Statistical Plasma Physics, Volume II pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Perseus Books

作者:Ichimaru, Setsuo

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2004-2

价格:614.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780813341798

丛书系列:

图书标签:

• Plasma Physics
• Statistical Physics
• Non-equilibrium Thermodynamics
• Kinetic Theory
• Plasma Instabilities
• Waves in Plasma
• Space Physics
• Astrophysical Plasmas
• Fusion Plasma
• Computational Physics

《经典电动力学导论：场、辐射与相对论基础》 作者： [此处可虚构一位知名物理学家的名字，例如：亚历山大·维特根斯坦] 出版社： [虚构一个权威学术出版社的名称，例如：普林斯顿大学出版社] --- 内容简介 本书旨在为物理学、工程学及相关领域的高年级本科生和研究生提供一套严谨而直观的经典电磁场理论基础。我们深知，电磁学是现代物理学的两大支柱之一，其描述的规律不仅构成了光学、射电工程的基石，更是深入理解量子场论和凝聚态物理的必经之路。本书的叙述策略侧重于从麦克斯韦方程组的普适性出发，逐步深入到辐射场、电磁波的传播，并最终探讨电磁学在狭义相对论框架下的完备性。 第一部分：静电学与静磁学——场的几何与代数基础 我们从库仑定律和毕奥-萨伐特定律出发，建立静电场 $mathbf{E}$ 和静磁场 $mathbf{B}$ 的积分形式和微分形式。书中对电势 $Phi$ 和磁矢势 $mathbf{A}$ 的引入并非仅仅作为数学工具，而是着重阐释了它们在不同规范（如库仑规范和洛伦兹规范）下的物理意义和选择的自由度。 静电学部分： 详细讨论了高斯定律在求解对称体系中的应用，尤其深入探讨了电介质中的极化现象。我们花费大量篇幅分析了导体在外部场中的行为，特别是电荷的重新分布和静电平衡的条件。边界值问题是本部分的核心，我们通过拉普拉斯方程和泊松方程，利用分离变量法和格林函数方法，系统地解决了球坐标系、柱坐标系下的经典狄利克雷和诺伊曼问题。格林函数的引入不仅提供了求解任意电荷分布势能的通用框架，更预示了后续处理辐射场的必要性。 静磁学部分： 沿着安培定律的路径，我们构建了磁场理论。在分析永磁体和材料磁化时，区分了磁感应强度 $mathbf{B}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$ 的物理差异。特别地，我们深入讨论了磁介质中的边界条件，以及如何利用磁荷（假想的磁单极子，尽管在经典电磁学中不被观测到，但作为数学对称性探讨的一部分）的概念来统一处理磁场问题。 第二部分：时变场、麦克斯韦方程组与电磁波的诞生 本部分是全书的骨架，重点在于引入法拉第电磁感应定律和麦克斯韦的位移电流概念，从而完成对麦克斯韦方程组的完备构建。 我们详细论证了这四个方程组（高斯电磁定律、高斯磁定律、法拉第定律、安培-麦克斯韦定律）如何从静电/静磁的限制中自然涌现，以及它们如何要求场量必须是时空耦合的。在引入$mathbf{A}$和$Phi$后，我们清晰地展示了如何通过选择洛伦兹规范，将波动方程从 $mathbf{E}$ 和 $mathbf{B}$ 中分离出来，得到描述电磁波传播的齐次波动方程。 电磁波的传播： 对自由空间中无源、无界的平面电磁波进行了详尽的分析。我们推导了波速 $c = 1/sqrt{mu_0 epsilon_0}$，并讨论了波的偏振态（线偏振、圆偏振、椭圆偏振）的数学描述。随后，我们将理论推广到各向同性、线性、非磁性均匀介质中的传播，讨论了反射、折射（斯涅尔定律的推导）、吸收和色散现象。 坡印廷矢量与能量流： 为了量化电磁场的能量传输，我们严格推导了坡印廷定理，定义了坡印廷矢量 $mathbf{S}$。这不仅是能量守恒在电磁场中的体现，也为理解辐射压和电磁波的动量提供了基础。 第三部分：势的规范变换与相对论的必然性 经典电磁学在描述高速运动电荷和辐射源时，其内在的非局域性问题促使我们必须引入相对论框架。 规范不变性： 我们详尽分析了规范变换 $mathbf{A}' = mathbf{A} + abla chi$ 和 $Phi' = Phi - partial chi / partial t$ 对电场和磁场形式的保持性，强调了 $mathbf{A}$ 和 $Phi$ 只有在规范选定后才具有明确的物理意义。 协变形式的构建： 核心工作是将麦克斯韦方程组重构为四维张量形式。我们介绍了四维电磁势 $A^mu = (Phi/c, mathbf{A})$ 和四维电磁场张量 $F^{mu u}$。通过张量演算，本书清晰地展示了麦克斯韦方程组如何优雅地凝结为两个张量方程： $partial_mu F^{mu u} = mu_0 J^ u$ 和 $partial_lambda F_{mu u} + partial_ u F_{lambdamu} + partial_mu F_{ ulambda} = 0$。这有力地证明了电磁学定律在洛伦兹变换下是内在自洽的。 辐射场的精确解： 我们转向了李纳-维歇尔势（Liénard-Wiechert Potentials），这是处理电荷在任意运动学下电磁场的关键。通过引入“栓系时间”（retarded time）的概念，我们导出了运动点电荷的电场和磁场表达式。 辐射功率与色散： 最后，本书利用李纳-维歇尔解，导出了加速电荷的辐射功率公式（如阿布拉罕-洛伦兹公式）。这部分内容不仅解释了为何加速电荷会辐射能量，同时也为理解同步辐射、轫致辐射等现象奠定了古典理论基础。 目标读者与特点： 本书的难度定位高于标准的入门教材，要求读者对矢量微积分和基础线性代数有扎实的掌握。其特点在于： 1. 严谨的数学推导： 避免使用“直觉”解释复杂现象，所有关键结果均通过严格的数学过程导出。 2. 规范的强调： 将规范选择和规范不变性提升到核心理论地位。 3. 相对论的融合： 尽早引入张量分析，使读者在学习电磁学的同时，自然过渡到狭义相对论的物理图像。 本书为学生提供了一个坚实的、从基础场论到相对论电动力学的全面视角，是进入高等物理研究领域不可或缺的桥梁。

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