电磁学问题讨论

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isbn号码:9787312044304
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具体描述

《电磁学问题讨论》 本书并非一本旨在提供电磁学基础理论的教科书,它更像是一次深入的学术探索,旨在剖析电磁学领域中那些引人入胜、且常常让学习者感到困惑的关键问题。本书的重点不在于系统性地讲解麦克斯韦方程组或洛伦兹力的推导过程,而是聚焦于在理解和应用这些基本原理时可能遇到的深层挑战和细微之处。 想象一下,您已经掌握了电磁学的基本框架,但仍对一些现象的解释感到模糊,或者在处理实际问题时遇到了瓶颈。《电磁学问题讨论》正是为这样的您量身打造。本书不提供标准化的解题步骤,而是引导读者进行批判性思考,鼓励从不同的视角审视同一问题。它关注的是“为什么”和“如何更深入地理解”,而非“是什么”。 本书的章节设置并非按照传统的逻辑顺序,而是围绕一系列具有代表性的、具有启发性的议题展开。例如,在探讨静电学部分,本书不会止步于库仑定律的表述,而是会深入分析电势能的概念在复杂介质中的适用性,讨论高斯定律在非均匀电场分布下的应用局限性,以及电荷分布连续性假设在量子尺度下的失效迹象。书中可能还会涉及电容器在非理想状态下的行为,如介质损耗、边缘效应等,并提供一些分析这些复杂情况的数学工具和物理直觉。 转向稳恒磁场,本书不会简单罗列安培定律或比奥-萨伐尔定律,而是会深入探讨磁力线与磁通量的概念辨析,以及它们在非均匀磁场中的物理意义。读者可能会在书中找到关于载流导体在复杂几何形状中产生的磁场分布的深入讨论,例如螺旋线圈、带状导体等,并会学习到如何利用积分方法来精确计算这些场。此外,本书还会关注磁场中的能量密度和动量密度,并探讨这些概念在实际应用,如电磁驱动、感应加热等中的重要性。 在电磁感应章节,本书不会局限于法拉第电磁感应定律的直接应用,而是会深入分析感应电动势的“环量”性质,讨论非保守性电场在电磁感应过程中的作用。本书还会探讨涡流的产生机制及其对电磁器件性能的影响,并提供一些抑制或利用涡流的工程策略。对于变压器等典型电磁感应器件,本书会从能量守恒和磁路的角度进行更细致的分析,揭示其设计和运行中的一些非线性效应和损耗机理。 变化的电磁场是本书的重点关注区域之一。在这一部分,本书会引导读者深刻理解位移电流的概念,并阐述其在电磁波产生和传播中的核心作用。书中会详细讨论电磁波的极化、反射、折射以及衍射等现象,并提供一些在工程实际中处理这些现象的方法。对于电磁波在不同介质中的传播,如电磁波在导体中的衰减(趋肤效应)、在介电材料中的色散等,本书也会进行深入的分析,并给出相应的数学模型和物理解释。 本书还可能涉及一些更具挑战性的主题,例如: 相对论电磁学:在高速运动或强场条件下,经典电磁理论的局限性,以及狭义相对论如何修正和统一了电场与磁场。 电磁场与物质的相互作用:从微观层面理解电磁场如何影响材料的电学、磁学及光学性质,例如介电常数、磁导率的微观起源,以及非线性光学现象。 计算电磁学方法:介绍用于求解复杂电磁问题的数值方法,如有限元方法(FEM)、时域有限差分法(FDTD)等,并讨论它们的适用范围和精度。 电磁兼容性(EMC):分析电磁干扰(EMI)的产生、传播和耦合机制,以及如何设计和评估电磁兼容系统。 《电磁学问题讨论》的语言风格旨在清晰、严谨,但同时又充满启发性。书中可能包含一些精心设计的图示和类比,以帮助读者理解抽象概念。本书的目标是激发读者的好奇心,培养独立思考和解决复杂问题的能力,使读者能够更深刻、更全面地理解电磁学这门迷人的学科。它适合于那些希望在掌握了基础知识后,进一步提升对电磁学理解深度和广度的学生、研究人员以及工程师。

