电磁场与电磁波(第2版) 邬春明 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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邬春明 著

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出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301205082

商品编码：29692574262

包装：平装

出版时间：2012-07-01

基本信息

书名：电磁场与电磁波(第2版)

定价：30.00元

作者：邬春明

出版社：北京大学出版社

出版日期：2012-07-01

ISBN：9787301205082

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.381kg

编辑推荐

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　　《21世纪全国应用型本科电子通信系列实用规划教材：电磁场与电磁波（第2版）》特色：
　　根据当前就业形势和**相关行业标准，对版教材进行了修订，更符合学科的发展潮流。在普及科技知识的同时，将人文知识融入理论讲解，提高读者的人文素养。图文并茂，增强教材的可读性，培养读者的逻辑思维能力与形象思维能力。内容丰富，融会当前**理论和工程实例，拓宽阅读视野。
　　简化数学推导，增加应用实例；重新编排习题，增加附录内容；调整编写体系，符合发展规律。

内容提要

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　　《21世纪全国应用型本科电子通信系列实用规划教材：电磁场与电磁波（第2版）》从矢量分析与场论人手，系统介绍了电磁场的基本理论和应用，内容包括矢量分析与场论基础、电磁感应、时变电磁场、平面电磁波基础、平面电磁波的反射与透射、导行电磁波、电磁波的辐射、静态场分析与应用、静态场的解。每章都附有小结和习题，书后附有部分习题参考答案。
　　本修订版保留了版的编写体系，采用了先动态再将静态作为特例处理的编写方法，进一步加强了系统性、突出了应用性，使教材更符合时代特色。
　　《21世纪全国应用型本科电子通信系列实用规划教材：电磁场与电磁波（第2版）》可作为高等学校电子信息类各专业本科教材，也可作为从事相关领域技术人员的参考书。

目录

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章 矢量分析与场论基础
1.1 标量场和矢量场
1.1.1 标量和矢量
1.1.2 标量场和矢量场
1.2 矢量运算
1.2.1 标量积和矢量积
1.2.2 三重积
1.3 常用正交坐标系
1.3.1 三种常用坐标系
1.3.2 三种坐标系之间的相互转换
1.4 标量场的梯度
1.4.1 方向导数
1.4.2 标量场的梯度
1.5 矢量场的通量与散度
1.5.1 矢量场的通量
1.5.2 矢量场的散度
1.5.3 散度定理
1.6 矢量场的环量与旋度
1.6.1 矢量场的环量
1.6.2 矢量场的旋度
1.6.3 斯托克斯定理
1.7 拉普拉斯算符及其运算
1.8 亥姆霍兹定理
1.8.1 散度、旋度的比较
1.8，2 亥姆霍兹定理
本章小结
习题

第2章 电磁感应
2.1 电荷及电荷守恒定律
2.1.1 电荷及电荷密度
2.1.2 电荷守恒定律
2.2 电流及电流连续性方程
2.2.1 电流及电流密度
2.2.2 电流连续性方程
2.3 库仑定律与电场强度
2.3.1 库仑定律
2.3.2 电场强度
2.3.3 电位函数
2.4 高斯定理和电通量密度
2.4，1 电通量密度
2.4.2 高斯定理
2.5 欧姆定律和焦耳定律的微分形式
2.5.1 欧姆定律的微分形式
2.5.2 电阻
2.5.3 焦耳定律的微分形式
2.6 电介质中的电场及电位移矢量
2.6.1 电介质的极化
2.6.2 电位移矢量
2.7 毕奥萨伐定律及磁感应强度
2.7.1 安培磁力定律
2.7.2 毕奥萨伐定律及磁感应强度
2.8 法拉第电磁感应定律
2.8.1 法拉第电磁感应定律的积分形式
2.8.2 法拉第电磁感应定律的
微分形式
本章小结
习题

