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電磁場與電磁波(使用MATLAB分析與實現普通高等教育電子信息類專業系列教材)

  • 作者：編者:梅中磊//李月娥//馬阿寧|責編:盛東亮//范德一
  • 出版社：清華大學
  • ISBN：9787302702795
  • 出版日期：2025/11/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：354
人民幣：RMB 69 元      售價：元
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內容大鋼
    本書是為高等院校電子信息類專業主幹基礎課「電磁場與電磁波」編寫的本科生教材，主要介紹電磁場與電磁波的基本特性及規律。本書從矢量分析與場論入手，著重討論電磁場的基本理論。全書共分7章，分別為矢量分析、靜電場、穩恆電場與磁場、靜態場邊值問題的解法、時變電磁場、電磁波的傳播、電磁波的輻射。書末含附錄（三種常用坐標系中一些量的表達式、矢量恆等式）。此外，本書輔以與教學內容密切相關的最新科研進展，以及生活中的電磁現象等，方便感興趣的讀者瀏覽。為方便開展虛擬模擬實驗，每章最後一節設有MATLAB虛擬模擬實驗，緊扣章節內容和科技前沿。如能動手實操，效果更好。
    本書適合電子信息類、電氣類專業的本科生使用，尤其適合開展研究型教學的基礎理論班、創新人才培養基地等使用，對於大學生科研有積極的促進作用；也適合作為相關專業研究生的參考教材。
作者介紹
編者:梅中磊//李月娥//馬阿寧|責編:盛東亮//范德一
    梅中磊，蘭州大學信息科學與工程學院副院長、教授、博士生導師，蘭州大學第六屆學術委員會委員，甘肅省教學名師，「飛天學者」特聘教授，「寶鋼」優秀教師，甘肅省青年教師成才獎獲得者，蘭州大學第三屆我最喜愛的「十大教師」和「師德標兵」。長期從事本科生課程「電磁場與電磁波」「數學物理方法」及研究生課程「電磁數學」的講授，身體力行倡導研究型教學和本科生科研，並開展相關教學研究，主持「研究型教學在「電磁場理論」課程中的實踐及示範應用」，獲省級教學成果二等獎。主要研究領域為新型人工電磁材料及器件等。先後主持和參與國家自然科學基金、甘肅省自然科學基金等科研項目，2014年獲得省高校科技進步一等獎。近年來在國際期刊發表高水平SCI論文50余篇，其中指導本科生在美國《物理評論快報》發表論文2篇。
目錄
第1章  矢量分析
  1.1  矢量及其代數運算
    1.1.1  標量和矢量
    1.1.2  矢量的加減、單位矢量和數乘
    1.1.3  標量積與矢量積
    1.1.4  矢量的混合積
    1.1.5  矢量場與標量場
  1.2  標量場的梯度、矢量場的散度與旋度
    1.2.1  哈密頓運算元
    1.2.2  標量場的梯度
    1.2.3  矢量場的通量和散度
    1.2.4  矢量場的環量和旋度
    1.2.5  標量場的拉普拉斯運算
  1.3  矢量積分定理
    1.3.1  高斯散度定理
    1.3.2  斯托克斯定理
  1.4  三種常用坐標系
    1.4.1  坐標變數和基本單位矢量
    1.4.2  坐標變數之間的關係
    1.4.3  基本單位矢量之間的關係——單位圓法
    1.4.4  梯度、散度、旋度及拉普拉斯運算表達式
  1.5  MATLAB虛擬模擬實驗：場的可視化
    1.5.1  場分佈的可視化
    1.5.2  場的梯度、散度和旋度的可視化
    1.5.3  MATLAB實踐練習
  本章小結
  本章習題
第2章  靜電場
  2.1  庫侖定律和電場強度
    2.1.1  庫侖定律
    2.1.2  電場強度
    2.1.3  場的疊加原理和庫侖場強法
    2.1.4  點電荷密度的數學表示
    2.1.5  電力線
  2.2  真空中靜電場的性質
    2.2.1  E通量
    2.2.2  高斯定理
    2.2.3  靜電場的無旋性
    2.2.4  真空中靜電場的基本方程
  2.3  靜電勢及其計算
    2.3.1  靜電勢
    2.3.2  計算電場的電勢法
    2.3.3  等勢面
    2.3.4  電勢的微分方程
  2.4  電偶極子
    2.4.1  電偶極子的電場
    2.4.2  均勻外電場對電偶極子的作用
  2.5  電介質的極化和電位移矢量
    2.5.1  電介質的極化和電極化強度
    2.5.2  束縛電荷

