Electrodynamics and classical theory of fields and particles pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Dover Publications

作者:Asim Orhan Barut

出品人:

页数:256

译者:

出版时间:September 1, 1980

价格:$ 11.24

装帧:

isbn号码:9780486640389

丛书系列:

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《电磁学与场论基础：经典物理学的核心》 内容提要： 本书旨在为物理学、工程学及相关领域的学生和研究人员提供一个全面而深入的经典电磁学与场论的入门与进阶教材。它不仅仅是对麦克斯韦方程组的机械性重复，而是致力于构建一个从基本概念到复杂应用无缝衔接的知识体系。本书的特色在于其严格的数学推导、丰富的物理图像以及对理论在现代科学中的关键作用的深刻阐释。 第一部分：静电场与直流电 本部分从库仑定律出发，奠定静电学的基石。我们详细探讨了电荷的性质、电场强度、电势的概念，并引入了标量势与矢量势在静电学中的应用。高斯定律的向量形式和积分形式被置于核心地位，并结合边界条件讨论了导体、电介质中的电荷分布问题。泊松方程和拉普拉斯方程的求解是本部分的重要内容，通过电势边界值问题（Dirichlet和Neumann问题）的介绍，读者将掌握求解静电场分布的数学工具。 电介质的极化现象被深入剖析，包括介质响应函数和电容的微观起源。针对非均匀介质，我们讨论了介质界面上的场分布。此外，直流稳恒电流场作为静电学的自然延伸，其欧姆定律在微分形式下的表达（电流密度）以及电流连续性方程被引入。电阻的微观理解和简单的电路分析方法，如有限导线中的稳恒电流问题，构成了本部分实践应用的桥梁。 第二部分：稳恒磁场与磁介质 磁学的讨论从毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律开始。我们仔细区分了静磁场与电场的基本差异，特别是磁荷概念的缺失。通过对各种典型几何形状（如无限长导线、螺线管、环形电流）的磁场计算，读者将熟悉矢量磁势的引入及其在求解复杂问题中的优势。 磁介质（顺磁、抗磁、铁磁）的引入深化了对宏观描述的理解。磁化强度 $mathbf{M}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$ 的关系，以及磁介质中的边界条件被严格推导。与静电学类似，磁位（标量磁势和矢量磁势）的组合使用，特别是对于无源区域的求解方法，得到了详尽的阐述。本部分最后扩展到磁存储介质和简单磁屏蔽的初步概念。 第三部分：时变电磁场与麦克斯韦方程组 本部分是全书的核心，专注于电磁现象的动态演化。法拉第电磁感应定律的引入是理解电磁学从静止到变化的转折点。通过对位移电流概念的深入探讨，我们最终推导出了完整的麦克斯韦方程组，这是连接电、磁与光现象的统一框架。 麦克斯韦方程组的物理意义被逐一剖析，特别是其非静力学（非保守场）的特性。我们探讨了电磁场的标量和矢量势（$mathbf{A}$ 和 $phi$），并详细讨论了洛伦兹规范和库仑规范的选择对场方程简化和物理解释的影响。规范变换的原理及其在保持物理实在性下的自由度讨论，是本部分理论深度所在。 第四部分：电磁波的传播与辐射 在均匀、各向同性、无源介质中，麦克斯韦方程组简化为齐次波动方程。本书详细分析了平面电磁波的产生、传播特性，包括波速、波阻抗、波的偏振态（线偏振、圆偏振、椭圆偏振）的数学描述与物理图像。电磁波在不同介质界面上的反射与折射问题，特别是菲涅耳公式的推导与应用，构成了本部分光学连接的基础。我们深入讨论了正常入射和斜入射情况下电磁波的行为，包括全反射现象。 进一步地，本书转向非均匀介质和导波结构。穿过半导体或电离气体的电磁波衰减（吸收和色散）现象被纳入考察范围。波导理论的初步介绍，例如平行平板波导的横电（TE）和横磁（TM）模式分析，为理解微波工程中的能量传输奠定了基础。 第五部分：电磁场的能量、动量与辐射源 能量和动量是理解场论动态行为的关键物理量。坡印廷定理（Poynting Theorem）的严格推导，阐明了电磁能流密度的物理意义及其在电路和辐射场中的作用。电磁场的能量密度和动量密度被定义，其时空演化与源项的关系被清晰展示。 电磁辐射是时变场论最引人入胜的应用之一。我们从电偶极子辐射（包括其方向性和功率谱）开始，逐步过渡到磁偶极子辐射和更复杂的四极辐射。特别是，加速电荷辐射的Larmor公式及其在狭义相对论背景下的推广，被用来解释粒子加速器中的能量损失和天体物理中的同步辐射现象。 第六部分：散射与阻抗匹配 本书末尾关注了电磁场与物质的相互作用——散射问题。瑞利散射（Rayleigh Scattering）被用于解释天空呈蓝色的现象。米氏散射（Mie Scattering）作为更一般的偶极子和更高阶多极子的组合，提供了对粒子尺寸依赖性的深入理解。 最后，在工程应用层面，我们讨论了阻抗匹配的概念。通过史密斯圆图（Smith Chart）的几何工具，系统地分析了传输线上的驻波比、反射系数和输入阻抗，这对于设计高效的信号传输系统至关重要。 教学特色： 本书的结构力求逻辑严谨，覆盖面广而不失深度。章节间的过渡自然，理论推导详细，尤其注重将抽象的矢量微积分工具与具体的物理情境相结合。习题设计兼顾了理论验证和实际计算，旨在培养读者解决复杂电磁问题的能力。它不仅是掌握麦克斯韦方程组的工具书，更是理解电磁现象背后深刻物理原理的向导。

