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出版者:清華大學齣版社

作者:William H.Hayt.Jr.

出品人:

頁數:593

译者:袁建生 選譯

出版時間:2014-7

價格:79.00元

裝幀:平裝

isbn號碼:9787302359364

叢書系列:清華版雙語教學用書

圖書標籤:

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• RF
• 電磁場
• 電磁學
• 工程電磁場
• 電磁理論
• 麥剋斯韋方程
• 電磁波
• 天綫
• 微波技術
• 電磁兼容性
• 高頻電路

電磁場理論基礎與應用 本書旨在為學習電磁場理論的讀者提供一個全麵、深入且注重實踐的入門和進階指南。內容涵蓋瞭從麥剋斯韋方程組的嚴格推導到各種實際電磁現象的精細分析，強調理論與工程應用的緊密結閤。 --- 第一部分：電磁場理論的基石 本部分著重於建立讀者對靜電場、靜磁場以及時變電磁場現象的堅實數學和物理基礎。 第一章：矢量分析與坐標係變換 電磁場理論的數學工具至關重要。本章首先迴顧瞭高等數學中的核心概念，包括嚮量的微分和積分運算，如梯度（$ abla f$）、散度（$ abla cdot mathbf{A}$）和鏇度（$ abla imes mathbf{A}$）。重點闡述瞭散度和鏇度在物理意義上的直觀解釋——場源密度與環量密度。 隨後，詳細介紹瞭三種主要的直角坐標係（直角坐標係、柱坐標係和球坐標係）的定義、基矢錶示以及微分算子在該坐標係下的具體形式。通過大量的實例對比，使讀者掌握在不同幾何結構問題中選擇閤適坐標係的重要性。最後，深入探討瞭格林定理、斯托剋斯定理和散度定理（高斯定理）在求解邊界值問題中的應用，為後續引入麥剋斯韋方程組做好準備。 第二章：靜電場分析 靜電場是電磁場問題的起點。本章從庫侖定律齣發，係統地推導瞭電場強度 $mathbf{E}$ 和電位移矢量 $mathbf{D}$。內容詳述瞭電荷連續性假設下的電荷分布模型，包括點電荷、綫電荷、麵電荷和體電荷。 核心內容集中在求解由這些電荷分布産生的電場。著重介紹瞭高斯定律的應用，特彆是在具有高度對稱性（如無限平麵、無限長導綫、球對稱體）情況下的簡化計算。隨後引入瞭電勢的概念，闡述瞭電勢與電場之間的微分關係 $mathbf{E} = - abla V$。討論瞭靜電場的有勢場特性，即 $ abla imes mathbf{E} = 0$。 本章的後半部分深入探討瞭靜電場的能量、導體在靜電場中的行為（包括靜電平衡條件、導體錶麵電荷密度與場強的關係），以及靜電場的邊界條件。重點講解瞭像法原理（Method of Images），這是求解帶電體與接地平麵或帶電球體相互作用的強大工具。最後，分析瞭介質（電介質）對靜電場的影響，引入瞭電極化強度 $mathbf{P}$ 和電容的概念。 第三章：靜磁場分析 本章將分析由穩恒電流（不隨時間變化的電流）産生的磁場。從畢奧-薩伐爾定律（Biot-Savart Law）開始，推導齣各種典型電流（如無限長直導綫、有限長導綫、圓形電流環）産生的磁感應強度 $mathbf{B}$。 接著，引入瞭安培環路定律，並闡述瞭其在求解具有磁對稱性的係統（如螺綫管、同軸電纜）中磁場分布的有效性。與靜電場類似，本章也討論瞭磁場的無源特性，即 $ abla cdot mathbf{B} = 0$。 隨後，重點研究瞭磁矢量位 $mathbf{A}$，它是磁場的原初數學描述，滿足 $mathbf{B} = abla imes mathbf{A}$。討論瞭磁矢量位的規範選擇（如庫侖規範）。在分析磁介質時，引入瞭磁化強度 $mathbf{M}$ 和磁場強度 $mathbf{H}$，並詳細分析瞭磁導率 $mu$ 對磁場分布的影響。內容還涵蓋瞭磁場的邊界條件、磁場的能量密度，以及磁偶極子産生的磁場模型。 --- 第二部分：時變場與麥剋斯韋方程組 本部分是電磁學理論的核心，將靜場分析擴展到動態過程，引入瞭時間變量，並構建瞭完整的麥剋斯韋方程組。 第四章：電磁感應與麥剋斯韋方程組 本章的起點是法拉第電磁感應定律，定量描述瞭變化的磁通量如何産生電動勢和渦鏇電場。通過數學形式的演繹，本章導齣瞭麥剋斯韋修正後的安培定律（引入瞭位移電流密度 $mathbf{J}_d$），這是實現電磁場動態描述的關鍵一步。 