电磁场理论基础=Fundamentals of Electromagnetic Field Theory

图书标准信息

• 作者 崔勇 编著
• 出版社 北京交通大学出版社
• 出版时间 2023-03
• 版次 1
• ISBN 9787512148895
• 定价 59.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 字数 396.000千字

【内容简介】

本书是北京交通大学电子信息工程学院电磁场与电磁波课程组多年教学成果的结晶，基于最新版中文教材内容编写而成。全书主要围绕电磁场的基本理论进行介绍，共6章，内容涵盖了矢量分析、静电场、恒定电场、恒定磁场、时变电磁场和平面波。每章的结构基本相同，首先是内容简介，然后是基本概念、基本理论介绍，关键公式的推导，以及与之对应的典型例题，接着是工程应用介绍，最后是本章内容的小结以及习题。全书列出了63道例题、155道习题，所有习题都附有答案。
  本书适合作为通信、电子、自动化专业本科生“电磁场与电磁波”英文或双语教学教材，对于从事电磁场课程教学的教师也有参考价值。

【目录】

Chapter 1 Vector analysis  1

1.1  Vector and vector operations  1

1.1.1  Scalar and vector  1

1.1.2  Vector operations  1

1.2  Scalar and vector fields  4

1.2.1  Classification of fields  4

1.2.2  Representation of field  5

1.3  Orthogonal coordinate systems and differential elements  6

1.3.1  Rectangular coordinate system  6

1.3.2  Cylindrical coordinate system  8

1.3.3  Spherical coordinate system  11

1.4  Directional derivative and the gradient of a scalar field  14

1.4.1  Directional derivative  14

1.4.2  The gradient of a scalar field  14

1.5  Flux and divergence of a vector field  18

1.5.1  Flux and flux source  18

1.5.2  Divergence of a vector field  20

1.5.3  Divergence theorem  23

1.6  Circulation and the curl of a vector field  24

1.6.1  Circulation and vortex source  24

1.6.2  The curl of a vector field  25

1.6.3  Stokes’ theorem  28

1.7  Helmholtz theorem  29

1.7.1  Non-divergence field and irrotational field  29

1.7.2  Helmholtz theorem  30

Summary  31

Exercise  33

Chapter 2  Electrostatic field  35

2.1  Coulomb’s law and electric field intensity  35

2.1.1  Coulomb’s law  36

2.1.2  Electric field intensity  36

2.2  Electrostatic field in vacuum  39

2.2.1  Flux and divergence  39

2.2.2  Circulation and curl  41

2.2.3  Basic equations of electrostatic field in vacuum  41

2.3  The electric potential  43

2.3.1  Definition of the electric potential  43

2.3.2  Calculation of the electric potential  44

2.3.3  Electric dipole  45

2.4  Electrostatic field in media  47

2.4.1  Polarization of a dielectric  48

2.4.2  Gauss’s law in a dielectric  49

2.5  Boundary conditions  51

2.5.1  Boundary conditions on the interface between two dielectrics  52

2.5.2  Boundary conditions on the interface between a dielectric and a conductor 53

2.6  Poisson’s equation and Laplace’s equation  55

2.7  Basic theorems of static fields  57

2.7.1  Green’s theorem  57

2.7.2  The uniqueness theorem  57

2.8  Method of images  59

2.8.1  Method of images for conducting planes  60

2.8.2  Method of images for a conducting sphere  62

2.8.3  Method of images for a conducting cylinder  63

2.9  Multi-conductor system and partial capacitance  66

2.9.1  The concept of capacitance  66

2.9.2  Partial capacitance in a multi-conductor system  67

2.10  Electrostatic field energy and electrostatic force  68

2.10.1  Electrostatic energy  69

2.10.2  Electrostatic force  70

2.11  Applications of electrostatic fields  72

Summary  74

Exercises  76

Chapter 3  Steady electric field  83

3.1  Current density  83

3.1.1  Current and current density  83

3.1.2  Current density and charge density  84

3.1.3  Ohm’s law  85

3.1.4  Joule’s law  85

3.2  Basic equations and the electromotive force  86

3.2.1  The equation of current continuity  86

3.2.2  Basic equations of a steady electric field  87

3.2.3  The electromotive force  89

3.3  Boundary conditions  90

3.4  Analogy between a steady electric field and an electrostatic field  92

3.5  Applications of steady electric fields  94

Summary  95

Exercise  96

Chapter 4  Steady magnetic field  99

4.1  Ampere’s force law and magnetic flux density  99

4.1.1  Ampere’s force law  99

