全新正版电磁场理论与应用9787030714169科学出版社

目录

前言

1 矢量分析 1

1.1 矢量的基本运算 1

1.2 电磁场中标量场和矢量场 4

1.3 标量场的方向导数和梯度 6

1.3.1 方向导数 6

1.3.2 梯度 7

1.3.3 梯度质 7

1.4 矢量场的散度和散度定理 8

1.4.1 矢量的通量 8

1.4.2 矢量场的散度 8

1.4.3 散度定理 10

1.5 矢量场的旋度和斯托克斯定理 11

1.5.1 矢量的环量 11

1.5.2 矢量场的旋度 12

1.5.3 斯托克斯定理 14

1.6 亥姆霍兹定理 15

1.6.1 亥姆霍兹定理基本概念 15

1.6.2 亥姆霍兹定理明 16

1.6.3 矢量场的亥姆霍兹定理 17

1.7 专享定理 18

2 静电场及其 20

2.1 库仑定律 21

2.2 电场的基本概念 21

2.2.1 电荷与电荷分布 21

2.2.2 电场强度及电场线方程

2.. 电介质和极化强度 25

2.2.4 电通密度（电位移矢量） 28

2.2.5 电位及等位面方程 29

2.2.6 电容 29

2.2.7 静电能量 31

2.2.8 静电力 33

. 静电场的基本定律 34

..1 静电场的高斯定律 34

..2 静电场的环路定律 36

2.4 静电场的基本方程 37

2.4.1 矢量基本方程 37

2.4.2 标量基本方程 40

2.5 镜像法和电轴法 42

2.6 场量的求解方法 47

2.6.1 电场强度定义式法 47

2.6.2 电位函数叠加法 50

2.6.3 高斯定律法 51

2.6.4 电位的积分方程法 54

2.7 电参数的求解方法 58

2.8 静电场的案例 63

2.8.1 基于MATLAB的点电荷电位和电场强度分布 3

2.8.2 基于MATLAB的偶极电位和电场强度分布

2.8.3 基于Ansoft Maxwell的静电场中同轴电缆3D 5

2.9 知识提要 68

习题 70

3 恒定电场及其 3

3.1 恒定电场的基本概念 74

3.2 恒定电场基本定律 79

3.3 恒定电场基本方程 80

3.3.1 矢量场方程 80

3.3.2 标量场方程 82

3.4 恒定电场的分界面衔接条件 83

3.5 恒定电场与静电场的比拟 86

3.6 场量和电参数的求解方法 87

3.6.1 静电比拟法 87

3.6.2 分界面衔接条件法 90

3.6.3 电位的积分方程法 90

3.7 恒定电场的数值案例 94

3.7.1 基于Ansoft Maxwell的导体中电流 94

3.7.2 基于Ansoft Maxwell接地电极的跨步电压计算 96

3.8 知识提要 98

习题 99

4 恒定磁场及其 102

4.1 安培定律 103

4.2 恒定磁场的基本概念 103

4.2.1 磁感应强度及磁感线方程 104

4.2.2 磁化强度 105

4.. 磁场强度 106

4.2.4 磁矢量位 107

4.2.5 磁标量位 107

4.2.6 电感 108

4.2.7 互感 108

4.2.8 磁场能量 110

4.2.9 磁场力 111

4.3 恒定磁场的基本定律 112

4.3.1 恒定磁场的高斯定律 112

4.3.2 恒定磁场的环路定律 113

4.4 恒定磁场的基本方程及衔接条件 117

4.4.1 矢量基本方程 117

4.4.2 矢量的分界面衔接条件 118

4.4.3 标量基本方程及分界面衔接条件 120

4.5 场量的求解方法 121

4.5.1 奥-萨伐尔定律法 121

4.5.2 环路定律法 124

4.5.3 磁矢量位法 126

4.5.4 磁矢量位的微分方程法 129

4.6 磁参数的求解方法 131

4.6.1 自感计算 131

4.6.2 互感计算 132

4.6.3 磁场能量计算 134

4.7 恒定磁场的数值案例 135

4.7.1 基于MATLAB的环形载流回路空间磁场分布 135

4.7.2 基于MATLAB的亥姆霍兹线圈的磁场分布 138

4.8 知识提要 141

习题 144

5 时变电磁场及其 148

5.1 电磁场量的复数形式表示法 148

5.2 时变电磁场的基本概念和基本定律 150

