拟 1204.4 电导与电阻 121 4.4.1 电导与漏电导 121 4.4.2 部分电导 124 4.4.3 接地电阻 124 4.4.4 跨步电压 127习题 127第5章 恒定磁场 1305.1 恒定磁场的基本方程 130 5.1.1 安培力定律和毕奥—沙伐定律 130 5.1.2 磁通连续性原理和安培环路定理 133 5.1.3 媒质的磁化 135 5.1.4 媒质中的安培环路定理 139 5.1.5 媒质分界面条件 1415.2 矢量磁位 142 5.2.1 矢量磁位的引入 142 5.2.2 矢量磁位用于平行平面场 144 5.2.3 矢量磁位用于轴对称磁场 146 5.2.4 矢量磁位的边值问题 1495.3 标量磁位 1525.4 镜像法 1575.5 电感 159 5.5.1 自感与互感 159 5.5.2 磁链 162 5.5.3 内自感与外自感 1635.6 磁场能量和磁场力 164 5.6.1 磁场能量 164 5.6.2 磁场力 168习题 170第6章 静态场的边值问题 1756.1 静态电磁场的数学模型 175 6.1.1 边值问题 175 6.1.2 静电场与恒定电场的场域边界条件 177 6.1.3 恒定磁场的场域边界条件 1816.2 求解边值问题的方法 1846.3 分离变量法 186 6.3.1 直角坐标系中的分离变量法 186 6.3.2 柱坐标系中的分离变量法 1916.4 有限差分法 197习题 203第7章 时变电磁场基本方程 2057.1 麦克斯韦方程组 205 7.1.1 电磁感应定律和全电流定律 205 7.1.2 时变电磁场方程组 212 7.1.3 时谐电磁场中的复数表示 2167.2 分界面上的边界条件 219 7.2.1 边界条件的一般形式 219 7.2.2 理想导体的边界条件 2207.3 无源空间的电磁场方程 221 7.3.1 波动方程组 221 7.3.2 波动方程组的复数表示 2227.4 位函数表示的电磁场方程 223 7.4.1 动态位 223 7.4.2 动态位方程组及推迟项的意义 226 7.4.3 动态位方程组的复数表示 2297.5 电磁场能量守恒定律 230 7.5.1 坡印廷定律 231 7.5.2 坡印廷定律的复数形式 2357.6 定解条件与唯一性定理 238习题 239第8章 低频电磁场——准静态场 2418.1 准静态场方程 241 8.1.1 电准静态场方程 242 8.1.2 磁准静态场方程 2438.2 低频电磁场的近似 245 8.2.1 准静态近似 245 8.2.2 高阶近似 250 8.2.3 准静态场的数学含义 2538.3 集总参数电路近似 255 8.3.1 器件近似——元件的端口特性 255 8.3.2 基本规律近似——基尔霍夫定律 256 8.3.3 忆阻器——第四个电路器件 2588.4 趋肤效应和交流阻抗 259 8.4.1 趋肤效应 259 8.4.2 交流阻抗 2628.5 三相输电线的似静场 265 8.5.1 三相输电线的等效电荷 265 8.5.2 三相输电线的电场 266 8.5.3 三相输电线的磁场 268习题 268第9章 高频电磁场——电磁波 2719.1 波与媒质电磁特性 271 9.1.1 波与频率 271 9.1.2 媒质电磁特性 2729.2 电磁波的定向传播 276 9.2.1 定向传播的波动方程 276 9.2.2 波形因子的纵向解法 2799.3 无界空间中的均匀平面电磁波 282 9.3.1 均匀平面电磁波 282 9.3.2 均匀平面电磁波的正入射 288 9.3.3 等离子体中的均匀平面电磁波 2909.4 定向波的特性 292 9.4.1 波形 292 9.4.2 波速 296 9.4.3 传播特性 2999.5 波导与传输线 304 9.5.1 矩形波导 305 9.5.2 平板波导 310 9.5.3 同轴传输线 314 9.5.4 传输线理论基础 3159.6 辐射 321 9.6.1 电偶极子产生的时变电磁场 322 9.6.2 磁偶极子产生的时变电磁场 324 9.6.3 近场和远场 324 9.6.4 LC电路与偶极振子 3289.7 电磁辐射干扰与电磁屏蔽 329 9.7.1 电磁干扰 329 9.7.2 辐射耦合 330 9.7.3 电磁屏蔽 331习题 333附录 335附录A 主要矢量运算式及微分算子运算式 335附录B 电磁学的量和单位 337附录C 习题答案 339参考文献 348
内容摘要
本书根据电磁场理论的特点、工程电磁场的需求和学科发展的趋势，针对电气工程专业学生学习的需要编辑而成。在保持一定系统性、逻辑性的前提下，章节内容的安排更多地体现了教科书的特点。为了培养学生抽象思维能力，全书强调逻辑分析的训练，同时也提供大量场分布图形成形象感觉；为了培养学生实际电磁分析能力，全书注重电磁场模型与方法，将工程应用融入理论讲解中。全书共分九章：分别是绪论、矢量分析与场论基础、静电场、恒定电场、恒定磁场、静态场的边值问题、时变电磁场基本方程、低频电磁场——准静态场，高频电磁场——电磁波。每章后附有习题，书后有部分习题答案。
精彩内容