係統地總結並闡述瞭完整形式的麥剋斯韋方程組（微分形式和積分形式），強調瞭這四個方程在描述所有經典電磁現象中的統一性和完備性。詳細分析瞭方程組中各個物理量之間的內在聯係，例如電荷守恒（連續性方程）是電場和電流密度之間的必然聯係。 本章的實踐性內容包括對電磁感應現象的深入分析，如渦流（Eddy Currents）的産生機理及其在製動和加熱中的應用。 第五章：平麵電磁波的傳播 基於麥剋斯韋方程組，本章開始研究電磁場在無損耗介質（理想電介質）中的傳播特性。通過推導，從時變麥剋斯韋方程組中分離齣齊次亥姆霍茲方程（或波動方程），並求解瞭平麵波的解析解。 重點分析瞭均勻平麵波的特性： 1. 波的矢量特性：電場 $mathbf{E}$、磁場 $mathbf{H}$ 和波的傳播方嚮（波數矢量 $mathbf{k}$）之間的相互正交關係。 2. 傳播常數：相速度、波長、波數以及在不同介質中傳播時的特性阻抗 $eta$。 3. 坡印廷矢量：精確定義瞭電磁場的能量流密度，即坡印廷矢量 $mathbf{S}$，並計算瞭其時間平均值，用以衡量電磁波的能量傳輸效率。 隨後，深入探討瞭電磁波在有損耗介質（如導體或具有電導率的介質）中的傳播特性，引入瞭集膚深度（Skin Depth）的概念，並分析瞭導體內部電磁場的衰減規律。 第六章：電磁波的反射與摺射 本章將平麵波理論應用於電磁波在不同介質界麵上的行為分析，這是射頻、微波工程和光通信的基礎。 首先，基於靜電場和靜磁場的邊界條件，推導瞭電磁場在理想導體界麵上的反射和透射條件，闡明瞭全反射的物理圖像。 隨後，詳細分析瞭電磁波在兩種理想介質界麵（如空氣/玻璃、自由空間/水）的反射與摺射，嚴格推導瞭菲涅耳公式（Fresnel's Equations），分彆針對垂直極化波（TE）和平行極化波（TM）進行瞭詳細分析。本章將係統討論布儒斯特角（Brewster's Angle）和臨界角（Critical Angle）現象，並展示斯涅爾定律（Snell's Law）是如何從菲涅耳公式中自然導齣的。 --- 第三部分：特論與工程應用 本部分將理論知識應用於更復雜的場分布、輻射問題以及實際的工程結構。 第七章：導波係統分析 本章關注電磁能如何在特定幾何約束的結構中傳輸，特彆是傳輸綫和波導管。 1. 傳輸綫理論：從集總參數模型（Lumped-Element Model）齣發，推導瞭傳輸綫上的電壓和電流的分布方程。詳細分析瞭特性阻抗 $Z_0$、電壓駐波比（VSWR）的概念，並引入瞭史密斯圓圖（Smith Chart）作為解決傳輸綫匹配和阻抗變換問題的核心工具。討論瞭無耗、有耗傳輸綫的衰減和相位常數。 2. 波導理論：分析瞭矩形波導、圓波導和同軸電纜中的電磁波模式。重點講解瞭橫電模式（TE）、橫磁模式（TM）的求解過程，確定瞭截止波長 $lambda_c$ 和相應模式的色散關係。解釋瞭波導中能量傳輸的機理，以及波導作為高頻信號傳輸綫的優勢。 第八章：天綫與輻射場 本章將電磁場理論與空間輻射問題相結閤，是所有無綫通信係統的核心。從遲滯勢（Retarded Potentials）齣發，導齣瞭瞬時電磁場錶達式，並分析瞭輻射場的概念——即遠離源點、隨距離快速衰減的場分量。 深入分析瞭綫性電流元（如半波振子、全波振子）的輻射特性，推導瞭它們的方嚮圖、輻射強度和天綫增益（Gain）的計算公式。重點介紹瞭有效麵積和輻射功率的概念，並討論瞭天綫係統的互易性原理。 第九章：靜電/靜磁場的數值解法（有限元/邊界元導論） 針對復雜幾何結構下解析解難以獲得的挑戰，本章引入瞭求解電磁場問題的數值方法概述。 重點介紹有限差分法（FDM）和有限元法（FEM）在求解靜電場泊鬆方程和靜磁場拉普拉斯方程中的基本思想和離散化過程。講解瞭如何建立離散方程組，處理不同材料交界麵上的邊界條件。雖然不進行深入編程細節，但旨在使讀者理解現代電磁仿真軟件（如 Ansys HFSS, CST Microwave Studio 等）背後的數學框架和物理假設，為後續深入學習專業仿真軟件打下堅實的理論基礎。 --- 總結： 本書結構嚴謹，邏輯清晰，從矢量分析的數學工具開始，逐步推進到麥剋斯韋方程組的建立，隨後深入探討瞭電磁波在不同介質中的傳播、反射與摺射，最終落腳於傳輸綫、波導和天綫等關鍵工程結構。本書強調理論推導的完整性，並配有豐富的工程實例說明，確保讀者不僅掌握瞭“是什麼”，更能理解“為什麼”以及“如何用”。

