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出版者:Thomson Learning

作者:Kubala, Thomas S./ Keljik, Jeff

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:

价格:57.95

装帧:Pap

isbn号码:9781401897239

丛书系列:

图书标签:

• 电力系统
• 电气工程
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• 电力应用

《电磁学原理与工程应用》 本书特色： 深入浅出地阐述经典电磁场理论，并紧密结合现代工程实践，旨在构建读者对电磁现象的宏观理解与微观认知，同时提供解决实际工程问题的工具和方法。 目标读者： 电子信息工程、通信工程、电气工程及其自动化、物理学等相关专业的本科高年级学生、研究生，以及从事射频电路设计、电磁兼容（EMC/EMI）、微波技术、天线设计和电磁场仿真工程师。 --- 第一部分：基础理论的构建与深化 本书以麦克斯韦方程组为核心，系统性地梳理了静电学、静磁学、时变电磁场以及电磁波传播的基础理论。我们摒弃了传统教材中过于冗长和抽象的数学推导，转而强调物理图像的建立和工程直觉的培养。 第一章：静电场：场、势与边界条件 本章从库仑定律和电荷守恒出发，引入了电场强度 $mathbf{E}$ 和电势 $phi$ 的概念。重点分析了在真空和介质中电场的分布特性。我们详细探讨了高斯定理在求解对称性问题中的应用，并引入了泊松方程和拉普拉斯方程，展示了如何利用边界条件（如导体、介质界面）来精确求解复杂的电势分布。特殊章节聚焦于导体上的电荷分布、电容的计算，以及静电屏蔽的物理机制。对于介质材料，我们深入剖析了电位移矢量 $mathbf{D}$ 的物理意义，理解电极化现象及其对场分布的影响。 第二章：静磁场：电流、磁场与磁介质 本章过渡到静磁场，从毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律构建了磁感应强度 $mathbf{B}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$ 的基础框架。我们不仅分析了直线电流、线圈和螺线管产生的磁场，还深入讨论了磁矢量势 $mathbf{A}$ 在求解复杂几何结构中的优势。磁介质部分，我们详细阐述了磁化强度 $mathbf{M}$、磁导率 $mu$ 的概念，以及永磁体的特性。本章的难点在于理解磁通、磁矩，并区分磁场在铁磁材料、顺磁材料和抗磁材料中的不同响应。 第三章：时变电磁场与麦克斯韦方程组的统一 这是全书的理论核心。本章首先引入法拉第电磁感应定律和麦克斯韦的位移电流概念，成功地将静电学和静磁学统一在完整形式的麦克斯韦方程组之下。我们着重分析了麦克斯韦方程组在微分形式和积分形式下的物理意义，强调了旋度（Curl）和散度（Div）在描述场局部行为和整体守恒定律中的作用。本章末尾，我们将方程组应用于简单的线性、无损介质，为后续电磁波的分析奠定坚实基础。 --- 第二部分：电磁波的传播与辐射 基于麦克斯韦方程组，本部分将理论推导应用于动态场——电磁波的产生、传播和接收。