Sound and Electromagnetic Waves pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Krysac, L. C. 编

出品人:

页数:186

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价格:$ 37.57

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isbn号码:9781404204072

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• 声学
• 电磁波
• 物理学
• 波动
• 信号处理
• 传感器
• 无线通信
• 声波
• 电磁场
• 工程学

物理学前沿探索：从宏观结构到微观粒子 本书旨在为对现代物理学有深入探究兴趣的读者提供一份详尽的导览，聚焦于经典力学、热力学、量子场论以及凝聚态物理的几个核心分支。它摒弃了对特定波现象的单一关注，转而构建一个覆盖物质和能量在不同尺度下相互作用的宏大框架。 第一部分：经典力学与场论的基石 本书的第一部分，着重于构建理解自然界运动规律的数学和概念基础。我们从牛顿定律出发，快速过渡到拉格朗日和哈密顿力学的形式化结构。这一部分深入探讨了变分原理在描述保守系统中的强大能力，并详细解析了刚体运动、约束系统以及非惯性参考系下的动力学挑战。 随后，我们将目光投向连续介质的描述。流体力学部分不仅仅停留在伯努利原理的介绍，而是深入探讨了纳维-斯托克斯方程的推导、湍流的复杂性，以及粘性流体中的边界层理论。在这里，我们关注的是宏观物质的集体运动和能量耗散，而不是单一波动的传播特性。 紧接着，电磁学的经典理论被置于一个更广阔的背景下进行审视。麦克斯韦方程组被视为描述电荷和电流如何产生和影响场的基石。然而，本书的重点在于场论的数学结构——矢量势和标量势的引入、规范不变性（Gauge Invariance）的初步概念，以及坡印廷矢量在能量流密度分析中的应用。我们探讨的是电磁场作为一种能量载体和物质相互作用媒介的整体行为，而非其在特定频率范围内的具体表现形式。 第二部分：热力学、统计力学与信息论的交汇 本书的第二部分将视角从确定的、可追踪的运动转向了基于概率的统计描述。热力学基础部分，清晰地界定了零、一、二、三定律的物理意义和数学表达。我们详细分析了热力学势（如亥姆霍兹自由能、吉布斯自由能）在描述平衡态系统中的关键作用，并探讨了相变过程中的临界现象，例如范德华气体和伊辛模型在平均场近似下的行为。 统计力学构成了理解宏观热力学现象微观基础的核心。本书详尽地介绍了系综理论：微正则系综、正则系综和巨正则系综。通过对玻尔兹曼分布和配分函数的推导，我们将微观粒子的统计行为与宏观可观测量（温度、压力、熵）建立起精确的联系。在处理量子统计时，我们聚焦于费米-狄拉克和玻色-爱因斯坦分布的推导及其在电子气和理想玻色气体中的应用，尤其关注了费米子系统的简并压力和零点能概念。 此外，本书还包含了一个关于信息论与热力学熵关系的专门章节。我们探讨了香农熵的定义如何与玻尔兹曼的统计熵相一致，并引入了朗道尔原理（Landauer's Principle），阐明了信息擦除过程中不可避免的能量耗散，从而将信息处理的概念纳入了物理学的基本框架。 第三部分：量子力学的形式化与多体系统 第三部分进入了量子世界的深处，但着力于其描述体系的通用数学结构和复杂系统的行为，而非特定波的传播模式。薛定谔方程的建立，以及其在势阱、势垒和简谐振子问题中的精确求解是基础。然而，重点迅速转向了更具普遍性的工具——角动量理论、泡利不相容原理和微扰论。 角动量理论：本书详尽分析了轨道角动量和自旋角动量算符的对易关系，以及球谐函数在描述中心对称势场中电子轨道时的核心地位。我们深入探讨了总角动量的耦合（如LS耦合），这是理解原子光谱复杂性的关键。 微扰论与近似方法：非精确可解问题是物理学的常态。本书详细介绍了含时和不含时微扰论的严谨推导，并展示了它们在计算跃迁概率和能级漂移中的实际应用。变分法作为另一种强大的近似工具也被充分介绍，尤其是在估算复杂分子或原子系统的基态能量时。 量子场论的初步视角：为了准备向现代物理学的过渡，本部分引入了量子场论的先驱概念。我们不讨论场方程的细节，而是着重于将量子化思想应用于经典场论——即二次量子化（Second Quantization）的概念。这包括将粒子描述转化为对场算符的创造和湮灭操作，这为描述粒子产生和消失的过程奠定了理论基础。 第四部分：凝聚态物理与物质的组织结构 本书的最后一部分聚焦于大量粒子如何通过相互作用组织成具有集体属性的宏观物质形态，即凝聚态物理。 晶体结构与能带理论：我们从布拉维晶格和晶体对称性开始，阐述了晶体衍射实验（如劳厄方程和布拉格定律）如何揭示周期性结构。随后，本书详细推导了能带理论的基础，特别是基于克罗尼格-佩内（Kronig-Penney）模型的无穷周期势场下电子波函数的形成。电子被描述为在周期势场中运动的“有效质量”粒子，这解释了导体的导电性和半导体的能隙现象。 固体中的激发模式：我们分析了描述集体振动的声子（Phonons）。声子的概念将晶格的集体振动量化，并展示了声子如何影响热容（德拜模型）和电子-声子散射。此外，我们也讨论了磁性系统的基本模型，包括朗之万德拜模型和更精确的铁磁性中的海森堡模型，重点在于交换相互作用如何导致长程有序。 超导性与拓扑现象：最后，本书介绍了超导现象的宏观唯象理论——伦敦方程组，以及微观的BCS理论的核心思想，即库珀对的形成机制及其对电阻的消除。虽然这涉及到波动，但其本质是对集体电荷流的描述，而非单一波动的传播。我们还对近年来凝聚态物理中兴起的拓扑绝缘体概念进行了介绍，强调了其边缘态的鲁棒性，这完全依赖于拓扑不变量而非对称性。 总结：本书提供了一套相互关联的物理学工具箱，从基本运动定律到复杂的量子集体现象，为读者提供了一个关于物质结构、能量转化和系统组织方式的全面、不偏重单一波动的视角。

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