电工基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:代昀 编

出品人:

页数:201

译者:

出版时间:2007-7

价格:18.00元

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isbn号码:9787811145724

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探秘微观世界的奥秘：量子物理导论 第一章：经典物理的黄昏与量子革命的曙光 本书旨在为读者构建一个清晰的认知框架，理解二十世纪初物理学界所经历的那场颠覆性的革命——量子力学的诞生。我们将从十九世纪末经典物理学的辉煌成就入手，深入剖析那些看似微不足道的实验现象，如何像幽灵般挑战着牛顿力学和麦克斯韦电磁学的坚固堡垒。 1.1 经典物理学的荣耀与局限 首先，我们将回顾经典物理学的两大支柱：牛顿的运动定律和麦克斯韦的电磁场理论。这些理论在宏观尺度上取得了惊人的成功，成功预测了行星运动、光速恒定性以及电磁波的传播规律。然而，当我们试图将这些理论应用于原子和分子这类微观系统时，一系列“紫外灾难”和黑体辐射的难题便暴露无遗。我们会详细探讨黑体辐射实验的精确测量数据，并解释为什么基于经典理论的瑞利-金斯定律会在高频区域预测出能量趋于无穷大的荒谬结果。 1.2 普朗克的量子假设：能量的颗粒性 故事的转折点始于马克斯·普朗克在1900年提出的一个大胆假设：能量的发射和吸收不是连续的，而是以一份份不连续的“能量子”（quanta）形式进行的。我们将细致解析普朗克对黑体辐射谱的成功拟合，以及他引入的常数 $h$（普朗克常数）对于整个物理学范式的意义。这一假设彻底打破了能量连续性的传统观念，标志着量子理论的正式开端。 1.3 光电效应：爱因斯坦的光量子 紧接着，我们将深入研究光电效应——光照射到金属表面会激发出电子的现象。经典电磁理论无法解释为什么光电子的最大动能只与光的频率有关，而与光的强度无关。阿尔伯特·爱因斯坦在1905年巧妙地运用普朗克的能量子概念，提出了“光量子”或“光子”的假说，成功地解释了光电效应的全部实验规律。我们将详细推导爱因斯坦的光电效应方程，并讨论这一发现对光的“粒子性”概念的确立起到了决定性作用。 1.4 玻尔的原子模型：量子的初步成功 在原子结构领域，卢瑟福的行星模型虽然在实验上证实了原子核的存在，但根据经典电磁学，绕核运动的电子会不断辐射能量并最终坠入原子核，这与原子光谱的稳定性相矛盾。尼尔斯·玻尔在1913年提出的半经典、半量子的原子模型是向正确方向迈出的关键一步。我们将解析玻尔的三个基本假设，特别是能级概念和频率条件，并运用该模型成功计算出氢原子光谱的里德伯公式。尽管玻尔模型有其局限性（如对多电子原子失效），但它成功地引入了“定态”和“量子化能级”的概念。 第二章：波粒二象性与量子力学的数学基础 量子物理的真正核心在于其对物质本质的深刻洞察，即波与粒子的界限的模糊化。 2.1 德布罗意物质波：粒子的波动性 如果光具有粒子性，那么物质粒子（如电子）是否也具有波动性呢？路易·德布罗意在1924年提出了惊人的假设，并将普朗克关系和爱因斯坦关系结合起来，推导出任何运动的粒子都伴随着一个波长 $lambda = h/p$。我们将讨论戴维孙-革末实验如何通过电子束的衍射图案，直接证实了电子的波动性，从而确立了波粒二象性原理。 2.2 概率的引入：海森堡的不确定性原理 随着波粒二象性的确立，对粒子的精确描述变得不可能。维尔纳·海森堡在1927年提出了著名的不确定性关系（或称测不准原理）。我们将从数学上和概念上探讨，为什么一个粒子的位置精度越高，其动量的不确定性就越大，反之亦然。这一原理不再是实验仪器精度的问题，而是物质世界固有的基本属性。 2.3 量子力学的数学框架：薛定谔方程 量子力学的核心数学工具是薛定谔方程。我们将首先介绍时间无关的薛定谔方程，它取代了牛顿的运动方程，描述了定态粒子的行为。我们将详细推导和分析一维无限深势阱中的粒子问题，这是理解量子化能级和波函数的理想起点。随后，我们将引入波函数 $Psi(x, t)$ 的物理意义——它不是一个真实的物理波，而是与找到粒子在特定位置的概率密度成正比（玻恩的概率诠释）。 第三章：量子力学的应用与奇异现象 3.1 势垒穿透：隧道效应 在经典物理中，如果一个粒子遇到的势能高于其总能量，它将无法穿过该势垒。然而，量子力学预言，由于波函数的非零概率幅，粒子有一定几率“穿透”这个势垒，这就是隧道效应。我们将计算穿透系数，并讨论隧道效应在扫描隧道显微镜（STM）和放射性衰变中的实际应用。 3.2 量子力学在原子中的体现 我们将把薛定谔方程应用于描述氢原子。虽然三维的求解需要球坐标系和角动量算符，但我们将重点讲解由此得出的关键结果：电子的轨道和能量是完全量子化的。我们将引入四个量子数（主量子数 $n$、角量子数 $l$、磁量子数 $m_l$ 和自旋量子数 $m_s$）的含义，并解释它们如何完整描述了氢原子的电子状态。 3.3 泡利不相容原理与元素周期表 最后，我们将探讨沃尔夫冈·泡利提出的不相容原理——在同一原子中，两个电子不能拥有完全相同的四个量子数。这一看似简单的规则，却是构建元素周期表、解释化学键形成和物质稳定性的根本原因。我们将用此原理解释电子壳层的填充顺序，从而揭示了整个化学世界的结构基础。 本书超越了对电学和电路基础知识的简单陈述，它聚焦于对物质最深层、最反直觉的描述，引导读者理解微观世界是如何被概率、波函数和量子化能级所支配的。