这是连接理论与现代通信技术的核心桥梁。 第四章：平面电磁波的传播特性 本章专注于均匀、各向同性介质中的平面电磁波。我们推导出亥姆霍兹方程，并求解了在理想导体（PEC）、理想电介质（PMC）和有限电导率介质中的传播特性。关键概念包括：波阻抗 $Z$、相速、群速以及趋肤深度（Skin Depth）。对于损耗性介质，我们详细分析了衰减常数 $alpha$ 和相位常数 $eta$ 的物理含义，解释了电磁波如何在物质中能量耗散。本章的难点在于理解横电波（TE）和横磁波（TM）的偏振特性。 第五章：导行波与波导理论 本章将平面波的概念扩展到受限结构——波导。我们深入研究了矩形波导中的 TE 模式和 TM 模式，推导出截止波长 $lambda_c$ 和工作模式的选择性。重点分析了波导的色散关系，解释了为什么在截止频率以下能量无法传播。此外，书中还涵盖了圆波导和介质波导的基本原理，以及波导中的功率传输、损耗和阻抗匹配的概念，为微波系统设计打下基础。 第六章：电磁辐射与天线基础 本章讨论电磁场如何由加速电荷产生和辐射出去。我们从磁偶极子（小电流环）和电偶极子（振子）的辐射场入手，引入了远场区的概念，并重点分析了天线的辐射功率、辐射方向图（三维和二维表示）、最大辐射方向、波束宽度以及天线的增益和有效面积。对于实际天线（如偶极子、矩形环天线），本书提供了简化模型下的设计参数估算方法。 --- 第三部分：工程应用与计算方法 理论的价值在于应用。本部分侧重于将抽象的电磁学原理转化为可用于实际工程设计和分析的工具。 第七章：传输线理论与阻抗匹配 传输线（如同轴线、微带线）是实现信号和功率传输的基本单元。本章以特伦斯方程为基础，推导出电压和电流的分布，引入了输入阻抗 $Z_{in}$ 的概念。重点讲解了史密斯圆图（Smith Chart）的应用，包括如何利用史密斯圆图进行元件选择、级联匹配和阻抗变换。我们详细分析了反射系数 $Gamma$ 和电压驻波比（VSWR）在衡量传输线性能中的重要性。 第八章：电磁兼容性（EMC/EMI）与屏蔽技术 随着电子设备集成度的提高，电磁兼容性成为关键的设计约束。本章从电磁干扰的产生、耦合路径（传导、辐射、串扰）入手，系统介绍了抑制电磁辐射（EMI）和提高抗干扰能力（EMS）的工程措施。内容包括：滤波器的设计原理、屏蔽体的设计与有效性分析（基于反射和吸收原理）、接地技术（单点接地、多点接地）的优劣对比，以及 PCB 布局中的电磁设计规范。 第九章：计算电磁学（CEM）导论 在处理复杂几何结构和非均匀材料时，解析方法受限。本章提供计算电磁学（CEM）的基本概念，重点介绍有限元法（FEM）和矩量法（MoM）的基本思想和适用范围。我们阐述了如何将边界条件和材料属性离散化，并解释了求解线性方程组在电磁仿真中的作用。虽然不深入复杂的数值算法细节，但旨在帮助读者理解商用仿真软件（如 HFSS, CST）的工作原理，学会如何正确设置模型、选择求解器并解读仿真结果。 --- 总结与展望 《电磁学原理与工程应用》力求在理论的深度与工程的广度之间找到一个最佳平衡点。通过大量的工程实例和与现代技术（如 5G 通信中的波束赋形、高频电路板的串扰分析）的紧密结合，本书旨在培养读者“用电磁学思维”解决问题的能力，而非仅仅记忆公式。掌握本书内容，读者将具备分析和设计高频、高速电子系统的坚实基础。

