工程電磁場基礎(chǔ)

     目錄
   引 言
    一、電磁學(xué)發(fā)展簡史
    二、電磁場理論課程的特點(diǎn)
   第一章 自由空間中的電磁場定律
    1.1基本定義
    1.1.1電荷密度
    一、體電荷密度ρ
    二、面電荷密度η
    三、線電荷密度λ
    四、點(diǎn)電荷q
    1.1.2電流密度
    一、體電流密度J
    二、面電流密度K
    三、線電流I
    1.1.3基本場量
    一、洛侖茲力公式
    二、電場強(qiáng)度E
    三、磁場強(qiáng)度H
    1.2自由空間中的電磁場定律
    1.2.1場定律中符號的意義
    1.2.2各電磁場定律的數(shù)學(xué)物理意義
    一、法拉第電磁感應(yīng)定律的意義
    二、修正的安培環(huán)路定律的意義
    三、電場高斯定律的意義
    四、磁場高斯定律的意義
    五、電荷守恒定律的意義
    1.2.3電磁場定律整體的物理意義
    1.3積分形式場定律的應(yīng)用
    習(xí) 題
   第二章 矢量分析
    2.1標(biāo)量場的梯度
    2.1.1標(biāo)量場的等值面
    2.1.2標(biāo)量場的梯度
    一、位移的方向余弦和單位矢量
    二、方向?qū)?shù)
    三、標(biāo)量場的梯度
    2.1.3梯度的性質(zhì)
    2.1.4標(biāo)量場梯度的物理意義
    2.1.5例題
    2.2矢量場的散度和高斯定理
    2.2.1矢量場的場流圖
    2.2.2矢量場的散度
    一、散度的定義
    二、散度的數(shù)學(xué)計(jì)算式
    2.2.3矢量場散度的性質(zhì)
    2.2.4矢量場散度的物理意義
    2.2.5高斯定理
    一、高斯定理
    二、高斯定理的證明
    2.2.6自由空間中微分形式場定律的散度關(guān)系式
    2.2.7拉普拉斯運(yùn)算符
    2.2.8例題
    2.3矢量場的旋度和斯托克斯定理
    2.3.1保守場和非保守場
    2.3.2矢量場的旋度
    一、旋度的定義
    二、旋度的數(shù)學(xué)計(jì)算式
    2.3.3矢量場的旋度的性質(zhì)
    2.3.4矢量場旋度的物理意義
    2.3.5斯托克斯定理
    一、斯托克斯定理
    二、定理證明
    三、保守場的判據(jù)
    2.3.6自由空間微分場定律中的旋度關(guān)系式
    2.3.7例題
    習(xí) 題
   第三章 自由空間的微分場定律
    3.1微分場定律
    3.1.1微分場定律的數(shù)學(xué)物理意義
    一、法拉第電磁感應(yīng)定律的意義
    二、修正的安培定律的意義
    三、電場高斯定律的意義
    四、磁場高斯定律的意義
    五、電荷守恒定律的意義
    3.1.2微分場定律整體的意義
    3.1.3例題
    3.2邊界條件
    3.2.1電磁場中的不連續(xù)界面
    3.2.2邊界條件
    一、邊界法線方向上的關(guān)系式（法向邊界條件）
    二、邊界切線方向上的關(guān)系式（切向邊界條件）
    3.2.3邊界條件的物理意義
    一、電場強(qiáng)度切向邊界條件的意義
    二、磁場強(qiáng)度切向邊界條件的意義
    三、電場法向邊界條件的意義
    四、磁場法向邊界條件的意義
    五、電場和磁場邊界條件的物理解釋
    六、電流邊界條件的意義
    七、邊界條件所含的方向關(guān)系
    3.2.4微分場定律與邊界條件的形式對應(yīng)關(guān)系
    3.3微分場定律（含邊界條件）的應(yīng)用
    3.3.1已知場分布求源分布
    3.3.2已知源分布求場分布
    習(xí) 題
   第四章 靜電場的標(biāo)量位
    4.1靜電場的標(biāo)量位