第3章 时变电磁场
3.1 位移电流与全电流定律
3.1.1 安培环路定律
3.1.2 位移电流及全电流安培环路定律
3.2 麦克斯韦方程组
3.2.1 麦克斯韦方程组
3.2.2 结构方程和限定形式的麦克斯韦方程组
3.2.3 时变电磁场与复数形式的麦克斯韦方程组
3.2.4 时变电磁场的应用
3.3 时变电磁场的边界条件
3.4 坡印廷定理与坡印廷矢量
3.4.1 坡印廷定理
3.4.2 坡印廷矢量及其复数形式
3.5 动态矢量位和标量位
3.5.1 动态矢量位和标量位的引入
3.5.2 动态矢量位和标量位方程
3.5.3 达朗贝尔方程及罗伦兹规范
本章小结
习题

第4章 平面电磁波基础
4.1 波动方程
4.2 理想介质中的均匀平面波
4.2.1 平面波的场
4.2，2 均匀平面波的参数
4.2.3 均匀平面波的传播特陛
4.2.4 沿任意方向传播的均匀平面波
4.3 有耗媒质中的均匀平面波
4.3.1 有耗媒质中平面波的传播特性
4.3.2 趋肤效应
4.3.3 工程应用
4.4 电磁波的极化
4.4.1 线极化
4.4.2 圆极化
4.4.3 椭圆极化
4.4.4 电磁波极化特性的工程应用
4.5 色散和群速
4.5.1 色散现象与群速
4.5.2 相速与群速的关系
本章小结
习题

第5章 平面电磁波的反射与透射
5.1 平面波向平面分界面的垂直入射
5.1.1 平面波向理想导体的垂直入射
5.1.2 平面波向理想介质的垂直入射
5.2 平面波对理想介质的斜入射
5.2.1 相位匹配条件和Snell定律
5.2.2 垂直极化波的斜入射
5.2.3 平行极化波的斜入射
5.3 平面波对理想导体的斜入射
5.3.1 垂直极化波的斜入射
5.3.2 平行极化波的斜入射
5.4 平面波的全透射与全反射
5．4.1 全透射
5.4.2 全反射
本章小结
习题

第6章 导行电磁波
6.1 微波及导波装置简介
6.1.1 微波简介
6.1.2 常用导波装置介绍
6.2 电磁波在均匀导波装置中传播的一般规律
6.2.1 波动方程与电磁场量表达式
6.2.2 导行波的传播模式
6.2.3 基本参数
6.3 矩形波导中波的参量和特性
6.3.1 TM波的电磁场分量
6.3.2 TE波的电磁场分量
6.3.3 矩形波导的传播特性
6.4 沿矩形波导的单模传输
6.4.1 单模传输条件
6.4.2 矩形波导中的TE10波
6.5 矩形波导中的能量传输与损耗
6.5.1 矩形波导的传输功率
……
第7章 电磁波的辐射
第8章 静态场分析与应用
第9章 静态场的解