    2.5.3  電位移矢量和介質中的高斯定理
    2.5.4  介質中靜電場的基本方程
  2.6  靜電場的邊界條件
    2.6.1  兩種媒質間靜電場的邊界條件
    2.6.2  兩種介質間靜電場的邊界條件
    2.6.3  介質與導體間靜電場的邊界條件
  2.7  電容
    2.7.1  靜電場中的導體
    2.7.2  孤立導體和雙導體的電容
    2.7.3  電容器的並聯和串聯與等效材料
  2.8  靜電場的能量
    2.8.1  帶電體系統的電場能量
    2.8.2  電場的能量密度
  2.9  MATLAB虛擬模擬實驗：繪製電力線和等勢線（面）
    2.9.1  利用quiver函數繪製電力線
    2.9.2  基於streamline函數繪製電力線
    2.9.3  基於力線方程繪製電力線
    2.9.4  等勢線（面）繪製方法
    2.9.5  MATLAB實踐學習
  本章小結
  本章習題
第3章  穩恆電場與磁場
  3.1  電流密度和電荷守恆定律
    3.1.1  電流與電流密度
    3.1.2  電流元
    3.1.3  傳導電流與運流電流
    3.1.4  電動勢
    3.1.5  電荷守恆定律——電流連續性方程
  3.2  穩恆電流的電場
    3.2.1  導電媒質中穩恆電場的基本方程
    3.2.2  穩恆電場的邊界條件
    3.2.3  焦耳定律
    3.2.4  穩恆電場的靜電比擬和電導
  3.3  安培定律、磁感應強度和洛倫茲力
    3.3.1  安培定律
    3.3.2  畢奧-薩伐爾定律
    3.3.3  洛倫茲力
  3.4  矢量勢、穩恆磁場的基本性質
    3.4.1  磁通連續性原理
    3.4.2  矢量勢及其微分方程
    3.4.3  安培環路定律
    3.4.4  真空中穩恆磁場的基本方程
  3.5  磁偶極子及其與磁場的作用
    3.5.1  磁偶極子的磁場
    3.5.2  穩恆磁場對磁偶極子的作用
  3.6  物質的磁化和磁場強度
    3.6.1  物質的磁化與磁化強度
    3.6.2  磁化電流
    3.6.3  磁場強度與磁介質中的安培環路定律
    3.6.4  磁介質中穩恆磁場的基本方程

    3.6.5  磁標勢
    3.6.6  磁路
  3.7  磁場的邊界條件
    3.7.1  兩種磁介質間磁場的邊界條件
    3.7.2  無面電流時兩種磁介質間磁場的邊界條件
    3.7.3  磁介質與理想導磁體間磁場的邊界條件
  3.8  電感
    3.8.1  互感
    3.8.2  自感
    3.8.3  互感計算和無線輸電
  3.9  磁場能量
    3.9.1  電流迴路系統的磁場能量
    3.9.2  磁場的能量密度
  3.10  MATLAB虛擬模擬實驗：編程計算互感
    3.10.1  無線輸電系統中互感的科學計算
    3.10.2  圓形線圈自感的計算
    3.10.3  MATLAB實踐練習
  本章小結
  本章習題
第4章  靜態場邊值問題的解法
  4.1  靜態場邊值問題的分類和唯一性定理
    4.1.1  靜態場邊值問題的分類
    4.1.2  靜態場的邊值條件
    4.1.3  靜態場邊值問題的求解方法
    4.1.4  唯一性定理
    4.1.5  基於唯一性定理求解邊值問題
  4.2  鏡像法
    4.2.1  鏡像法的原理
    4.2.2  導體與介質平面邊界的鏡像法
    4.2.3  導體與介質圓柱面邊界的鏡像法
    4.2.4  導體與介質球面邊界的鏡像法
  4.3  直角坐標系下的分離變數法
    4.3.1  分離變數法簡介
    4.3.2  直角坐標系內的分離變數法
    4.3.3  邊界條件的疊加
  4.4  圓柱坐標系內的分離變數法
    4.4.1  通解的三種形式
    *4.4.2  柱狀隱形裝置的分離變數法分析
  *4.5  球坐標系內的分離變數法
    4.5.1  球坐標系內的分離變數法
    4.5.2  軸對稱情況下勢函數的通解表達式
    4.5.3  球狀靜場隱形裝置的分離變數法分析
  4.6  保角變換法
    4.6.1  複變函數及其性質
    4.6.2  保角變換法求解平面場問題的原理
    4.6.3  幾個典型的保角變換
  4.7  MATLAB虛擬模擬實驗：二維電磁隱形衣等
    4.7.1  靜電型隱形裝置
    4.7.2  靜磁型隱形裝置
    4.7.3  利用MATLAB繪製特殊函數