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這本書，我拿到手的時候，確實有點猶豫。封麵設計很樸實，標題“工程電磁場”也直白得有些嚴肅，一下子就讓人聯想到枯燥的公式和復雜的理論。我本來以為會是一本需要抱著字典啃下去的“硬骨頭”，沒想到打開之後，它卻用一種齣人意料的方式吸引瞭我。作者在開頭部分，並沒有直接拋齣艱深的數學推導，而是從一些非常貼近我們日常生活的現象入手，比如靜電的吸附作用，或者為什麼會有磁鐵吸附金屬等，然後層層遞進，將抽象的電磁概念具象化。這種“由錶及裏”的講解方式，極大地降低瞭初學者的門檻，讓我覺得電磁場不再是遙不可及的科學概念，而是無處不在的物理規律。書中的插圖也相當用心，很多圖例都清晰地展示瞭電場綫、磁感綫的分布，甚至還有一些模擬的仿真截圖，這些視覺化的元素，對於理解三維空間中的電磁分布非常有幫助。我尤其喜歡其中關於“渦流”的講解，通過一個簡單的綫圈和變化的磁場，生動地解釋瞭為什麼會産生渦流，以及渦流在實際工程中的應用，比如感應加熱。總的來說，它是一本非常友好的入門讀物，能夠激發讀者對電磁學的好奇心，而不是單純地灌輸知識。

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這本書，怎麼說呢，給我一種“老派學者”的感覺。不是說它陳舊，而是它那種嚴謹、深入骨髓的學術風格，讓人肅然起敬。從一開始，它就沒有迴避那些經典的理論模型，比如麥剋斯韋方程組，而是將其作為整個體係的基石，然後一點點展開。它的講解邏輯非常清晰，每一步都建立在前一步的基礎上，推導過程詳盡而不跳躍，對於我這種喜歡刨根問底的讀者來說，簡直是福音。作者似乎有一種魔力，能把那些看似復雜的積分和微分方程，分解成易於理解的物理意義。我記得有一次，我花瞭很久都沒理解“邊界條件”在求解電磁場問題中的作用，翻到這本書的某個章節，它通過一個關於電纜傳輸的例子，非常形象地說明瞭邊界條件如何影響信號的傳播和反射，讓我豁然開朗。書中的例題也很有代錶性，涵蓋瞭各種典型的工程問題，而且解答過程完整，讓我在學習理論的同時，也能掌握解決實際問題的技巧。雖然這本書的篇幅不小，閱讀起來需要投入不少時間和精力，但每一次的理解和進步，都帶來巨大的成就感。它更像是一本“武功秘籍”，需要你耐心研習，纔能領悟其中精髓。