    4.1.1靜電場標(biāo)量位的引入
    一、在原點(diǎn)的點(diǎn)電荷電場的標(biāo)量位
    二、在空間某點(diǎn)的點(diǎn)電荷電場的標(biāo)量位
    三、點(diǎn)電荷系電場的標(biāo)量位
    四、分布在有限區(qū)域的帶電系統(tǒng)的標(biāo)量位
    4.1.2標(biāo)量位（電位）的物理意義
    4.1.3電偶極子的電場和電位
    一、直接計(jì)算電場
    二、使用標(biāo)量位計(jì)算電場
    4.1.4標(biāo)量位的微分方程和邊界條件
    一、微分方程
    二、一般邊界條件
    三、邊界為偶極層時(shí)的條件
    四、導(dǎo)體表面的邊界條件
    4.1.5泊松方程的解
    4.2標(biāo)量位的性質(zhì)
    4.2.1極值定理
    4.2.2平均值定理
    一、格林定理
    二、平均值定理的證明
    三、平均值定理的應(yīng)用
    4.2.3唯一性定理
    一、定理內(nèi)容
    二、唯一性定理的證明
    4.3唯一性定理的應(yīng)用
    4.3.1靜電鏡象法
    一、在無限大接地導(dǎo)體平板上方放置一個(gè)點(diǎn)電荷的系統(tǒng)
    二、接地導(dǎo)體角域內(nèi)放置點(diǎn)電荷的系統(tǒng)
    三、接地導(dǎo)體球外放置一個(gè)點(diǎn)電荷的系統(tǒng)
    四、不接地不帶電的導(dǎo)體球外放置一個(gè)點(diǎn)電荷的系統(tǒng)
    五、不接地、帶電量為Q的導(dǎo)體球外放置一個(gè)點(diǎn)電荷的系統(tǒng)
    六、在一個(gè)接地的無限大導(dǎo)電平面上方放置一個(gè)偶極子的系統(tǒng)
    4.3.2電軸法
    一、兩根相互平行且?guī)У攘慨愄栯姾傻臒o限長直導(dǎo)線的場
    二、兩個(gè)等截面導(dǎo)體圓柱系統(tǒng)
    三、兩個(gè)截面不相等的導(dǎo)體圓柱系統(tǒng)
    4.4復(fù)變函數(shù)在靜電場問題中的應(yīng)用
    4.4.1復(fù)電位（復(fù)位函數(shù)）
    4.4.2保角變換（保角映射）
    4.4.3許瓦茲－克瑞斯托弗爾變換
    4.5靜電場示意場圖的畫法
    4.5.1靜電場示意場圖的作用
    4.5.2繪制靜電場示意場圖的基本法則
    4.5.3靜電場示意場圖實(shí)例
    一、在球形接地導(dǎo)體空腔內(nèi)有一個(gè)點(diǎn)電荷
    二、兩個(gè)不等量的異號電荷
    三、接地導(dǎo)體上的矩形空氣槽
    四、矩形空氣域
    五、兩個(gè)同軸圓柱面間的空氣域
    習(xí) 題
   第五章 靜電場的分離變量法求解
    5.1拉普拉斯方程的變量可分離解
    5.1.1在直角坐標(biāo)系中
    一、平凡解（明顯解）
    二、一般解
    5.1.2在柱坐標(biāo)系中
    一、平凡解
    二、與z變量無關(guān)的二維一般解
    三、柱坐標(biāo)中拉普拉斯方程解的物理意義
    5.1.3在球坐標(biāo)系中
    一、平凡解
    二、一般解
    三、球坐標(biāo)中拉普拉斯方程解的物理意義
    5.2靜電場問題求解實(shí)例
    5.2.1邊界電位值已知的靜電系統(tǒng)
    例1（上下為導(dǎo)體板，左右為源的矩形二維空氣域）
    例2（扇形域）
    例3（錐面間域）
    例4（導(dǎo)體塊上的空氣槽）
    例5（有導(dǎo)體角的矩形域，迭加原理）
    例6（立方域）
    5.2.2帶有自然邊界條件的靜電系統(tǒng)
    例1（導(dǎo)體上的半無界縫）
    例2（已知電位分布的圓柱面）
    例3（已知電位分布的球面）
    5.2.3帶有電位導(dǎo)數(shù)邊界條件的靜電系統(tǒng)