    4.7.4  MATLAB實踐練習
  本章小結
  本章習題
第5章  時變電磁場
  5.1  法拉第電磁感應定律
    5.1.1  法拉第電磁感應定律的表述
    5.1.2  感應電動勢的計算
    *5.1.3  再議無線輸電
  5.2  位移電流和全電流定律
  5.3  麥克斯韋方程組和洛倫茲力公式
    5.3.1  麥克斯韋方程組
    5.3.2  洛倫茲力
    5.3.3  正弦電磁場基本方程的複數形式
  5.4  電磁場的邊值關係
    5.4.1  兩種媒質間電磁場的邊值關係
    5.4.2  兩種理想介質間電磁場的邊值關係
    5.4.3  介質與理想導體間電磁場的邊值關係
  5.5  電磁場的能量守恆定律與坡印亭矢量
    5.5.1  電磁場的能量守恆定律——坡印亭定理
    5.5.2  坡印亭矢量——能流密度矢量
    5.5.3  正弦場的複數坡印亭矢量與復功率
  5.6  電磁場的矢量勢和標量勢
    5.6.1  電磁場的矢量勢和標量勢的導出
    5.6.2  洛倫茨條件與動態勢的波動方程——達朗貝爾方程
  5.7  推遲勢和似穩電磁場
    5.7.1  達朗貝爾方程的解——推遲勢
    5.7.2  似穩條件和似穩電磁場
    5.7.3  電磁理論與電路理論之間的關係
  *5.8  時變電磁場在生活中的應用
    5.8.1  電磁炮
    5.8.2  電磁鞦韆
    5.8.3  磁懸浮
    5.8.4  電磁阻尼
  5.9  MATLAB虛擬模擬實驗：求解波動方程和本征值問題
    5.9.1  PDE工具箱求解波動方程
    5.9.2  PDE工具箱求解本征值問題
    5.9.3  MATLAB實踐練習
  本章小結
  本章習題
第6章  電磁波的傳播
  6.1  理想介質中的均勻平面電磁波
    6.1.1  電磁波的波動方程和其解以及均勻平面電磁波
    6.1.2  復波動方程和均勻平面電磁波的傳播特性
    6.1.3  均勻平面電磁波的能量密度和能流密度
    6.1.4  均勻平面電磁波的極化
    6.1.5  均勻平面電磁波的性質
    *6.1.6  雙負電磁參數媒質中的均勻平面電磁波
  6.2  媒質的頻散和電磁波的相速與群速
    6.2.1  媒質的頻散及其復介電常數
    6.2.2  磁介質的復磁導率

    6.2.3  導電媒質的頻散及其等效復介電常數
    6.2.4  電磁波的相速度和群速度
  6.3  電磁波在有耗媒質中的傳播
    6.3.1  有耗媒質中傳播的均勻平面電磁波
    6.3.2  導電媒質中傳播的均勻平面電磁波
  6.4  電磁波在介質分界面上的反射與折射
    6.4.1  反射定律與折射定律
    6.4.2  菲涅耳公式
    6.4.3  全反射
    6.4.4  正入射
    *6.4.5  負折射和零折射
  6.5  電磁波在導體表面上的反射與折射
    6.5.1  電磁波在導體表面上的反射和折射
    6.5.2  駐波
    6.5.3  趨膚效應和鄰近效應
    6.5.4  趨膚深度及表面電阻
    6.5.5  渦流及其應用
    6.5.6  電磁屏蔽
  6.6  波導和諧振腔
    6.6.1  高頻電磁能量的傳輸
    6.6.2  矩形波導中的電磁波
    6.6.3  諧振腔
  6.7  MATLAB虛擬模擬實驗：平面電磁波的傳播和極化
    6.7.1  均勻平面電磁波的傳播
    6.7.2  線性極化波
    6.7.3  圓極化波
    6.7.4  橢圓極化波
    6.7.5  MATLAB實踐練習
  本章小結
  本章習題
第7章  電磁波的輻射
  7.1  天線的分類和常用電參數
    7.1.1  天線的分類
    7.1.2  天線的常用電參數
    7.1.3  天線輻射場的求解方法
  7.2  電偶極子輻射和磁偶極子輻射
    7.2.1  電偶極子輻射
    7.2.2  磁偶極子的遠區輻射場
  7.3  振子天線
    7.3.1  對稱半波振子天線
    7.3.2  任意長度的振子天線
  7.4  天線陣
    7.4.1  二元陣
    7.4.2  均勻直線式天線陣
    7.4.3  均勻平面天線陣
  7.5  MATLAB虛擬模擬實驗：繪製方向圖
    7.5.1  利用polar函數繪製二維方向圖
    7.5.2  基於surf函數繪製三維方向圖
    7.5.3  天線陣方向圖的繪製
    7.5.4  天線工具箱案例

    7.5.5  MATLAB實踐練習
  本章小結
  本章習題
附錄A  三種常用坐標系中一些量的表達式
附錄B  矢量恆等式
參考文獻

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