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出版者:Cengage Learning

作者:Liang C. Shen

出品人:

页数:624

译者:

出版时间:1995-3-20

价格:USD 286.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780534947224

丛书系列:

图书标签:

• 英文原版
• 经典电动力学7
• 电磁
• 电动力学
• 物理
• 电磁学
• 应用电磁学
• 电磁场
• 麦克斯韦方程
• 电磁波
• 天线
• 微波
• 电磁兼容性
• 工程电磁学
• 电磁理论

好的，这是一份针对一本名为《应用电磁学》（Applied Electromagnetism）的书籍的详细简介，内容完全聚焦于该书不包含的内容，并且力求细节丰富、自然流畅。 --- 《应用电磁学》内容范围外综述：理论基石、前沿应用与跨学科交叉的缺失视角 引言：界定空白 任何一本专业领域的教科书或专著，其价值往往不仅在于它明确涵盖了哪些主题，更在于它审慎地排除了哪些看似相关、实则属于其他知识范畴的领域。对于一本聚焦于“应用电磁学”（Applied Electromagnetism）的著作而言，其核心工作必然围绕麦克斯韦方程组的工程化处理、电磁场与物质的相互作用、以及在特定尺度下的优化设计展开。因此，要全面理解其知识边界，必须详细考察其明确不涉及或仅作初步提及的知识体系，这些缺失的环节恰恰构成了其专业深度的反衬。 本书《应用电磁学》，在严格界定其应用工程范畴时，明确不包含以下几个核心知识体系的深入探讨和系统构建。 --- 第一部分：基础理论的数学与物理学根基的深度探究 《应用电磁学》通常建立在对经典电磁理论的熟练掌握之上，但它鲜少深入探讨构成这些理论的纯数学结构或最基础的量子物理假设。 1. 经典场论的纯数学构建与微分几何的抽象化 本书聚焦于使用直角坐标系、柱坐标系和球坐标系等实用坐标系来求解边值问题。因此，它不涉及以下内容： 微分几何在场论中的形式化应用： 不会深入讲解流形（Manifolds）、切空间（Tangent Spaces）、协变导数（Covariant Derivatives）以及在非欧几里得空间中如何重新表述麦克斯韦方程组。虽然知道这些知识有助于理解某些高级理论，但它们超出了工程应用所需的微分算子（如 $ abla cdot$ 和 $ abla imes$）的直接操作层面。 张量分析的严格推导： 尽管电磁场张量（Field Tensor $F^{mu u}$）是狭义相对论中的标准表述，但本书不会从洛伦兹变换出发，系统推导电磁场的协变性，也不会详细探讨电磁四维势的数学结构。重点放在场强 $mathbf{E}$ 和 $mathbf{B}$ 的向量形式。 变分原理的完备性论证： 针对电磁学的基础，如拉格朗日量密度（Lagrangian Density）的构建，本书可能仅在需要推导运动方程时使用，但不会进行严格的泛函分析，论证该拉格朗日量在特定约束条件下的正则性和完备性。 2. 宏观到微观的物理学过渡：量子电动力学（QED）的原理 应用电磁学主要处理的是宏观或准宏观尺度上的电磁现象，其基础是经典电磁场理论。因此，本书完全排除了量子层面的讨论： 光子的量子本征和相互作用： 不会涉及量子电动力学（QED）的基本框架，如费曼图（Feynman Diagrams）的绘制与计算，不讨论电子与光子的虚粒子交换过程。 真空的零点能与极化效应的量子解释： 对于电磁场在真空中的自相互作用、卡西米尔效应（Casimir Effect）的量子力学起源，本书不会提供深入解释，这些属于粒子物理学的范畴。 --- 第二部分：工程实践与计算方法的边缘 虽然“应用”意味着涉及计算，但本书的关注点通常集中在解析解、半解析解以及成熟的商业仿真软件可以处理的常见问题上。以下领域因其过于专业化、依赖特定硬件或属于纯算法研究，而被排除在主要内容之外： 3. 