附录A 部分习题参考答案
附录B 常用矢量公式
附录C 希腊字母读音表
附录D 量和单位
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《电磁学理论与应用》 内容概述 《电磁学理论与应用》是一本旨在系统性地阐述电磁学基本原理、深入剖析电磁波的传播规律，并在此基础上探讨其广泛应用的书籍。本书内容涵盖了电磁学的基石——静电场和静磁场，过渡到动态的电磁场，最终聚焦于具有强大能量和广泛影响力的电磁波。全书结构严谨，逻辑清晰，从基础概念出发，逐步深入到复杂的理论模型，并通过大量的实例和应用场景，展现了电磁学在现代科技中的核心地位。 第一部分：静电场与静磁场的基础 本部分将带领读者回顾并深入理解电磁学的起点——静电场和静磁场。 静电场： 电荷与库仑定律： 书籍将从电荷的基本性质出发，详细介绍电荷守恒定律、电荷的量子化等概念。核心部分将是对库仑定律的深入解析，包括其数学表达式、矢量形式以及在不同介质中的表现。我们将探讨点电荷、线电荷、面电荷和体电荷的电场分布，并引入叠加原理，学会计算复杂电荷分布产生的电场。 电场强度与电势： 进一步引入电场强度（E）的概念，理解其作为描述电场力作用的物理量的意义。接着，将重点讲解电势（V）及其与电场强度的关系，包括标势的引入、等势面的概念以及它们在分析静电场中的便利性。本书将详细推导不同典型电荷分布（如均匀带电球体、带电圆环、平行板电容器等）的电场和电势，并强调电势能的概念。 高斯定理及其应用： 高斯定理作为描述电场分布的另一重要定律，将在本书中得到详尽阐述。我们将解释其数学形式，并展示如何利用高斯定理简化计算对称性电荷分布的电场，例如无限长均匀带电细丝、无限大均匀带电平面等。通过丰富的例题，读者将深刻理解其物理意义和强大的计算能力。 电介质与电容： 引入电介质的概念，解释其在电场中的极化现象，以及这如何影响电场的分布和电容的大小。我们将详细分析电介质的介电常数、相对介电常数等参数，并深入研究各种典型电容器（平行板、圆柱形、球形）的电容计算，以及电容器的串联和并联。 静磁场： 电流与毕奥-萨伐尔定律： 从电流的基本概念出发，讨论稳恒电流的性质。核心内容将是毕奥-萨伐尔定律，它描述了恒定电流元在空间某点产生的磁场。我们将分析直线电流、环形电流、载流导线等产生的磁场分布，并运用叠加原理计算复杂电流分布产生的磁场。 安培环路定理及其应用： 安培环路定理是分析静磁场分布的另一个重要工具，其地位类似于高斯定理在静电场中的作用。本书将详细介绍安培环路定理的数学形式，并演示如何利用它来计算具有高对称性的稳恒磁场，例如无限长直导线、载流螺线管、载流圆环等内部和外部的磁场。 磁场强度与磁势： 引入磁场强度（H）和磁感应强度（B）的概念，阐释它们各自的物理意义。对于某些特殊情况，也将引入磁势的概念，分析其在处理磁场问题中的作用。 磁介质与磁化强度： 探讨物质的磁性，介绍顺磁性、抗磁性和铁磁性等不同类型的磁介质。深入分析磁化强度（M）的概念，以及磁介质在外磁场作用下如何产生感应磁矩。我们将分析不同磁介质对磁场的影响，以及磁导率等参数的意义。 电磁感应基础（法拉第定律）： 虽然电磁感应是动态过程，但其基础——法拉第电磁感应定律，在此作为进入动态场的重要铺垫。我们将介绍感应电动势的概念，以及如何根据磁通量的变化率来计算感应电动势，为后续的动态场理论打下基础。 第二部分：动态电磁场与麦克斯韦方程组 本部分将从静态场过渡到动态场，引入电磁场随时间和空间的变化规律。 变化的电场与电位移矢量： 阐述变化的电场同样能在空间中产生磁场。重点介绍电位移矢量（D）的概念，以及其在描述介质中电场时的便利性。 变化的磁场与法拉第定律回顾： 再次强调法拉第电磁感应定律，并从动态场角度进行更深入的分析。 麦克斯韦方程组： 这是整个电磁学理论的精髓所在，本书将投入大量篇幅来详细阐释麦克斯韦方程组的四个基本方程（高斯静电场方程、高斯磁场方程、法拉第感应定律、安培-麦克斯韦定律）的物理意义，并从微分形式和积分形式两个角度进行深入剖析。我们将详细解释位移电流的概念，以及它是如何弥补安培环路定理在非稳恒情况下的不足，从而使得变化的电场也能产生磁场。 电磁场的能量： 探讨电磁场所携带的能量，引入坡印廷矢量（S），描述电磁能量的流动方向和功率密度。分析电磁场能量的守恒定律。 第三部分：电磁波的产生、传播与辐射 本部分将基于麦克斯韦方程组，深入研究电磁波的本质和特性。 电磁波的产生： 解释加速变化的电荷是产生电磁波的源头。通过分析振荡电荷在空间中激发的电磁场，推导出电磁波的产生机理。 平面电磁波的传播： 无界均匀介质中的传播： 推导在理想介质（无损耗、均匀、各向同性）中传播的平面电磁波的波动方程，得到其速度（光速c），并分析其波动特性，如波长、频率、波数等。 