序 工程教育在我国高等教育中占有重要地位，高素质工程科技人才是支撑产业转型升级、实施国家重大发展战略的重要保障。当前，世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行，以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展，迫切需要培养、造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才。目前，我国高等工程教育规模世界。我国工科本科在校生约占我国本科在校生总数的1/3，近年来我国每年工科本科毕业生约占世界总数的1/3以上。如何保证和提高高等工程教育质量，如何适应国家战略需求和企业需要，一直受到教育界、工程界和社会各方面的关注。多年以来，我国一直致力于提高高等教育的质量，组织并实施了多项重大工程，包括卓越工程师教育培养计划(以下简称卓越计划)、工程教育专业认证和新工科建设等。 卓越计划的主要任务是探索建立高校与行业企业联合培养人才的新机制，创新工程教育人才培养模式，建设高水平工程教育教师队伍，扩大工程教育的对外开放。计划实施以来，各相关部门建立了协同育人机制。卓越计划要求试点专业要大力改革课程体系和教学形式，依据卓越计划培养标准，遵循工程的集成与创新特征，以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心，重构课程体系和教学内容；加强跨专业、跨学科的复合型人才培养；着力推动基于问题的学习、基于项目的学习、基于案例的学习等多种研究性学习方法，加强学生创新能力训练，“真刀真枪”做毕业设计。卓越计划实施以来，培养了一批获得行业认可、具备很好的国际视野和创新能力、适应经济社会发展需要的各类型高质量人才，教育培养模式改革创新取得突破，教师队伍建设初见成效，为卓越计划的后续实施和最终目标的达成奠定了坚实基础。各高校以卓越计划为突破口，逐渐形成各具特色的人才培养模式。 2016年6月2日，我国正式成为工程教育“华盛顿协议”8个成员国，标志着我国工程教育真正融入世界工程教育，人才培养质量开始与其他成员国达到了实质等效，同时，也为以后我国参加国际工程师认证奠定了基础，为我国工程师走向世界创造了条件。专业认证把以学生为中心、以产出为导向和持续改进作为三大基本理念，与传统的内容驱动、重视投入的教育形成了鲜明对比，是一种教育范式的革新。通过专业认证，把先进的教育理念引入了我国工程教育，有力地推动了我国工程教育专业教学改革，逐步引导我国高等工程教育实现从课程导向向产出导向转变、从以教师为中心向以学生为中心转变、从质量监控向持续改进转变。 在实施卓越计划和开展工程教育专业认证过程中，许多高校的电气工程及其自动化、自动化专业结合自身的办学特色，引入先进的教育理念，在专业建设、人才培养模式、教学内容、教学方法、课程建设等方面积极开展教学改革，取得了较好的效果，建设了一大批优质课程。为了将这些优秀的教学改革经验和教学内容推广给广大高校，中国工程教育专业认证协会电子信息与电气工程类专业认证分委员会、教育部高等学校电气类专业教学指导委员会、教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会、中国机械工业教育协会自动化学科教学委员会、中国机械工业教育协会电气工程及其自动化学科教学委员会联合组织规划了“卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材(电气工程及其自动化、自动化专业)”。本套教材通过国家新闻出版广电总局的评审，入选了“十三五”国家重点图书。本套教材密切联系行业和市场需求，以学生工程能力培养为主线，以教育培养优秀工程师为目标，突出对学生工程理念、工程思维和工程能力的培养。本套教材在广泛吸纳相关学校在“卓越工程师教育培养计划”实施和工程教育专业认证过程中的经验和成果的基础上，针对目前同类教材存在的内容滞后、与工程脱节等问题，紧密结合工程应用和行业企业需求，突出实际工程案例，强化对学生工程能力的教育培养，积极进行教材内容、结构、体系和展现形式的改革。 经过全体教材编审委员会委员和编者的努力，本套教材陆续跟读者见面了。由于时间紧迫，各校相关专业教学改革推进的程度不同，本套教材还存在许多问题。希望各位老师对本套教材多提宝贵意见，以使教材内容不断完善提高。也希望通过本套教材在高校的推广使用，促进我国高等工程教育教学质量的提高，为实现高等教育的内涵式发展贡献一份力量。 卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材 (电气工程及其自动化、自动化专业) 编审委员会 前 言 本书作者结合多年的教学实践，在华中科技大学已有的几本《电磁场》教材基础上，重新编写而成。 本书的教学内容全部讲授约需52学时(不算实验4学时)，若做适当删减，也可满足48学时的要求。特别指出的是，章的教学可以以自学为主，放在静态场、时变场讲完后断续进行，不占用课时，希望学生在反复思考中有所总结和体会，以期在新的高度上认识和掌握电磁场理论。第2章数学方面的内容，既可以一开始讲授，如果课时紧张，也可以穿插在其他章节中进行，不影响教学体系的完整，实际上我们也有老师这样尝试多年，也比较符合学生的学习心理。另外，本书并不仅针对“强电”专业，对“弱电”专业也同样适用。 本书由叶齐政、陈德智编写。、2、7、8和9章由叶齐政编写，第3、4、5和6章由陈德智编写。 在编写过程中，华中科技大学电气与电子工程学院全体教师历年积累的教学经验和教学方法，对本书的编写起了很大的作用，本书也反映了长期以来他们对课程建设所付出的劳动和心血。教学相长，在多年来的教学实践中，一批批认真的学生也使我们不断反思教学的次序、提法和讲法。他们的“反应”，是我们不断改进的起点和动力。 因学识和经验有限，书中难免有错误和不妥之处，恳请同行和读者指正。 编 者
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