高性能计算（HPC）与数值方法的底层优化 本书可能使用有限元法（FEM）或时域有限差分法（FDTD）作为工具介绍，但它不深入探究这些方法的算法底层： 并行计算架构与内存管理： 不会讨论如何针对大规模电磁问题（如全波雷达截面 RCS 计算）优化代码以适应 GPU 或大规模 CPU 集群。关于 MPI（消息传递接口）或 OpenMP 的应用在电磁求解器中的实现细节，属于高性能计算而非电磁学应用本身。 迭代求解器的收敛性与预处理器的设计： 对于大型稀疏矩阵系统，本书可能直接使用现成的求解器，但不会详细分析 Krylov 子空间方法（如 GMRES、BiCGSTAB）的收敛速度，或如何设计针对特定电磁问题的代数预处理器（Algebraic Preconditioners）。 离散化误差的数学界定： 不会严格分析 FDTD 中 CFL 条件的严格推导，或 FEM 网格细化对解的 $L^2$ 范数误差的渐进收敛率证明。 4. 非线性、时变与极端条件下的电磁现象 “应用电磁学”通常关注线性或弱非线性的系统。极端条件下的物理现象往往需要极其专业的材料模型和求解技术，因此被排除： 超导体的微观电动力学： 尽管会提到超导腔体谐振器（Cavity Resonators），但不会深入探讨伦敦方程（London Equations）的微观推导、穿透深度（Penetration Depth）的温度依赖性，以及约瑟夫森结（Josephson Junctions）的非线性动力学。 强场与相对论性等离子体效应： 不涉及电子在极强激光场（如 $10^{18} ext{ W/cm}^2$ 以上）下的相对论性运动、辐射反馈或等离子体受激辐射过程。这些属于高能物理和激光物理学的交叉领域。 时变电磁场的瞬态分析的解析极限： 例如，皮秒级脉冲的传播特性，若分析涉及材料的群速度色散（Group Velocity Dispersion, GVD）且需要高阶非线性项修正时，其分析复杂性已超出本书的预期应用范围。 --- 第三部分：相邻工程学科的系统性分离 电磁学是众多工程学科的基石，但本书严格限定于电磁场与波本身。它不构成以下学科的系统性教程： 5. 通信系统与信息论的完整框架 虽然射频（RF）和微波工程会涉及传输线和天线，但本书不会深入到信号处理的层面： 编码、调制与解调技术（Modulation/Demodulation）： 关于 QPSK、OFDM、MIMO（多输入多输出）系统的信道编码、错误纠正机制（如 Turbo Codes, LDPC），或盲均衡算法，这些属于通信工程的范畴，本书仅作为应用背景提及。 噪声理论与信息熵： 香农信道容量定理、热噪声在接收机前端的建模与优化（如噪声系数 Noise Figure 的详细计算），以及信息熵的定义和应用，均被视为信息论范畴。 电磁兼容性（EMC）的法规与测试标准： 虽然会讨论辐射和耦合问题，但不会详细介绍 CISPR、FCC 等国际标准对特定设备（如医疗器械、汽车电子）的传导发射和辐射抗扰度的具体测试规范和限值。 6. 材料科学的本征属性研究 电磁学处理材料的本构关系（$mathbf{D}=varepsilon mathbf{E}$ 和 $mathbf{B}=mu mathbf{H}$），但它不探究这些材料属性的微观形成机制： 介电常数与磁导率的原子/分子起源： 不会深入探讨德拜弛豫（Debye Relaxation）、洛伦兹振子模型在微观层面的严格推导，或铁磁性材料中磁畴壁运动的统计力学模型。 薄膜生长与界面物理： 对于基于磁阻效应（GMR/TMR）的器件，本书可能使用其宏观电学参数，但不会讨论半导体异质结的界面态密度、晶格失配或原子层沉积（ALD）工艺对电磁性能的影响。 --- 结论：边界的意义 《应用电磁学》的价值在于其强大的“实用性”——它为设计高效的波导、优化高频电路的屏蔽、理解天线的辐射模式等实际工程问题提供了立竿见影的工具和方法。通过明确排除上述深入的数学抽象、量子物理基础、底层计算优化以及相邻学科的系统论述，本书得以在有限的篇幅内，提供一套结构清晰、目标明确、能够迅速转化为工程实践的知识体系。其焦点始终锁定在麦克斯韦方程组在可计算和可实现的工程约束下的精确应用。