介质中的传播特性： 讨论电磁波在不同介质（如导电介质、有损耗介质）中的传播特性，分析其衰减、相位变化等。 边界条件与反射、折射： 详细阐述电磁波在不同介质界面上的传播，讲解Fresnel方程，分析反射系数和透射系数，并讨论全反射现象。 电磁波的辐射： 偶极子辐射： 分析最基本的电磁辐射源——振荡电偶极子的辐射特性，包括其辐射场、辐射功率和方向图。 天线理论基础： 基于偶极子辐射，引入更复杂天线的辐射模型，为实际天线设计提供理论基础。 第四部分：电磁波的应用 本部分将展示电磁学理论如何在各个领域得到广泛应用，并将读者对电磁学知识的理解升华到实际层面。 无线通信： 无线电波的产生与接收： 介绍无线电波的产生原理（如振荡电路）和接收原理（如调谐电路），以及天线在其中的作用。 电磁波的调制与解调： 探讨实现信息传递的各种调制技术（如AM、FM、PM），以及相应的解调过程。 不同频段的应用： 介绍广播、电视、手机通信、雷达等不同无线通信系统所使用的电磁波频段及其特性。 光波与光学： 可见光作为电磁波： 阐述可见光也是一种电磁波，讨论其波长与颜色的关系。 光学现象的电磁学解释： 从电磁学角度解释光的反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象，并介绍相关的光学器件（如透镜、棱镜）的工作原理。 激光技术： 简述激光的产生原理及其在通信、医疗、工业等领域的应用。 微波技术： 微波的产生与传输： 介绍微波产生器件（如磁控管、速调管）和传输线（如波导、同轴电缆）的工作原理。 微波炉、雷达、卫星通信： 详细介绍微波在这些关键技术中的应用。 电磁兼容性（EMC）： 电磁干扰（EMI）与电磁敏感性（EMS）： 解释电磁兼容性是现代电子设备必须考虑的重要因素，讨论电磁干扰的来源和影响，以及提高设备抗干扰能力的方法。 电磁场在生物和医学中的应用： 核磁共振成像（MRI）： 介绍MRI技术基于核磁共振原理，利用强磁场和射频脉冲来获得人体内部的详细图像。 生物效应： 简要讨论电磁场对生物体的潜在影响。 其他新兴应用： 无线充电技术。 电磁悬浮技术。 电磁场在材料科学中的作用。 本书特色 理论深度与广度兼备： 本书在系统讲解电磁学基本理论的同时，也触及了许多前沿的理论和应用。 数学推导清晰： 严格的数学推导是理解物理概念的基础，本书力求在必要的数学推导上清晰明了。 丰富实例与应用： 大量的实际案例和技术应用将使读者更深刻地理解理论的价值和实用性。 语言生动易懂： 尽管是理工科教材，本书仍力求语言生动，避免过于晦涩的表达，以帮助不同背景的读者理解。 《电磁学理论与应用》将为读者构建一个完整的电磁学知识体系，帮助他们掌握这一基础科学的核心内容，并为进一步深入学习相关领域或从事相关技术工作打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我对比过几本同类的专业教材，深感这本书在逻辑推导上的严谨性是毋庸置疑的，但它的魅力远不止于此，它还拥有一种“人文关怀”。这主要体现在作者对一些历史背景和科学发展脉络的穿插介绍上。例如，在讲解法拉第发现电磁感应定律时，作者会简要描述当时的实验背景和思维过程，这让冰冷的物理定律背后，仿佛有了鲜活的人类探索的印记。这种叙事方式，极大地调动了我对科学史的好奇心，也让我对这些物理定律的建立过程有了更深层次的敬意。它不仅仅是在教我们“怎么算”，更是在引导我们思考“为什么会是这样”，以及“前辈们是如何一步步攻克难关的”。这种深层次的引导，对于培养一个真正的科研人才或高级工程师来说，是比单纯的解题技巧更为宝贵的东西。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者在内容组织上着实下了一番功夫，看得出来他对这门学科的理解非常深刻，并且有能力将复杂的理论以一种相对易懂的方式呈现出来。初读时，我最直观的感受是，它并没有一上来就抛出那些令人望而生畏的数学公式，而是先用一些非常贴近生活或工程实际的例子来铺垫概念，这对于我这样基础不太扎实的人来说，无疑是一个巨大的福音。比如，在讲解电磁波的传播特性时，作者没有生硬地直接给出麦克斯韦方程组的抽象解，而是先描述了信号在不同介质中衰减和反射的现象，让我对这些现象背后的物理机制有了初步的感知，然后再逐步深入到数学推导。这种“先知其然，后知其所以然”的编排顺序，极大地降低了初学者的门槛，也让我在学习过程中能保持更高的兴趣。尤其是在处理边界条件和散射问题时，书中给出的例题解析非常详尽，每一步的物理意义都解释得很到位，不像有些教材只是罗列公式，让人摸不着头脑。这种循序渐进的教学法，使得原本枯燥的理论学习过程变得像是一场探索未知的旅程。

