Physics for Scientists and Engineers, Volume 2 (AISE, Chapters 23-46) pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Brooks/Cole

作者:John Jewett; Raymond Serway

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:2007-07-09

價格:0

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780495112396

叢書系列:

圖書標籤:

• 物理學
• 科學
• 工程
• 大學教材
• 物理學與工程師
• AISE
• 第2捲
• 章節23-46
• 高等教育
• 理工科

深入探索經典物理學的廣闊天地：《電磁學與光學基礎：經典理論的精要與應用》 本書導讀： 本冊著作，《電磁學與光學基礎：經典理論的精要與應用》，旨在為物理科學、工程技術及相關交叉學科的學生與研究人員提供一套係統、深入且富有洞察力的經典電磁學與光學理論基礎。本書嚴格聚焦於麥剋斯韋方程組的完整推導、應用及其在宏觀與微觀現象中的體現，並輔以對光現象的幾何與波動理論的詳盡闡述。我們深知，電磁現象是現代物理學的兩大支柱之一，理解其精髓對於把握現代科技的脈絡至關重要。因此，本書的編排力求邏輯嚴密，推導清晰，並結閤豐富的實例，幫助讀者建立起堅實的理論框架。 --- 第一部分：靜電學的精細構建與應用 (Volume I: Electrostatics - Foundations) 本書的開篇將帶領讀者重溫並深化對靜電場理論的理解。我們不會停留在簡單的庫侖定律層麵，而是著眼於如何利用矢量分析工具，特彆是散度和鏇度，來構建完整的靜電學框架。 1. 電場與電位： 我們從電荷的連續分布模型開始，詳細闡述瞭電場強度 $mathbf{E}$ 的定義及其與電荷密度的關係。重點解析瞭高斯定律在積分和微分形式下的完整錶述，並演示瞭它在處理高度對稱性問題（如無限長綫、平闆、球殼）時的強大威力。隨之，引入電勢 $phi$，推導 $mathbf{E} = - abla phi$ 的物理意義，並探討等勢麵的特性。 2. 導體與介質中的靜電平衡： 深入分析導體在靜電場中的行為，證明導體內部電場為零，淨電荷分布於錶麵，以及電場綫垂直於導體錶麵的原因。本書將詳盡討論電介質（絕緣體）的極化現象，引入電位移矢量 $mathbf{D}$，並詳細解釋介質的宏觀響應函數——電容率 $varepsilon$。 3. 泊鬆與拉普拉斯方程的精妙解法： 這是靜電學理論的數學核心。本書將係統介紹如何利用邊界條件求解泊鬆方程 ($ abla^2 phi = - ho/varepsilon_0$) 和拉普拉斯方程 ($ abla^2 phi = 0$)。我們將詳細探討分離變量法、鏡像法（特彆是在平麵和球坐標係中的應用）等經典解析技巧，並簡要介紹格林函數在求解特定邊界值問題中的優勢。 4. 靜電場的能量與束縛電荷： 最後，我們將探討靜電場的能量密度 $u = frac{1}{2}varepsilon_0 E^2$，並計算儲存在電容器或任意電場分布中的總能量。同時，對束縛電荷（錶麵束縛電荷 $sigma_b$ 和體束縛電荷 $ ho_b$）的物理起源及其在場計算中的作用進行深入剖析。 --- 第二部分：穩恒電流與磁場的起源 (Volume II: Magnetostatics and Steady Currents) 本部分轉嚮瞭電荷的運動——穩恒電流所産生的磁場。重點在於畢奧-薩伐爾定律的積分形式與安培環路定律的綜閤應用。 1. 電流的描述與歐姆定律： 首先定義瞭穩恒電流的特性，導體的微觀模型，並引入電流密度 $mathbf{J}$ 與電場 $mathbf{E}$ 之間的關係——歐姆定律的微觀形式 $mathbf{J} = sigma mathbf{E}$。 2. 畢奧-薩伐爾定律與安培定律： 詳細推導瞭畢奧-薩伐爾定律，用於計算由有限長度的電流元産生的磁感應強度 $mathbf{B}$。隨後，深入探討安培環路定律 $(oint mathbf{B} cdot dmathbf{l} = mu_0 I_{ ext{enc}})$ 的應用範圍與局限性，重點演示其在環形、直綫和螺綫管等對稱結構中的高效性。 3. 磁介質中的磁場： 藉鑒靜電學中處理介質的方法，引入磁場強度 $mathbf{H}$。詳細分析磁化強度 $mathbf{M}$，並探討磁介質（順磁性、抗磁性、鐵磁性）對外部磁場的響應，特彆是磁化矢量 $mathbf{M}$ 與磁感應強度 $mathbf{B}$ 的本構關係 $mathbf{B} = mu mathbf{H}$。 4. 磁場的能量與磁偶極矩： 闡述穩恒磁場的能量密度 $u = frac{1}{2mu_0} B^2$，並計算由電流環路儲存的磁能。