    例1（平板電容器）
    例2（長方體形電阻器）
    例3（矩形導(dǎo)體片）
    例4（內(nèi)有面電荷的二維矩形空腔）
    例5（帶面電荷的圓柱面）
    例6（帶面電荷的球面）
    例7（兩種導(dǎo)體構(gòu)成的半圓形電阻）
    5.2.4帶有趨勢性邊界條件的靜電系統(tǒng)
    例1（中心放置電偶極子的導(dǎo)體球殼）
    例2（中心放置點(diǎn)電荷的導(dǎo)體球殼）
    例3（上下異號的線電荷）
    例4（均勻電流場中的導(dǎo)體球）
    例5（均勻電場中的導(dǎo)體圓柱）
    5.3柱坐標(biāo)系中三維拉普拉斯方程的分離變量解
    習(xí) 題
   第六章 靜磁場與位函數(shù)的遠(yuǎn)區(qū)多極子展開式
    6.1靜磁場的矢量位
    6.1.1畢奧－沙瓦定律
    一、電流元產(chǎn)生的磁場
    二、閉合電流線產(chǎn)生的磁場
    三、分布電流產(chǎn)生的磁場
    6.1.2磁場的矢量位
    一、靜磁場方程
    二、磁場的矢量位
    三、磁矢位的方程
    四、磁矢位方程的解
    五、磁矢位的物理意義
    六、邊界條件
    6.1.3例題
    6.2靜磁場的標(biāo)量位
    6.2.1磁標(biāo)位
    一、磁標(biāo)位的定義
    二、一個(gè)電流環(huán)的磁標(biāo)位
    三、磁標(biāo)位的方程和方程解族
    四、邊界條件
    6.2.2例題
    6.3位函數(shù)在遠(yuǎn)區(qū)的多極子展開式
    6.3.1靜電標(biāo)量位Φ（r）的多極子展開式
    一、1/RQP的級數(shù)展開式
    二、Φ（r）的展開式
    三、電位Φ（r）多極子展開式的物理意義
    四、多極子展開式的應(yīng)用
    6.3.2磁矢位A（r）的遠(yuǎn)區(qū)多極子展開式
    習(xí) 題
   第七章 有物質(zhì)存在時(shí)的宏觀場定律
    7.1物質(zhì)極化的宏觀模型
    7.1.1極化的概念
    7.1.2極化強(qiáng)度P
    7.1.3極化電荷與電場高斯定律
    一、極化電荷
    二、宏觀極化模型下的電場高斯定律
    7.1.4極化電流與修正的安培定律
    一、極化電流
    二、宏觀極化模型下的修正安培定律
    7.2極化問題舉例
    7.2.1永久極化物體
    一、永久極化板
    二、永久極化球
    7.2.2非永久極化物體
    一、均勻電場中的電介質(zhì)球
    二、填充均勻∈材料的平行板電容器
    三、填充非均勻∈材料的電容器
    四、空心介質(zhì)球心放置一個(gè)電偶極子
    7.3物質(zhì)磁化的安培電流模型
    7.3.1物質(zhì)磁化的機(jī)理
    7.3.2磁化強(qiáng)度M
    7.3.3磁化電流密度
    7.3.4安培電流模型下的場定律
    7.3.5永久磁化圓柱的磁場
    7.4物質(zhì)磁化的磁荷模型
    7.4.1物質(zhì)磁化的機(jī)理
    7.4.2磁荷模型下的磁化強(qiáng)度
    7.4.3物質(zhì)中的磁場高斯定律
    7.4.4物質(zhì)中的法拉第電磁感應(yīng)定律
    7.4.5永久磁化圓柱的磁場
    7.4.6有均勻磁介質(zhì)的磁場系統(tǒng)
    一、均勻磁場中的磁介質(zhì)球
    二、空心磁介質(zhì)球心放置一個(gè)磁偶極子
    7.5物質(zhì)中的場量組成關(guān)系和場定律
    7.5.1物質(zhì)中的場量組成關(guān)系
    一、單值關(guān)系
    二、多值關(guān)系
    三、各向同性和各向異性
    7.5.2物質(zhì)中的電磁場定律
    一、B－D形式的場定律
    二、E－H形式的場定律