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这本书的难度曲线设置得非常巧妙，它不像某些入门教材那样为了降低门槛而牺牲深度，而是采取了一种“螺旋上升”的结构。它不会在你对某一概念还没完全掌握时就急于抛出更复杂的模型。我特别欣赏它在处理电磁波传播问题时的那种层层递进的节奏感。一开始，只是在一个均匀、无源的理想介质中讨论平面波，推导波速和偏振态。但紧接着，作者并未就此止步，而是立刻将场景切换到导电介质中，引入了“集肤深度”的概念，用非常清晰的复数波矢量解释了衰减的物理实在。这种由浅入深的讲解，让复杂的传播现象变得可以被逐步消化。更让我感到惊喜的是，书中对相对论的融入处理得非常自然流畅。它并非将狭义相对论作为一个独立的章节扔给你，而是从一开始就在使用四维矢量和张量的语言来重构麦克斯韦方程组。当我看到洛伦兹变换如何优雅地统一了电场和磁场时，那种豁然开朗的感觉，是其他只在最后才匆匆提及相对论的书籍无法给予的。这种深度和广度的平衡，使得这本书既适合作为核心专业课程的教材，也适合那些希望真正吃透电动力学核心思想的研究生和科研人员作为参考手册。

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从阅读体验上讲，这本书的语言风格是极其严谨且富有逻辑性的，但绝不至于让人感到枯燥。作者的叙述风格像是经验丰富的大学教授在面对一群聪明但尚未入门的学生进行讲解。他会预判学生可能在哪里产生困惑，并提前进行铺垫。例如，在处理磁介质中的边界问题时，作者没有直接跳到复杂的磁化强度 $mathbf{M}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$ 的关系上，而是先用一个非常简化的、只有单个分子电流的微观模型来解释宏观磁化是如何产生的，这极大地软化了从连续介质模型到微观电荷模型的过渡。这种对读者心理和知识结构细致入微的考量，让阅读过程充满了连贯性，很少出现“跳跃感”。尽管内容深度足够，但行文的流畅度却保持得很好，很少出现为了堆砌难度而刻意制造晦涩难懂的句子。这本书更像是一部关于“经典场”的哲学思考与严密数学框架的完美结合体，它教会你如何用最简洁的语言描述最复杂的自然现象，其价值远远超出了一个普通课程教材的范畴，更像是一部值得反复研读的专业参考书。