评分☆☆☆☆☆

作为一名工程实践者，我更看重教材的“实用价值”和“前沿性”。很多理论教材在讲完基础后就戛然而止，留给读者的就是一堆只能在纸上谈兵的知识。然而，这本书在这方面做得相当出色。它没有停留在经典的静电学、静磁学层面，而是花了相当的篇幅去探讨了电磁波在实际应用中的一些关键挑战，比如电磁兼容性（EMC）的基础概念，以及传输线理论在高速电路设计中的应用。我记得有一章专门讲解了波导理论，作者不仅推导了TE、TM模的截止频率，还结合了微波工程中常见的矩形波导和圆波导的实际尺寸限制进行了讨论，这对于我们进行射频前端设计时非常具有指导意义。书后附带的一些数值模拟方法的基础介绍，虽然不是重点，但也为想要进一步深入研究数值求解的读者指明了方向，展现了教材与时俱进的广阔视野，而非仅仅局限于几十年前的经典物理模型。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和设计风格，说实话，是让我眼前一亮的地方。现在市面上很多理工科教材，封面设计往往朴素到近乎简陋，内容也常常是黑白文字密密麻麻堆砌，读起来眼睛很容易疲劳。但这本书在视觉体验上做了很多优化。插图不仅清晰明了，而且色彩的运用也很巧妙，关键的电磁场分布图、波形图等，都用不同的颜色区分了矢量方向或场强大小，极大地增强了直观性。更值得称赞的是，对那些核心概念和公式，采用了不同的字体加粗或者背景色块进行突出显示，这让我在快速复习时，能够迅速定位到知识的重点和难点所在，而不用逐字逐句地去翻找。这种对细节的关注，体现了编者对读者阅读体验的尊重。此外，书中的符号标注系统也做到了高度一致，很少出现同一符号在不同章节代表不同物理量的情况，这在处理跨章节的复杂问题时，避免了很多不必要的混淆和查找时间，让学习的连贯性得到了很好的保持。

评分☆☆☆☆☆

这本书的习题设计，我认为是教科书中的一个亮点，它体现了作者对知识点掌握程度的精准把控。习题的难度梯度设计得非常科学，从基础的概念验证型题目，到需要综合运用多个章节知识点的计算题，再到最后那些开放性的、需要查阅资料进行理论拓展的思考题，层层递进，毫不含糊。特别是那些综合性的例题，往往会将多个物理情景融合在一起，考察的不仅仅是公式的熟练运用，更重要的是对物理图像的构建能力。我个人在使用时，发现很多题目都不是那种套路化的“填空计算”，而是需要我花时间去分析物理模型、明确假设条件的，这强迫我必须真正理解背后的原理才能下手。这种高质量的习题集，使得这本书的自学价值大大提高，它真正成为了一个可以独立带领学习者从入门到精通的良师益友，而不是一本只能在课堂上听老师讲解的辅助材料。