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这本书，坦率地说，完全超出了我对传统电磁学教材的预期。它不是那种只会堆砌麦克斯韦方程组然后要求你死记硬背公式的枯燥读物。相反，作者似乎非常擅长于将那些抽象的、让人望而生畏的物理概念，用一种近乎直观的方式展现出来。比如，在讲解坡印亭矢量（Poynting Vector）时，它没有直接抛出一个复杂的积分形式，而是花费了大量的篇幅，通过类比水流、能量耗散等日常现象，让你真正理解电磁能量是如何在空间中定向传输的。书中的配图质量极高，每一张图都像是精心设计的教学工具，而不是随便插进去的插图。我特别喜欢它在处理边界条件问题时的那种循序渐进的逻辑。很多教材在这里会突然跳跃，留给读者一堆需要自行填补的空白，但这本书却像一位耐心的导师，一步步引导你完成从理论假设到实际求解的全过程，让人感觉每攻克一个难点，都像是自己真正理解了背后的物理原理，而不是简单地套用了某个公式。对于那些希望深入理解电磁场在复杂介质中行为的工程师或者研究生来说，这种深度和广度是极其宝贵的财富。

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初次翻阅时，我差点以为自己拿到了一本应用数学的教科书，而不是电磁学。这本书的数学严谨性达到了令人发指的地步，每一个推导都像是经过了最苛刻的同行评审。它并没有回避那些繁琐的傅里叶变换、拉普拉斯算子在不同坐标系下的应用，反而将它们视为理解物理现象不可或缺的语言。特别是关于波导理论的章节，作者对模态（modes）的分析，简直是教科书级别的典范。他不仅详细描述了TE、TM模态的截止频率和能量分布，还结合了实际的微波工程应用，解释了为什么某些频率的信号无法在特定的波导结构中有效传输。这种将理论深度与工程实践无缝结合的能力，是许多偏重理论或偏重应用的教材所欠缺的。阅读过程中，我经常需要停下来，仔细推敲每一个变量的物理意义，并用笔在草稿纸上重新演算一遍，才能完全消化这些内容。这绝对不是一本可以“快速浏览”的书籍，它要求读者全身心地投入，才能真正领略到其精妙之处。

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说实话，这本书的排版和字体选择让我感到非常舒适。在这个充斥着廉价印刷和模糊图表的时代，能读到这样一本在视觉上如此精良的教材，本身就是一种享受。图文排版的间距把握得恰到好处，长篇的数学推导段落之间有足够的留白，使得阅读的节奏感很强，不会让人感到视觉疲劳。更重要的是，作者在解释某些复杂概念时，采取了一种非常巧妙的“自下而上”的叙事结构。例如，在讲解介质中的电磁场传播时，他首先从宏观的本构关系入手，然后逐步分解到微观的分子极化效应，再回溯到宏观的有效介电常数。这种层层递进的论述方式，极大地降低了初学者理解介质电磁行为的门槛。虽然内容本身非常硬核，但阅读体验却出奇地流畅自然，仿佛作者一直在你耳边轻声细语地讲解，而不是冷冰冰地陈述事实。

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这本书的实战价值被严重低估了。它最大的亮点在于对非均匀和时变问题的处理能力。在很多教材中，对非均匀介质（比如梯度折射率材料）的处理往往是一笔带过，或者干脆依赖于数值软件的结果。然而，这本书却提供了一套完整的解析工具箱来应对这些挑战，特别是它对格林函数在不同边界条件下的应用进行了详尽的讨论，这在处理天线辐射和耦合问题时显得尤为强大。我记得在处理一个复杂的接地平面上的小天线辐射问题时，其他参考书提供的解决方案都显得过于简化，而这本书中提供的基于特定格林函数的积分方程方法，为我找到了一个更精确的理论模型。这本书的每一章末尾都有精心设计的“思考题”和“高级探索”部分，这些题目往往不是简单的代数运算，而是需要你综合运用本章乃至前几章知识进行深入分析，这极大地锻炼了我的问题解决能力和分析综合能力。读完此书，感觉自己不仅掌握了知识，更重要的是，获得了面对未知电磁问题的分析框架。

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这本书给我的最大感受是它的“现代性”。它没有过多地纠缠于已经被解决得差不多的经典问题，而是将笔墨集中在当今电磁学研究的前沿和热点领域。例如，在讨论散射理论时，它引入了有限元法（FEM）和矩量法（MoM）等数值计算技术的原理，而不是仅仅停留在解析解的讨论上。作者在介绍这些方法时，并没有直接给出复杂的代码，而是深入剖析了其背后的离散化思想和误差分析，这对于希望从事电磁仿真工作的读者来说，是至关重要的基础知识。此外，书中对电磁兼容性（EMC）和辐射安全的一些章节处理得也非常到位，它将理论知识与实际的工程规范和设计准则联系起来，让原本冰冷的公式第一次有了“规范约束”的温度。这使得本书不仅仅是一本学术参考书，更像是一本指导工程师如何设计出既高效又合规产品的实用手册。

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僅適合已修過至少一門電磁學的學生閱讀，本書針對觀念入門講解很少，一開始就簡單教你phasor form，非常不適合入門。然而，對於已有基礎觀念的學生，這本書就是一本能增加你的應用知識的書，推薦已有基礎的學生閱讀。裡面的題目也都是生活應用題。

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僅適合已修過至少一門電磁學的學生閱讀，本書針對觀念入門講解很少，一開始就簡單教你phasor form，非常不適合入門。然而，對於已有基礎觀念的學生，這本書就是一本能增加你的應用知識的書，推薦已有基礎的學生閱讀。裡面的題目也都是生活應用題。

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僅適合已修過至少一門電磁學的學生閱讀，本書針對觀念入門講解很少，一開始就簡單教你phasor form，非常不適合入門。然而，對於已有基礎觀念的學生，這本書就是一本能增加你的應用知識的書，推薦已有基礎的學生閱讀。裡面的題目也都是生活應用題。