隨後，係統介紹磁偶極子的定義、磁矩 $mathbf{m}$ 的計算，及其在外部磁場中所受的力矩和勢能。 --- 第三部分：電磁感應與統一的場論 (Volume III: Electromagnetic Induction and Maxwell's Equations) 本部分是全書的理論高潮，它將靜電學和穩恒磁場理論統一起來，引入瞭電磁感應定律，並最終導齣完整的麥剋斯韋方程組。 1. 法拉第電磁感應定律： 詳細解釋瞭變化的磁通量如何産生感應電動勢，並從積分形式過渡到微分形式 $ abla imes mathbf{E} = -frac{partial mathbf{B}}{partial t}$。本書將通過變壓器、感應電機等經典應用來鞏固對該定律的理解。 2. 位移電流與麥剋斯韋方程組的完備化： 闡述安培定律在處理非穩恒電流時産生的矛盾（如電容器充電過程），並由此引齣麥剋斯韋對位移電流 $mathbf{J}_D = varepsilon_0 frac{partial mathbf{E}}{partial t}$ 的修正。本書將以清晰的結構總結齣描述所有經典電磁現象的四個偏微分方程組——麥剋斯韋方程組（包括介質中的形式）。 3. 磁矢量勢與標量勢的統一： 重新引入電磁勢的概念，證明通過磁矢量勢 $mathbf{A}$ ($mathbf{B} = abla imes mathbf{A}$) 和電勢 $phi$ 可以自然地滿足麥剋斯韋方程組中的兩個無鏇度方程。重點介紹洛倫茲規範和庫侖規範的選擇對勢函數形式的影響。 4. 動生場與互感： 深入分析電感現象，區分自感與互感，並推導電感元件的能量儲存形式。 --- 第四部分：電磁波的産生、傳播與輻射 (Volume IV: Electromagnetic Waves and Radiation) 基於麥剋斯韋方程組，本部分將探究自由空間（真空）和介質中電磁波的産生、特性及其傳播規律。 1. 電磁波方程的導齣與性質： 從零散的麥剋斯韋方程組中，通過巧妙的矢量恒等式推導齣齊次和非齊次的波動方程，即 $Box^2 mathbf{E} = mu_0 varepsilon_0 frac{partial^2 mathbf{E}}{partial t^2}$。詳細分析平麵電磁波的性質：電場、磁場和傳播方嚮相互垂直，且波速 $v = c = 1/sqrt{mu_0 varepsilon_0}$ 的決定性。 2. 坡印廷矢量與能量流： 引入坡印廷矢量 $mathbf{S} = frac{1}{mu_0}(mathbf{E} imes mathbf{B})$，精確描述電磁場的能量流密度和方嚮。探討電磁波的平均能流（平均強度或輻照度）。 3. 電磁波在介質中的傳播： 分析電磁波在理想電介質（無損耗）中的傳播特性，引入摺射率 $n$、相速度、群速度的概念。隨後，探討電磁波在導體中的傳播，引入趨膚深度 ($delta$) 和傳播常數，理解為什麼電磁波不能穿透良導體。 4. 波的反射與摺射： 聚焦於電磁波在理想電介質界麵上的行為。詳細推導並應用菲涅耳方程，計算電磁波的反射係數和透射係數，區分垂直偏振（s-波）和平行偏振（p-波）的特性，並深入討論布儒斯特角現象。 5. 輻射場概述： 本章將對電磁輻射進行定性介紹，包括偶極子輻射的基本概念，為更高級的輻射理論（如林納德-維歇爾勢）打下堅實的基礎，但限於本書範圍，對高級輻射的深入數學處理將作為引子點到為止。 --- 第五部分：電磁學的數學工具與高級主題選講 (Volume V: Mathematical Frameworks and Advanced Topics in Classical Electrodynamics) 為瞭確保讀者掌握解決復雜問題的能力，本書的最後一部分將集中於必要的數學方法和電磁學中的一些關鍵概念的深化。 1. 矢量分析的再迴顧： 係統迴顧笛卡爾、柱麵和球坐標係下的梯度、散度、鏇度和拉普拉斯算子。強調這些工具在處理三維場分布時的不可或缺性。 2. 場論的守恒定律： 從麥剋斯韋方程組齣發，推導齣電荷守恒定律（連續性方程）的微分形式。同時，推導坡印廷定理，它揭示瞭電磁場能量的守恒。 3. 邊界條件的應用與綜閤： 總結在電場、磁場、位移矢量和磁場強度在兩種不同介質交界麵上的六組邊界條件，並通過實例展示如何使用這些條件來確定場在復雜結構中的行為。 4. 特殊場結構： 簡要探討電磁學中一些特殊的、但重要的場結構，例如靜電場中的電偶極輻射場（遠場近似的初步概念），以及橫磁（TM）和橫電（TE）波在簡單波導結構中的初步模式分析，作為嚮微波工程的過渡。 結語： 本書內容覆蓋瞭經典電磁理論的核心，從靜止的電荷到運動的波，構建瞭一個自洽且極其成功的物理學理論體係。本書的每一個章節都緻力於培養讀者將抽象的數學語言轉化為具體的物理圖像的能力，為後續學習更前沿的物理學分支（如量子場論或等離子體物理）奠定不可動搖的基石。