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读完（或者说“想象着读完”）这样一本关于电力的书，我最大的感受是，它一定在试图描绘一幅关于“连接”的宏大图景。 电力，本质上就是一种无形的、高效的连接媒介。 它将遥远的发电厂与城市中的每一个终端用户紧密地联系在一起，形成了一个巨大而复杂的生命系统。 我设想，书中必定有精彩的篇章探讨电网的韧性与脆弱性。 在一次突如其来的暴风雪或网络攻击面前，这个看似坚不可摧的系统是如何应对挑战的？ 它的冗余设计是否足够应对“黑天鹅”事件？ 这种对系统工程的深入剖析，远比单纯讲解欧姆定律要引人入胜得多。 此外，书中对于电力电子技术——那些管理电流方向和波形的“交通警察”——的阐述，想必也是重中之重。 现代电力系统已不再是简单的交流直流之争，而是充满了复杂的变频、逆变和储能技术。 如果这本书能够成功地将这些高深的技术概念，用生动的比喻和恰当的图示（哪怕我只是在脑海中勾勒这些图示），让一个非专业人士也能领略其精妙，那么它无疑是成功的。 它不仅是科学普及，更是一种对现代基础设施的“数字解剖”。

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老实说，我对这种偏向技术领域的书籍通常持保留态度，因为它们很容易陷入自说自话的专业术语泥潭。 但是，如果《Electricity 4》真的能做到深入浅出，那么它必然具备非凡的洞察力。 我相信，这本书一定在某种程度上讨论了“能源的正义性”问题。 在全球化的背景下，电力的分配是否公平？ 偏远地区接入电网的成本与效益如何平衡？ 这是一个纯粹的工程问题，还是一个深刻的社会伦理问题？ 如果书籍能触及这些更宏大的人文关怀，它将超越教科书的范畴。 另外，我非常好奇书中如何处理“数字化”与“电力”的融合。 现代数据中心消耗的巨大电力，以及区块链等新兴技术对能源需求的潜在影响，都是当前社会关注的热点。 一本紧跟时代步伐的电力著作，理应把这些前沿的、甚至有些争议性的议题纳入讨论，而不是只满足于回顾经典。 它需要展现出一种面向未来的批判性思维，引导读者思考：我们正在用电力的力量，去构建一个怎样的未来世界？

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这部书给我带来了极为深刻的触动，尽管我手头上并没有一本名为《Electricity 4》的书籍作为参照物，但我可以想象到，一本探讨“电”这一核心概念的书籍，定然会深入挖掘其在现代文明中的基础性角色。 我想，好的关于电力的著作，绝不会仅仅停留在枯燥的公式推导和电路图解析上，而是会像剥洋葱一样，层层深入到物理学的本质。 想象一下，从早期的摩擦生电，到法拉第的电磁感应，再到特斯拉和爱迪生的世纪之争，这些历史的脉络本身就是一部扣人心弦的人类智慧发展史。 我更期待这本书能够展现电力如何重塑了我们的生活——它不仅点亮了黑夜，更是驱动了工业革命的巨轮，让信息以前所未有的速度传播。 我尤其关注那些关于能源转型的讨论，在气候变化日益严峻的今天，如何高效、清洁地获取和使用电能，无疑是关乎人类未来的重大议题。 一本优秀的电力专著，应该能够以清晰的逻辑，引导读者穿越微观的电子流动，直达宏观的能源网络，让人在理解了电力的基本原理之后，能对我们日常生活中习以为常的一切——从手机充电到城市照明——产生一种全新的、充满敬畏的认识。 这种对基础科学的深入探索，往往能带给人一种宏大的哲学思考：我们对自然的掌控究竟达到了何种程度？未来的边界又在哪里？

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这本书，如果真的如其名所示，聚焦于“电”，那么它必须处理一个核心的矛盾：电力的无处不在与它的不可见性。 我们的感官无法直接捕捉到电流的存在，这使得对它的理解常常停留在表象。 我期望这本书能通过巧妙的叙事，将这种无形的力量具象化。 比如，通过对电磁场理论的深入浅出地讲解，让读者感受到电与磁之间那种永恒的、相互转化的优雅关系。 想象一下，那些看不见的场线是如何在空间中扭曲、传递能量的，这本身就充满了诗意。 我特别想看到关于“电荷”这个基本单元的探讨，这个微小的粒子是如何被驯服，并成为驱动文明的核心动力的。 此外，书籍对电力应用的历史回顾，我想应该包含一些鲜为人知的“小故事”，比如早年间电灯泡寿命的极限挑战，或者海底电缆铺设的惊心动魄。 那些技术细节背后蕴含的人类坚持和冒险精神，往往比冰冷的定律更能打动人心。 读完后，我希望自己对家中的每一个电器都能报以一份新的尊重，因为它们背后是跨越百年的科学积累和工程智慧的结晶。

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如果我真的拿起了这本书，我最期待的不是又一遍对基本定律的复述，而是对“效率”和“损耗”的极限探索。 电力系统最大的敌人就是能量的耗散——热量的产生，这是物理定律的铁律。 书中想必会详尽地分析从发电到输电再到用电各个环节中的能量损失，并探讨那些颠覆性的解决方案。 例如，超导材料在输电领域的潜力，或者对新型电池化学反应的深度解析，这些是真正推动行业前进的关键所在。 我特别关注书中对“分布式发电”的看法，这与传统的集中式供电模式形成了鲜明对比。 太阳能板、风力发电机接入电网，这不仅仅是技术上的改变，更是权力结构的重构——从少数巨头垄断供电，到千家万户都可以成为“产消者”（Prosumer）。 这种转变的复杂性，包括电网的稳定控制和交易机制的建立，是值得大书特书的。 这本书如果能提供一个清晰的路线图，展示电力行业如何在不牺牲可靠性的前提下，拥抱这种去中心化的未来，那么它将是一部极具前瞻性的作品，真正配得上“权威”二字。

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