4.1.2  The Biot-Savart law  100

4.1.3  Lorentz Force  101

4.2  Fundamental equations of steady magnetic field in vacuum  103

4.2.1  The equation of magnetic flux continuity  103

4.2.2  Ampere’s circuital law  104

4.3  Magnetic vector potential  108

4.3.1  Magnetic vector potential  108

4.3.2  Magnetic dipole  110

4.4  Fundamental equations of steady magnetic field in magnetic medium  111

4.4.1  Magnetization  111

4.4.2  Ampere’s circuital law for magnetic media  114

4.5  Boundary conditions for magnetic fields  116

4.5.1  Boundary conditions at the interface between two magnetic media  116

4.5.2  Boundary conditions for the surface of magnetic materials  118

4.5.3  Boundary conditions expressed by magnetic vector potentials  119

4.6  Magnetic scalar potential  120

4.6.1  Magnetic scalar potential and its equations  120

4.6.2  Multi valuedness of magnetic scalar potential  121

4.7  Inductance  122

4.7.1  Self-inductance and mutual inductance  122

4.7.2  Calculations of self - inductance and mutual inductance  123

4.8  Magnetic energy stored in a magnetic field and magnetic force  126

4.8.1  Magnetic energy stored in a magnetic field  126

4.8.2  Magnetic force  130

4.9  Applications of steady magnetic fields  132

Summary  133

Exercise  135

Chapter 5  Time-varying electromagnetic fields  140

5.1  Faraday’s law of electromagnetic induction  140

5.2  Displacement current  143

5.3  Maxwell’s equations  146

5.3.1  Maxwell’s equations  147

5.3.2  The constitutive equations  147

5.3.3  Maxwell’s equations in a source-free medium  148

5.3.4  Wave equation in a source-free medium  148

5.4  Boundary conditions for time-varying electromagnetic fields  149

5.4.1  Boundary conditions on the interface between two media  149

5.4.2  Boundary conditions for the surface of a perfect conductor  149

5.5  The phasor representation of sinusoidal electromagnetic fields  151

5.5.1  The phasor representation of a sinusoidal field  152

5.5.2  Maxwell’s equations in phasor form  154

5.5.3  Wave equations in phasor form  154

5.5.4  Complex permittivity, complex permeability  155

5.6  Poynting’s theorem and Poynting vector  157

5.6.1  The energy and power of a time-varying electromagnetic field  157

5.6.2  Poynting’s theorem in time domain  158

5.6.3  Poynting’s theorem in phasor form  162

5.7  The dynamic potential of time-varying electromagnetic fields  164

5.7.1  Wave equations in terms of dynamic potential functions  164

5.7.2  The solutions of D’Alembert’s equations  166

5.8  Applications of electromagnetic fields  169

Summary  170

Exercise  172

Chapter 6  Plane wave  176

6.1  Uniform plane wave in an ideal dielectric  176

6.1.1  Equations and solutions of a uniform plane wave  176

6.1.2  Propagation characteristics of a uniform plane wave  178

6.2  Polarization of an electromagnetic wave  183

6.2.1  Linear polarization  183

6.2.2  Circular polarization  184

6.2.3  Elliptical polarization  185

6.3  Uniform plane wave in a conducting medium  189

6.3.1  Wave equations and solutions  189

6.3.2  Propagation characteristics of a uniform plane wave  190

6.4  Normal incidence of a uniform plane wave  195

6.4.1  Conductor-conductor interface  195

6.4.2  Dielectric-perfect conductor interface  197

6.4.3  Dielectric-dielectric interface  199

6.4.4  Dielectric-conductor interface  203

6.5  Oblique incidence of a uniform plane wave  206

6.5.1  Dielectric-dielectric interface  206

6.5.2  Total reflection and total refraction  209

6.5.3  Dielectric-perfect conductor interface  215

6.6  Group velocity  218

6.7  Applications of electromagnetic waves  220

Summary  222

Exercises  225

Appendix A  Answers to exercises  230