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这本书的习题设置，是我认为其价值的另一个重要体现。它们绝不是那种简单的代数练习，而更像是对所学知识点应用的“迷你研究项目”。不同于一些教材只给出答案或极简步骤，这里的习题往往需要读者进行多步逻辑推理和复杂的积分运算。例如，有一个关于亥姆霍兹方程在复杂几何结构中求解的习题，要求读者不仅要找到满足边界条件的特解，还要论证解的唯一性。完成这些习题的过程，与其说是“做作业”，不如说是在进行一次小型的、受控的物理建模练习。正是这种“动手”的过程，迫使你离开书本的文字描述，真正去驾驭这些数学工具。我记得我在尝试解决一个关于电磁场在非磁性、线性、各向异性介质中传播的题目时，卡住了整整两天，但最终通过回顾书中关于本征方程组的推导，找到了突破口。那种靠自己努力攻克难题后的成就感，是单纯阅读理论无法比拟的。可以说，这本书的理论和习题构成了一个相互印证、缺一不可的完整学习系统。

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坦白讲，最初我对这类经典教材总是抱有一种敬畏甚至畏惧的心态，担心内容过于陈旧或枯燥。然而，这本书在保持其经典框架的同时，展现出了令人惊讶的“现代性”。它对散射理论和辐射问题的处理，简直是教科书级别的典范。作者在讨论轫致辐射和同步辐射时，没有仅仅停留在经典的偶极子辐射公式上，而是深入探讨了在高频和高速情况下的修正，这对于我目前从事的等离子体模拟工作非常有指导意义。特别是关于拉莫尔公式的推导，书中给出了三种不同的推导路径，每一种都侧重于不同的物理视角——一种基于能量守恒，一种基于矢量势的梯度，还有一种是基于狭义相对论的四维动量变化。这种多角度的论证，极大地增强了对辐射功率与加速运动之间关系的理解深度。此外，书中对于“场论”的强调，也让我受益匪浅。它不仅仅是把电动力学看作一组方程的集合，而是将其置于更宏大的经典场论的背景下进行考察，这对于理解后来的量子场论的构建逻辑，无疑打下了坚实的基础。那些看似微不足道的细节，比如场的正则化处理，都被清晰地揭示了其背后的深刻含义。

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这本书的封面设计着实引人注目，那种深沉的蓝色调，配上烫金的字体，立刻就给人一种“硬核科学”的庄重感。初次翻阅，我的第一印象是它对基础概念的梳理达到了近乎苛刻的细致程度。作者似乎特别注重物理图像的建立，很多抽象的数学推导前，都会有一段非常详尽的文字铺垫，解释为什么我们需要引入这个特定的场方程，或者这个微分散析的物理意义究竟是什么。比如，在讨论静电场的边界条件时，书中不仅仅是罗列麦克斯韦方程组的特定形式，还会通过一个非常直观的“高斯定律在界面上的积分形式”的推导过程，让你清晰地看到电场强度和电位移矢量是如何在两种不同介质交界处“折断”的。这种注重物理直觉的教学方式，对于我这种更倾向于理解“为什么”而非仅仅记住“是什么”的读者来说，简直是如沐春风。它不像一些教科书那样，只是把公式堆砌起来，让学生在公式的海洋里摸索，而是像一位耐心的导师，一步步引导你搭建起整个电动力学的思维框架。阅读过程中，我发现自己花了大量时间在那些看似基础的章节，但回过头来看，正是这些基础的扎实，才让我后续面对更复杂的辐射和相对论效应时，没有感到那种突如其来的迷茫感。这本书的排版也很友好，虽然公式量大，但图表的清晰度和注释的准确性，大大降低了阅读疲劳度。

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