评分☆☆☆☆☆

說實話，拿到這本書的時候，我心裏是帶著一絲期待，但更多的是一種“挑戰”的心態。我之前接觸過一些電磁場的教材，總是覺得它們要麼過於理論化，要麼就是簡單粗暴地給齣結論，很難找到那種既嚴謹又易於理解的。然而，這本書給瞭我驚喜。它在開篇就非常巧妙地引入瞭“電荷守恒定律”和“能量守恒定律”這兩個基本原理，然後以此為基礎，構建起整個電磁場理論的框架。這種從宏觀到微觀、從原理到應用的講解思路，讓我覺得非常係統和有條理。它在推導某些重要公式時，會非常詳細地解釋每一步的物理意義，而不是簡單地給齣數學推導過程。我特彆欣賞它在處理“坡印德廷矢量”這一章節時的處理方式，它不僅解釋瞭坡印德廷矢量的定義和計算方法，還通過幾個典型的電磁波傳播和能量傳輸的例子，讓我們直觀地感受到能量在電磁場中的流動方嚮和大小。書中的公式推導清晰，而且很多地方都給齣瞭不同場景下的簡化形式，方便我們應用。雖然這是一本偏嚮理論的書籍，但它並沒有忽略工程應用的價值，在很多章節的結尾都會提及相關的工程背景，這讓我在學習理論的同時，也能感受到它的實用性。

评分☆☆☆☆☆

這本書，我覺得它更像是一本“指南”，而不是一本“教科書”。它沒有那種大部頭書籍的壓迫感，但內容卻非常紮實，而且結構組織得非常巧妙。作者在講解電磁場理論時，采用瞭“問題導嚮”的學習模式，也就是說，它不是按照傳統的知識點順序來講解，而是從一些實際的工程問題齣發，然後引導讀者去探索解決這些問題所需的電磁場理論。比如，在講解“磁場與物質相互作用”時，它不是直接給齣磁化率的定義，而是從一個關於永磁體設計的問題入手，然後逐步分析不同材料的磁性能如何影響磁場分布，最終引齣磁疇、磁滯迴綫等概念。這種方式讓我覺得學習的過程更有目的性，也更容易集中注意力。書中的語言風格也比較活潑，不像傳統的學術書籍那麼刻闆，讀起來有一種輕鬆感。它還引入瞭很多現代的仿真軟件和實驗方法，讓我在學習理論的同時，也能接觸到一些前沿的工程實踐。我特彆喜歡其中關於“電磁兼容性”的章節，它用瞭很多實際的案例，分析瞭不同電子設備之間可能産生的電磁乾擾，以及如何進行有效的防護，這些內容對於我這個工程專業學生來說，實用性非常強。

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我最近在學習的過程中，碰巧接觸到這本書，一開始是被它那封麵所吸引，感覺設計得很有現代感，很簡潔。拿到手裏翻看瞭幾頁，發現它的內容和我之前看過的很多電磁場教材都不太一樣。它不是那種上來就講公式、講定理的類型，而是從一些大傢非常熟悉的應用場景切入，比如手機信號的傳播、無綫充電的原理，甚至是微波爐的工作方式，然後逐步引齣相關的電磁場概念。這種方式讓我覺得特彆親切，也更容易理解。作者在講解一些核心概念時，用瞭很多比喻和類比，讓那些抽象的物理量變得生動起來。比如，它在解釋“電位移”時，就用瞭一個“水位”的比喻，非常形象。而且，這本書的排版也很舒服，文字大小、行間距都恰到好處，加上適量的插圖和圖錶，閱讀起來一點都不費勁。最重要的是，它在講解理論的同時，非常注重與工程實踐的結閤，很多章節後麵都會提到相關的工程應用案例，甚至還給齣瞭一些初步的計算方法，這對於我這種更偏嚮實際應用的學習者來說，非常有價值。總的來說，這本書給我帶來瞭很多新的視角和啓發。

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