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第1章 电磁场的数学物理基础1

1.1 电磁场基本物理量1

1.1.1 电荷密度与电流密度1

1.1.2 电场强度2

1.1.3 磁感应强度3

1.2 矢量分析3

1.2.1 矢量代数4

1.2.2 坐标系统5

1.2.3 矢量积分8

1.3 场论基础9

1.3.1 场的基本概念9

1.3.2 标量场的梯度10

1.3.3 矢量场的散度和散度定理11

1.3.4 矢量场的旋度和斯托克斯定理13

1.3.5 格林定理和亥姆霍兹定理14

1.3.6 场的分类16

第2章 静电场18

2.1 电磁学历史上第一个定量定律——库仑定律18

2.2 真空中的静电场19

2.2.1 库仑定律19

2.2.2 电场强度20

2.2.3 静电场的环路定理和电位21

2.2.4 真空中的高斯通量定理24

2.3 电介质中的静电场24

2.3.1 静电场中的导体24

2.3.2 静电场中的电介质25

2.3.3 电介质中的高斯通量定理26

2.4 静电场的基本方程28

2.4.1 静电场的基本方程28

2.4.2 分界面上的衔接条件29

2.5 静电场的边值问题30

2.5.1 静电场的边值问题30

2.5.2 唯一性定理32

2.6 边值问题的解法33

2.6.1 分离变量法33

2.6.2 镜像法和电轴法37

2.7 电容和部分电容44

2.7.1 电容44

2.7.2 部分电容45

2.7.3 静电屏蔽48

2.8 静电场的能量和力49

2.8.1 带电体系统中的静电场能量49

2.8.2 静电场能量分布及其密度50

2.8.3 静电力51

2.9 工程应用实例53

2.9.1 架空地线的防雷作用53

2.9.2 换位三相输电线的每相工作电容54

2.9.3 静电发电机55

2.10 本章小结56

2.11 习题58

2.12 科技前沿60

第3章 恒定电场61

3.1 从电气研究的热潮到焦耳定律的建立61

3.2 恒定电场的基本方程62

3.2.1 电源与恒定电场62

3.2.2 欧姆定律和焦耳定律的微分形式63

3.2.3 恒定电场基本方程及分界面上的衔接条件64

3.3 恒定电场的边值问题66

3.4 静电比拟67

3.5 电导与接地电阻68

3.5.1 电导68

3.5.2 多电极系统的部分电导69

3.5.3 接地电阻70

3.5.4 跨步电压72

3.6 工程应用实例73

3.6.1 电法勘探73

3.6.2 普通电阻率法测井75

3.7 本章小结76

3.8 习题77

3.9 科技前沿79

第4章 静磁场80

4.1 从奥斯特揭示电与磁的联系到安培环路定理的建立80

4.2 静磁场的基本方程81

4.2.1 安培力定理81

4.2.2 磁感应强度82

4.2.3 磁场的高斯定理83

4.2.4 媒质的磁化84

4.2.5 一般形式的安培环路定理86

4.2.6 静磁场的基本方程88

4.3 静磁场的边界条件88

4.4 边界问题的解法90

4.5 矢量磁位及其边值问题91

4.5.1 矢量磁位91

4.5.2 矢量磁位的边值问题93

4.6 标量磁位94

4.7 电感和电感器96

4.8 静磁场的能量和力97

4.8.1 用场量表示静磁能98

4.8.2 用磁场储能表示力100

4.8.3 静磁力101

4.9 磁路102

4.10 工程应用实例105

4.10.1 三相输电线的每相等效电感105

4.10.2 电力电缆路径的探测106

4.10.3 电磁炮107

4.10.4 磁力矿物分选108

4.10.5 磁流体发电机109

4.11 本章小结110

4.12 习题112

4.13 科技前沿114

第5章 时变电磁场与电磁波116

5.1 电磁场理论的集大成——麦克斯韦方程组116