    三、對稱形式的場定律
    習(xí) 題
   第八章 電磁場的能量和功率
    8.1靜電場和靜磁場的能量
    8.1.1靜電場的能量
    8.1.2靜電場能計(jì)算舉例
    8.1.3靜磁場能量
    8.1.4靜磁場能計(jì)算舉例
    8.2坡印廷定理
    8.2.1電磁場供給運(yùn)動(dòng)電磁荷的功率
    一、電磁場對運(yùn)動(dòng)電磁荷的電磁力
    二、電磁場供給運(yùn)動(dòng)電磁荷的功率
    8.2.2坡印廷定理
    一、微分形式的坡印廷定理
    二、積分形式的坡印廷定理
    8.2.3坡印廷定理的量綱單位分析
    8.2.4坡印廷定理的物理解釋
    一、對微分形式坡印廷定理的物理解釋
    二、對積分形式坡印廷定理的物理解釋
    三、在解釋坡印廷定理上的假說性
    8.2.5對S和w的補(bǔ)充規(guī)定
    8.2.6坡印廷定理在物質(zhì)中的應(yīng)用
    8.3靜態(tài)功率流與損耗
    8.4物質(zhì)中的極化能和磁化能
    8.4.1極化能和電能
    8.4.2磁化能和磁能
    8.4.3磁能計(jì)算舉例
    8.4.4物質(zhì)宏觀模型與坡印廷定理的關(guān)系
    8.5小結(jié)
    習(xí) 題
   第九章 時(shí)變場的低頻特性
    9.1平行板系統(tǒng)中的交變電磁場
    9.1.1交變電磁場的嚴(yán)格解
    9.1.2平行板系統(tǒng)的低頻響應(yīng)
    9.2時(shí)變場的冪級數(shù)解法
    9.3低頻系統(tǒng)中的場
    9.3.1平行板系統(tǒng)
    一、參考點(diǎn)的選取
    二、零階場
    三、一階場
    四、高階場
    五、場分布和等效電路
    9.3.2單匝電感器
    一、系統(tǒng)的參考點(diǎn)
    二、零級近似場
    三、一級近似場
    四、二級近似場
    五、高階場
    9.3.3多匝線圈
    一、不考慮線圈存在時(shí)的一階電場
    二、放入線圈后的一階電場
    三、計(jì)算a、b兩點(diǎn)間的端電壓
    9.4電路理論與電磁場理論的關(guān)系
    習(xí) 題
   第十章 平面電磁波
    10.1自由空間中均勻平面波的時(shí)域解
    10.1.1均勻平面波的電場和磁場時(shí)域解
    10.1.2均勻平面波的傳播特性
    10.2正弦律時(shí)變場
    10.2.1復(fù)矢量
    10.2.2復(fù)數(shù)形式的場定律
    10.2.3復(fù)矢量乘積的物理意義
    10.3正弦律均勻平面波
    10.3.1均勻平面波的頻域解
    10.3.2復(fù)數(shù)形式的坡印廷定理
    10.3.3復(fù)數(shù)坡印廷定理與微波網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系
    10.4平面波在有耗媒質(zhì)中的傳播
    10.4.1有耗媒質(zhì)中的均勻平面波解
    10.4.2半導(dǎo)電媒質(zhì)中均勻平面波的傳播
    10.4.3良導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)
    10.4.4相速、群速和色散
    10.5電磁波的極化狀態(tài)
    10.5.1電場極化狀態(tài)的概念
    10.5.2極化方向的工程判斷法
    一、瞬時(shí)場極化方向的判斷
    二、復(fù)數(shù)場極化方向的判斷
    10.5.3波的分解與合成
    一、線極化波的分解
    二、橢圓極化波的分解
    三、圓極化波的分解
    10.6沿任意方向傳播的均勻平面波
    10.6.1波的數(shù)學(xué)表達(dá)式
    一、一般形式