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这本书的编排结构简直是艺术品，它不是简单地罗列知识点，而是在构建一个知识体系的骨架。在我看来，它最大的价值在于对“系统思维”的培养。它不像许多教材那样将“信号与系统”拆分成独立的模块，而是从一开始就强调信号在不同系统（如滤波器、传输线）中的传播和变换过程。例如，傅里叶变换的引入，不是孤立地讲解数学工具，而是放在了分析周期性激励下线性时不变系统响应的背景下，清晰地揭示了频域分析在解决瞬态响应问题上的巨大优势。书中对卷积的描述更是精彩绝伦，它不仅提供了数学上的定义，更形象地展示了系统冲激响应如何“滑过”输入信号，从而产生输出信号的过程，这对于理解滤波器设计中的相移和群延迟特性至关重要。读完后，我不仅学会了如何计算系统的传递函数，更重要的是，我学会了如何从时间域切换到频域去“观察”电路的行为，这是一种质的飞跃。这本书无疑是提升工程直觉和分析能力的一剂良方。

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翻开这本书，我立刻被其严谨的逻辑框架和细腻的文字描摹所吸引。它绝非市面上那些泛泛而谈的科普读物，而是像一位经验丰富的老工程师在手把手地教你“如何思考”一个工程问题。尤其值得称赞的是，作者对电磁感应现象的论述，简直堪称教科书级别的典范。他没有停留在法拉第定律的简单陈述，而是通过对不同导体切割磁感线的微观粒子运动的模拟，构建了一个完整的物理图像。书中对变压器工作原理的剖析尤其精妙，通过分析漏磁通对效率的影响，清晰地解释了为什么在实际设计中需要精心布置绕组结构。更让我印象深刻的是，它并没有回避高频电磁场的复杂性，而是用一种近似的、工程可接受的方式引入了趋肤效应的概念，并说明了这在射频电路设计中的实际意义。这本书的深度足够让专业人士感到满意，而其清晰的论证路径又确保了初学者不会迷失在数学公式的海洋中。每一次重读，我都能从中挖掘出新的层次，这大概就是一部经典著作的魅力所在，它拥有超越时间界限的生命力。

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说实话，我一开始对阅读一本技术类的书籍持保留态度，担心会遇到大量枯燥的公式推导，但这本书彻底颠覆了我的看法。它在讲述电路分析方法时，采取了一种非常“人文”的切入点，从解析电阻网络的基本拓扑结构入手，逐步引导读者进入节点电压法和网孔电流法的世界。作者的写作风格非常具有画面感，他会用生动的比喻来解释基尔霍夫定律的物理意义，比如将电流比作水流，电压比作势能差，这让抽象的电路定律立刻变得直观可感。我特别欣赏其中关于“戴维南定理”的应用案例，书中通过一个复杂的传感器信号采集电路，展示了如何利用该定理将整个复杂电路简化为一个电压源和一个等效电阻，从而极大地简化了后续的分析和调试工作。这种“化繁为简”的思维方式，是工程实践中最为宝贵的技能之一。此外，书中对线性系统和非线性系统的区分也处理得非常到位，它提醒我们，现实中的很多元器件（如二极管）的工作特性必须在特定的工作点附近才能近似地视为线性，这种严谨性体现了作者深厚的学术素养。

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我必须承认，这是一本对动手能力要求很高的书，但它提供的实践指导价值无可替代。书中关于电磁兼容性（EMC）的章节，完全突破了理论讲解的范畴，直击工业现场最头疼的问题。作者详尽地分析了“地线”设计在抑制噪声中的核心作用，他没有满足于绘制简单的星形接地或环形接地图示，而是通过对不同频率下地线阻抗特性的仿真结果对比，直观地展示了“坏地线”如何成为一个高效的信号辐射源。书中还特别开辟了一块内容，专门讨论了PCB设计中走线长度匹配和串扰抑制的技术细节，包括如何正确使用屏蔽层和隔离槽来控制信号的完整性。这些内容在其他理论书中往往被一带而过，但在实际工程中却是决定产品成败的关键因素。每一次读到这些具体的设计准则时，我都会立刻联想到自己过去产品开发中遇到的那些反复出现的电磁干扰问题，顿时茅塞顿开。这本书就像一本实战手册，它教会的不仅仅是“是什么”，更是“如何避免失败”，其对工程实践的尊重与深刻洞察，令人肃然起敬。

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这本书真是令人大开眼界，它深入浅出地剖析了现代工业生产中那些看似复杂实则基础的机械原理。作者的叙述方式非常独特，他没有堆砌晦涩难懂的专业术语，而是巧妙地将复杂的力学模型与日常生活中的例子结合起来，让人在轻松的阅读体验中，对机械传动、液压系统乃至材料科学有了全新的认知。比如，他对齿轮啮合的讲解，不再是枯燥的几何计算，而是通过一个生动的工厂流水线场景，展示了不同齿形如何影响效率和磨损，这一点对我这样一个非专业背景的读者来说，是极大的帮助。书中关于自动化控制系统的章节，虽然篇幅不长，但点明了其核心思想，即如何通过反馈回路实现精确的位置和速度控制，这对于理解现代制造业的精髓至关重要。读完后，我感觉自己看待身边的机器设备时，多了一层“透视”的眼光，不再满足于其表面的运行，而是开始探究其内在的逻辑与结构。整体而言，这是一部极具启发性和实践指导意义的著作，它成功地架起了理论知识与实际应用之间的桥梁，让那些原本遥不可及的工程概念变得触手可及，强烈推荐给所有对设备运行机制抱有好奇心的人。

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