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读后感

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用户评价

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总而言之,《电磁学问题讨论》是一本集理论深度、逻辑严谨性和应用广泛性于一体的优秀著作。无论你是初学者,还是希望深化理解的专业人士,这本书都能为你提供宝贵的知识和启示。作者的叙述方式引人入胜,概念的解释清晰透彻,公式的推导严谨准确,图示的运用恰到好处。它不仅仅是一本教材,更像是一位循循善诱的老师,带领读者一步步揭开电磁学的神秘面纱。我强烈推荐所有对电磁学感兴趣的朋友们阅读这本书,相信你们一定会从中受益匪浅,对电磁学的理解也会达到一个新的高度。

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本书对电磁场和物质相互作用的讨论,也达到了相当高的水准。从介质中的电场和磁场,到极化、磁化等概念,作者都进行了深入浅出的讲解。我尤其欣赏书中关于电介质极化机制的细致分析,包括电子极化、原子极化和定向极化,以及它们在不同场强和频率下的表现。书中还介绍了介电常数、磁导率等物理量,并解释了它们如何影响电磁波在介质中的传播速度和衰减。对介质中的边界条件处理,也是这一部分的重点,作者通过分析电场和磁场在不同介质界面上的行为,揭示了介质对电磁波传播的深刻影响。这些内容对于理解光学现象,如光在玻璃中的折射、色散等,有着至关重要的意义。

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继静电场之后,本书对磁场部分的讲解同样引人入胜。作者非常巧妙地将磁场与电流联系起来,从安培定律的引入,到载流导线在磁场中受力,再到磁场对运动电荷的作用,每一个环节都过渡得自然而恰当。我特别喜欢书中对洛伦兹力的详细阐述,它不仅仅是公式的展示,更通过多个实际应用场景,比如质谱仪、回旋加速器等,生动地展示了洛伦兹力在现代科技中的重要作用。书中的插图在这方面也起到了关键作用,清晰地描绘了带电粒子在不同磁场中的运动轨迹,这对于理解这些复杂的动力学过程至关重要。此外,作者对磁场与电场之间的相互作用,也就是法拉第电磁感应定律的讨论,更是将整个电磁学的体系构建得更加完整。他不仅解释了变化的磁场如何产生电场,还深入浅出地分析了感应电动势的产生机制,并引用了发电机、变压器等实际例子,让我对这些日常生活中常见的电气设备有了更深层次的认识。整本书在磁场部分的逻辑严谨性、概念的清晰性以及应用的广泛性,都让我叹为观止。

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这本书在电磁波的辐射和接收部分,也展现出了非凡的深度和广度。作者从变化的电流和电荷分布会产生电磁波这一基本原理出发,详细介绍了各种天线(如偶极子天线、单极子天线)的辐射特性。我特别喜欢书中对偶极子辐射的分析,作者通过对电场和磁场的矢积分,清晰地展示了电磁波是如何从振荡的电荷中“辐射”出去的,并分析了不同方向上的辐射强度分布。书中的插图非常直观,描绘了电磁波的传播方向和电场、磁场的振荡情况,这让我能够很容易地理解这些抽象的概念。在讨论电磁波的接收时,书中也详细阐述了接收天线的工作原理,以及如何匹配阻抗以实现最大功率的接收。这部分内容对于从事通信工程、无线电技术等领域的读者来说,无疑具有极高的参考价值。

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在对电磁能量和动量守恒的阐述上,本书也表现出了严谨的科学态度。作者首先引入了能流密度矢量(坡印廷矢量),并详细推导了坡印廷定理,清晰地阐述了电磁场能量如何在空间中传递。我对书中通过分析一个电容器充电过程,来直观展示电磁场能量的产生和储存过程印象尤为深刻,这使得抽象的能量概念变得具体可感。此外,本书还讨论了电磁场的动量,并基于麦克斯韦应力张量,推导了电磁场动量的守恒定律。这些内容不仅是对电磁学基本原理的补充,也为理解电磁压强、光压等现象奠定了基础。