5.1.1 法拉第与电磁感应定律116

5.1.2 麦克斯韦理论117

5.2 法拉第电磁感应定律118

5.2.1 时变磁场中的静止回路118

5.2.2 静磁场中的运动导体119

5.2.3 时变磁场中的运动回路119

5.3 全电流定律120

5.4 麦克斯韦方程组122

5.5 时变场的边界条件124

5.5.1 不同媒质分界面上的衔接条件124

5.5.2 两种无损耗、线性媒质之间的分界面125

5.5.3 电媒质与理想导体之间的分界面126

5.6 动态位及其波动方程126

5.6.1 动态位的定义126

5.6.2 达朗贝尔方程127

5.6.3 达朗贝尔方程的解128

5.7 坡印亭定理与坡印亭矢量129

5.7.1 坡印亭定理130

5.7.2 坡印亭矢量130

5.8 正弦电磁场132

5.9 工程应用实例135

5.10 本章小结136

5.11 习题138

5.12 科技前沿139

第6章 准静态电磁场141

6.1 麦克斯韦的革命——引导现代物理时代的到来141

6.2 电准静态场和磁准静态场142

6.2.1 电准静态场142

6.2.2 磁准静态场143

6.3 导电媒质中自由电荷的弛豫过程144

6.3.1 电荷在均匀导电媒质中的弛豫过程144

6.3.2 电荷在分块均匀导电媒质中的弛豫过程145

6.4 趋肤效应与邻近效应147

6.4.1 电磁场的扩散方程147

6.4.2 趋肤效应与透入深度148

6.4.3 邻近效应150

6.5 涡流及其损耗151

6.6 电路定律与交流阻抗153

6.7 工程应用实例155

6.7.1 电涡流传感器155

6.7.2 无损探伤156

6.7.3 变压器和自耦变压器157

6.8 本章小结159

6.9 习题160

6.10 科技前沿162

第7章 平面电磁波163

7.1 赫兹的实验与麦克斯韦理论163

7.2 自由空间中的平面波164

7.2.1 一般波动方程164

7.2.2 平面电磁波165

7.3 导电媒质中的平面波167

7.3.1 低损耗媒质中的平面波168

7.3.2 良导体中的平面波169

7.4 平面波的反射与折射169

7.5 导行电磁波和波导172

7.5.1 导行电磁波的分类173

7.5.2 电磁波在波导中的传播特性175

7.5.3 矩形金属波导175

7.5.4 谐振腔178

7.6 工程应用实例181

7.6.1 移动通信技术181

7.6.2 电磁波测距183

7.7 本章小结185

7.8 习题186

7.9 科技前沿187

第8章 电磁场的计算机辅助分析189

8.1 电磁场数值计算与计算机辅助分析189

8.2 电磁场数值计算常用方法190

8.2.1 有限元法190

8.2.2 有限差分法193

8.2.3 边界元法196

8.3 电磁场数值计算软件197

8.4 科技前沿198

第9章 工程电磁场应用新技术199

9.1 洛伦兹把经典电磁理论推向了最后的高峰199

9.2 磁悬浮技术200

9.2.1 磁力和磁悬浮原理200

9.2.2 磁悬浮轴承与旋转机械202

9.2.3 磁悬浮列车205

9.2.4 磁悬浮人工心脏泵207

9.3 电磁辐射生物效应机理中的计算电磁学方法208

9.3.1 电磁场与电磁辐射208

9.3.2 电磁辐射生物效应机理研究中的计算电磁学方法209

9.3.3 应用时域有限差分法计算电磁辐射在生物组织中的比吸收率210

9.4 电磁环境与电磁兼容技术211

9.4.1 电磁环境与电磁干扰源211

9.4.2 电磁干扰的传播212

9.4.3 电磁干扰的抑制技术213

9.4.4 电磁兼容及其测试214

9.5 科技前沿215

附录217

附录A 电磁量及其国际制单位217

附录B 一些常用材料的基本常量221

参考文献223