5.2.1 基本概念 150

5.2.2 电磁感应定律 151

5.. 全电流定律 152

5.3 时变电磁场的基本方程和分界面衔接条件 154

5.3.1 麦克斯韦方程组 154

5.3.2 准静态电磁场中麦克斯韦方程组 156

5.3.3 媒质分界面衔接条件 157

5.4 坡印亭定理 161

5.5 达朗贝尔方程及其解 165

5.6 偶极时变场 168

5.7 磁偶极子时变场 172

5.8 典型例题 176

5.9 时变电磁场数值案例 180

5.9.1 基于MATLAB的偶极天线电磁辐 180

5.9.2 磁偶极子电磁场 183

5.10 知识提要 186

习题 189

附录5.1 偶极子的时谐电磁场推导 191

6 平面电磁波及其 200

6.1 赫兹实验 200

6.2 基本概念 201

6.3 电磁波动方程 203

6.3.1 电磁波动方程的时间域和频率域形式 203

6.3.2 一维平面电磁波的波动方程 205

6.4 理想介质中均面电磁波 207

6.4.1 一维波动方程的时间域通解及其物理意义 207

6.4.2 理想介质中正弦均面波的复数通解 209

6.4.3 典型例题 212

6.5 导电媒质中均面电磁波 214

6.5.1 导电媒质中正弦均面电磁波的传播特 214

6.5.2 良导体媒质中电磁波的传播特 217

6.5.3 低损耗媒质中电磁波的传播特 218

6.5.4 典型例题 220

6.6 平面电磁波的极化 222

6.6.1 直线极化 2

6.6.2 圆极化 2

6.6.3 椭圆极化 224

6.7 平面电磁波在理想介质分界面上的反与折 225

6.7.1 正入时平面电磁波的反与折 225

6.7.2 三层理想介质分界面上的反与折 229

6.7.3 斜入时平面电磁波的反与折 1

6.7.4 理想介质分界面上的全反与全折

6.7.5 典型例题 240

6.8 平面电磁波在导电媒质分界面上的反与折 241

6.8.1 平面电磁波正入到理想导体表面上的反与折 242

6.8.2 平面电磁波斜入到理想导体表面上的反与折 244

6.8.3 平面电磁波斜入到良导体表面上的反与折 246

6.8.4 典型例题 247

6.9 水平偶极在层状媒质中的电磁场计算 254

6.10 垂直磁偶极子在层状媒质上方的电磁场计算 257

6.11 水平偶极的时变电磁场数值案例 261

6.12 知识提要 268

习题 271

7 电磁场软件 275

7.1 MATLAB基本介绍 275

7.1.1 MATLAB工作环境 275

7.1.2 MATLAB常用命令 276

7.2 应用MATLAB进行电磁场 2

7.2.1 真空中N个点电荷之间库仑力的计算 277

7.2.2 有限长直导线的电位分布 279

7.. 三相输电线路的工频电场分布 280

7.2.4 有限长载流细直导线的磁场分布 281

7.2.5 长载流圆柱内外的磁场分布 282

7.2.6 载流方形回线的磁场分布 284

7.2.7 载流圆线圈的磁场分布和互感计算 285

7.2.8 平行极化波反系数和折系数分布 289

7.3 Ansoft Maxwell基本介绍 290

7.4 应用Ansoft Maxwell软件进行电磁场 293

7.4.1 平行板电容器电场分布 293

7.4.2 恒定磁场力矩计算 295

7.4.3 亥姆霍兹线圈的磁场分布 297

7.4.4 多边形线圈互感计算 300

7.4.5 涡流场分析 302

7.4.6 偶极的电磁辐 305

附录7.1 矢量分析 307

附录7.2 电磁单位制 309

参考文献 312

本书主要围绕静态电磁场、时变电磁场的激励源、标量和矢量场量表征方法、基本定律和方程，阐述电磁场的时空分布特征、场量求解以及电参数求解方法等内容，并结合电磁场工程应用和前沿问题进行了分析。本书通过先构架基本概念、基本定律和方程，重点梳理了电磁标量场和矢量场的不同求解方法，并从实际问题出发设计案例，实现了电磁场的动态可视化。通过偶极和磁偶极子的静态场特征分析、理想介质中电磁辐和导电媒质中时变电磁场传播的理论计算、电磁场数值几部分内容，将电磁场理论进行有机贯穿，构成了完整知识体系。本书既有抽象的电磁理论公式，又有生动的电磁场图像，理论和相结合，便于学生自学和深入理解。