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这本书在对麦克斯韦方程组的解读上,可以说是我读过的所有电磁学教材中最具启发性的。作者没有将麦克斯韦方程组视为一个难以逾越的障碍,而是循序渐进地引导读者理解其背后的物理意义。他首先回顾了各个基本定律(高斯定律、安培-麦克斯韦定律、法拉第电磁感应定律),然后详细解释了位移电流的概念是如何将安培定律修正为完整的安培-麦克斯韦定律,并指出这是电磁学发展的关键一步。随后,书中深入探讨了麦克斯韦方程组在描述电磁波传播中的作用,从方程组出发推导出电磁波的波动方程,并分析了电磁波的性质,如横波性、传播速度等。我尤其欣赏作者在讨论电磁波时,对光也是一种电磁波这一结论的推导过程,这不仅统一了光学和电磁学,更打开了全新的视野。书中的每一个推导步骤都经过了细致的演算和清晰的解释,即使是对于初学者,只要认真研读,也能逐渐掌握这些核心概念。

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让我印象特别深刻的是,本书对于电磁边界条件的讨论。在处理不同介质界面的电磁场问题时,边界条件的正确应用至关重要,而本书在这方面做得非常出色。作者不仅给出了电场和磁场在界面上的连续性条件和法向分量的跃变关系,还通过大量的实例,如反射和折射问题,来展示如何运用这些边界条件解决实际问题。例如,在讨论全反射时,书中详细分析了当光从光密介质射向光疏介质,且入射角大于临界角时,电场和磁场的边界条件是如何被满足的,以及能量是如何被反射回来的。这种将抽象的数学条件与具体的物理现象相结合的讲解方式,极大地加深了我对边界条件的理解。此外,书中还涉及了电磁波在导电介质中的传播、趋肤效应等更复杂的现象,这些内容对于想要深入理解电磁学应用的读者来说,是不可多得的宝贵资料。

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让我感到惊喜的是,本书在一些应用电磁学方面的内容上也着墨不少。例如,在讨论电磁波在波导中的传播时,作者详细介绍了不同模式(TE模式、TM模式)的形成机制,以及它们在波导中的传播特性。书中通过对边界条件的分析,推导出了各种模式的截止频率,并讨论了波导的色散特性。这部分内容对于理解微波技术、光纤通信等领域具有直接的应用价值。此外,书中还对电磁场的数值计算方法,如有限元法、有限差分时域法等,进行了简要介绍,这为读者提供了进一步探索电磁学问题的工具和思路。

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本书对于电动力学部分的处理,也给我留下了深刻的印象。作者并没有回避相对论的引入,而是巧妙地将其与电磁学理论相结合。他从电磁场的协变性出发,介绍了四维矢量和四维张量,以及洛伦兹变换在电磁学中的应用。书中对四维势的概念的解释,以及如何从四维势导出电磁场,让我对电磁场的时空性质有了更深层次的理解。对电磁辐射在相对论框架下的分析,比如电子在加速运动时产生的电磁波,也展现了本书的先进性和前沿性。这些内容虽然具有一定的挑战性,但作者的讲解清晰易懂,配以恰当的图示,使得相对论电动力学不再是高不可攀的理论。

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这本书绝对是物理爱好者们的福音!当我拿到《电磁学问题讨论》时,就被它厚实且设计考究的书脊所吸引,那种沉甸甸的质感本身就预示着内容的丰富与深刻。翻开第一页,我立刻被作者清晰的逻辑和流畅的语言所折服。这本书并非简单地罗列公式,而是真正地引导读者去理解电磁学现象背后的本质。例如,在讨论静电场部分,作者并没有直接给出库仑定律,而是从电荷的性质、电荷守恒等基本概念层层递进,用生动的类比和详实的阐述,将抽象的电场力具象化。我尤其欣赏其中对于“场”的概念的探讨,它不仅仅是空间的属性,更是一种相互作用的媒介。书中对各种几何形状电荷分布产生的电场分析,从简单的点电荷到复杂的体电荷分布,都提供了严谨的推导过程,并配有精美的插图,这对于初学者来说是极其宝贵的。更让我印象深刻的是,作者在讲解过程中,时常会引用历史上的电磁学发展故事,比如法拉第的实验,这不仅增加了阅读的趣味性,更让我体会到科学探索的艰辛与伟大。读完静电部分,我对电场有了前所未有的理解深度,不再仅仅是记住公式,而是能够从更本质的层面去思考问题。

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