    二、在直角坐標(biāo)系中的表達(dá)式
    三、在柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系中的表達(dá)式
    10.6.2波的特性
    10.7無耗媒質(zhì)中的非均勻平面波
    10.8頻率極高時(shí)媒質(zhì)中的波
    10.8.1電介質(zhì)中的波
    10.8.2金屬中的波
    10.8.3電離層和等離子體中的波
    習(xí) 題
   第十一章 平面波的反射與折射
    11.1在自由空間與理想導(dǎo)體分界面處的反射現(xiàn)象
    11.1.1正入射
    11.1.2斜入射
    一、垂直極化
    二、平行極化
    11.2在兩種介質(zhì)分界面處的反射和折射現(xiàn)象
    11.2.1垂直極化
    一、入射角θi＝0
    二、入射角θi＞0
    11.2.2平行極化
    11.3導(dǎo)電媒質(zhì)表面的反射和折射
    11.3.1導(dǎo)電媒質(zhì)中的實(shí)數(shù)折射角
    一、媒質(zhì)Ⅱ是良導(dǎo)體
    二、媒質(zhì)Ⅱ是不良導(dǎo)體
    11.3.2良導(dǎo)體中的透射功率
    11.3.3導(dǎo)電表面的反射
    一、媒質(zhì)Ⅱ是良導(dǎo)體
    二、媒質(zhì)Ⅱ是不良導(dǎo)體
    11.4透波和吸波現(xiàn)象
    11.4.1透波現(xiàn)象
    一、電磁波正入射
    二、電磁波斜入射
    三、多層介質(zhì)板的透波現(xiàn)象
    11.4.2吸波現(xiàn)象
    一、干涉型吸收材料
    二、寬帶吸收材料
    習(xí) 題
   第十二章 電磁波的輻射
    12.1時(shí)變場的位函數(shù)
    12.1.1標(biāo)量位和矢量位
    12.1.2赫茲電矢量Ⅱ
    12.2時(shí)變場位函數(shù)方程的解
    12.2.1克希荷夫積分
    12.2.2達(dá)朗貝爾公式
    12.3交變電偶極子的輻射
    12.3.1交變電偶極子的電磁場量
    一、矢量位
    二、磁場強(qiáng)度
    三、電場強(qiáng)度
    12.3.2交變電偶極子場的分析
    一、近區(qū)場
    二、遠(yuǎn)區(qū)場
    三、輻射場的方向性
    四、輻射功率
    五、輻射電阻
    12.4交變磁偶極子的輻射
    12.4.1通過復(fù)數(shù)矢量位求電磁場
    12.4.2使用電磁對偶原理求電磁場
    12.5縫隙元的輻射
    12.6半波天線
    12.7天線陣
    12.8線天線電磁場的精確計(jì)算
    12.9天線的輸入功率和輸入阻抗
    習(xí) 題
   第十三章 電磁場的基本定理
    13.1格林定理
    13.1.1標(biāo)量格林定理
    13.1.2廣義格林定理
    13.1.3矢量格林定理
    13.2亥姆霍爾茲定理
    13.3靜態(tài)場的幾個(gè)定理
    13.3.1標(biāo)量位Φ的唯一性定理
    13.3.2平均值定理
    13.3.3無極值定理
    13.3.4湯姆生定理
    13.3.5恩紹定理
    13.3.6矢量位A的唯一性定理
    13.4坡印廷定理
    13.5電磁力的定理——麥克斯韋定理
    13.6時(shí)變場的唯一性定理
    13.7相似原理
    13.8二重性原理和電磁對偶原理
    13.9等效原理
    13.10感應(yīng)定理
    13.11互易定理
    13.12天線遠(yuǎn)場定理
    13.13克希荷夫－惠更斯原理
    13.14費(fèi)馬原理
   附錄A 矢量的代數(shù)運(yùn)算
   附錄B 坐標(biāo)系的有關(guān)概念
   附錄C 立體角的有關(guān)概念
   主要參考書