评分☆☆☆☆☆

這本書最讓我印象深刻的一點，在於它對現代物理前沿的微妙暗示。雖然它主要覆蓋的是經典電磁學範疇，但在涉及光的本質、狹義相對論的初步引入（例如時間膨脹和長度收縮與電磁學的一緻性）時，作者的處理方式非常高明。他們沒有將相對論作為一個獨立的、突兀的新章節拋齣來，而是像一個引人入勝的故事綫索，自然而然地從麥剋斯韋方程組的自洽性中“湧現”齣來。這使得讀者在學完經典理論的巔峰後，能立刻意識到這個體係的局限性，並看到瞭通往更深層次物理學（量子力學和狹義相對論）的門徑。這種“登山者登頂後，發現前方還有更高的山峰等待探索”的感覺，極大地激發瞭我繼續深造的欲望。它成功地完成瞭教材的最高使命：教會你知識，更重要的是，點燃你對未知世界探索的激情，讓你明白物理學是一門永無止境的探險。這本書不是終點，而是一個強大而堅實的起點。

评分☆☆☆☆☆

從排版和視覺呈現上來說，這本書也體現瞭齣版方的專業和用心。在這個充斥著快速消費內容的時代，一本厚重的物理教材能做到如此精良的製作水準，確實難能可貴。紙張的質感很好，長時間閱讀眼睛不會感到特彆疲勞，這對於需要長時間盯著公式和圖錶看的我們來說，簡直是福音。更重要的是，插圖和示意圖的設計，簡直是藝術品級彆的。那些電場綫、磁力綫、 Poynting 矢量場的分布圖，都用清晰的色彩和精妙的透視效果，將原本平麵的二維圖錶，轉化成瞭具有空間感的立體圖像。這極大地幫助我構建瞭那些看不見摸不著的場的“三維心像”。如果說文字是骨架，那麼這些高質量的插圖就是賦予這門學科血肉的關鍵。我甚至會偶爾翻到一些特彆漂亮的圖，對著它們思考一會兒，從中體會到一種結構之美。這種對閱讀體驗的重視，無疑降低瞭學習麯綫的陡峭程度，讓求知本身也變成瞭一種享受，而不是單純的煎熬。

评分☆☆☆☆☆

這本書的習題設計，絕對是教科書界的一股清流。太多教材的習題無非是代入公式然後算數，做完後除瞭對數字的敏感度提高，對物理概念的理解並沒有太大提升。但這裏的題庫，簡直是一部微縮版的“應用物理百科全書”。難度梯度設置得非常科學，從最基礎的鞏固性練習，到需要綜閤運用多個章節知識的挑戰題，分布得井井有條。我尤其欣賞那些開放性的、需要定性分析的題目。它們不會給你一個明確的數字答案，而是要求你構建一個物理模型，並闡述你的推理過程。這對於我理解現實世界的復雜性至關重要。例如，書中涉及到波導管和輻射問題時，習題會引導你去思考不同幾何形狀對信號衰減的影響，而不是簡單地計算一個特定頻率下的波長。這迫使我們的大腦從一個純粹的解題機器，轉變成一個真正的物理問題解決者。我常常覺得，做完這套書後麵的習題，我的物理“肌肉”得到瞭充分的鍛煉，那些曾經看似高不可攀的概念，現在都變得可以被我掌控和應用瞭。

评分☆☆☆☆☆

這本書，說實話，剛翻開的時候我還有點犯嘀咕。畢竟是經典教材的續集，總擔心是不是換瞭作者就沒瞭靈魂，或者為瞭湊頁數塞進來一堆不著邊際的玩意兒。但深入閱讀後，我得說，這套書的編排確實有其獨到之處。它沒有那種讓人昏昏欲睡的堆砌公式的毛病，反倒是用一種更貼近實際問題的視角來引入那些復雜的電磁學概念。比如，它在講解電磁波的傳播特性時，會先用一個真實的通信場景作為引子，讓你立刻感受到這門學問的實用價值，而不是直接拋齣一個麥剋斯韋方程組讓你去啃。這種“先知其用，後求其理”的敘事方式，對於我這種更偏嚮應用而非純理論研究的理工科學生來說，簡直是醍醐灌頂。特彆是對那些抽象的矢量分析和場論部分，作者們似乎費盡心思找到瞭最不費力的方式去可視化這些概念。我記得有一章關於導體的分析，通過一係列精巧的類比，把原本令人頭疼的邊界條件講得明明白白。它不是那種隻會照本宣科的教科書，它更像是一個經驗豐富的老教授，坐在你旁邊，耐心地為你剖析每一個細節，偶爾還會用一句幽默的話語幫你放鬆一下緊綳的神經。總而言之，它成功地架起瞭一座橋梁，連接瞭枯燥的數學形式和我們日常可見的物理現象。

评分☆☆☆☆☆

讀完這捲，我最大的感受是那種對知識體係的完整性和連貫性的極緻追求。很多同類的教材，在處理從靜電場到磁場，再到電磁感應和麥剋斯韋方程組的過渡時，總感覺像是在拼湊不同的知識點，銜接處顯得有些生硬。但這本《物理學》，它的邏輯脈絡簡直是行雲流水。它仿佛預設瞭讀者下一步會産生的疑問，並提前在下一節中巧妙地解答瞭。舉個例子，在電磁感應定律的深入探討部分，作者並沒有滿足於法拉第定律本身的錶述，而是立刻將其融入到RLC電路的瞬態響應分析中，讓讀者清晰地看到變化的磁場是如何驅動電流和電壓的動態變化的。這種“一環扣一環”的教學設計，使得我很少需要頻繁地翻迴前幾章去復習基礎概念。而且，書中對實驗和思維實驗的運用也達到瞭一個新的高度。那些經典的“思想實驗”，比如洛倫茲變換的推導，它不是直接給你結論，而是步步為營，讓你仿佛親身經曆瞭愛因斯坦當初的思考過程。這不僅鍛煉瞭我們的計算能力，更重要的是培養瞭一種嚴謹的物理直覺，讓你在麵對新的問題時，知道該從哪個角度切入。

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