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出版者:Brooks Cole

作者:Mark A. Heald

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1994-11-01

价格:USD 193.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780030972775

丛书系列:

图书标签:

• 电磁辐射
• 经典电磁学
• 电动力学
• 麦克斯韦方程组
• 电磁波
• 辐射理论
• 物理学
• 高等教育
• 本科教材
• 电磁场

经典电磁辐射：跨越光与波的探寻 本书聚焦于电磁现象的宏观描述与应用，深入剖析麦克斯韦方程组的精髓及其在经典物理学框架下的广泛影响。本书旨在为读者构建一个坚实、直观的电磁学理论基础，尤其侧重于电磁波的产生、传播、散射及其在工程和物理学中的实际体现。 第一部分：静电场与稳恒磁场的回顾与深化 尽管本书核心关注电磁辐射，但扎实的静电学与稳恒磁学基础是理解后续动态场论的基石。本部分将对经典场论进行系统性的回顾和提升。 第一章：静电场的矢量分析与边界条件 本章从库仑定律出发，引入电场强度 ($mathbf{E}$) 和电位 ($phi$) 的概念。重点探讨了高斯定律在线积分和微分形式下的应用，尤其关注电荷分布的对称性在简化计算中的作用。随后，深入解析了电介质材料中的极化现象，导出了电位移矢量 ($mathbf{D}$)。对电位场，本章详细推导了泊松方程和拉普拉斯方程，并通过分离变量法求解了在常见几何形状（如球体、柱体、平行板）下的电位分布。边界条件（$mathbf{E}$ 和 $mathbf{D}$ 在界面上的连续性）的严格处理，为后续处理电磁波在介质界面反射和折射奠定了数学基础。 第二章：稳恒电流与磁场的麦克斯韦方程组初探 本章将电流密度 ($mathbf{J}$) 引入，并阐述了电荷守恒定律在稳恒条件下的体现——安培定律。在此基础上，系统考察了磁感应强度 ($mathbf{B}$) 和磁场强度 ($mathbf{H}$)。磁场的产生源于电流，因此，本章详细分析了毕奥-萨伐尔定律在复杂电流路径下的应用。更进一步，引入磁矢量位 ($mathbf{A}$)，它在处理非均匀磁场和解决规范选择问题时提供了便利。对磁介质（如顺磁体、抗磁体和铁磁体）的磁化率和相对磁导率的讨论，使得读者能够精确计算宏观磁场响应。本章的收尾工作是引入法拉第电磁感应定律，这标志着从静态场论向动态场论的过渡。 第二部分：时变场论与麦克斯韦方程组的完备化 本部分是全书的理论核心，集中精力于阐释位移电流的概念，并以此为基础，完成麦克斯韦方程组的构建，从而揭示电磁波的本质。 第三章：位移电流与麦克斯韦方程组的整合 本章的核心在于对安培定律的修正。通过分析非稳恒电荷分布下的电荷守恒要求，推导出麦克斯韦对安培定律的修正项——位移电流密度。随后，完整地列出四组麦克斯韦方程： 1. $ abla cdot mathbf{D} = ho$ (高斯定律) 2. $ abla cdot mathbf{B} = 0$ (高斯磁定律) 3. $ abla imes mathbf{E} = -frac{partial mathbf{B}}{partial t}$ (法拉第定律) 4. $ abla imes mathbf{H} = mathbf{J} + frac{partial mathbf{D}}{partial t}$ (修正的安培定律) 本章将深入探讨这些方程在积分形式和微分形式下所蕴含的物理意义，特别是场之间的相互激发和演化关系。 第四章：无源空间中的电磁波方程推导 本章的目标是利用麦克斯韦方程组在自由空间（$ ho=0, mathbf{J}=0$）中推导出波方程。通过对 $mathbf{E}$ 和 $mathbf{B}$ 分别进行旋度运算和组合，导出如下形式的齐次波动方程： $$ abla^2 mathbf{E} - mu_0 epsilon_0 frac{partial^2 mathbf{E}}{partial t^2} = 0$$ $$ abla^2 mathbf{B} - mu_0 epsilon_0 frac{partial^2 mathbf{B}}{partial t^2} = 0$$ 从波动方程的解中，本书推导出电磁波的速度 $c = 1/sqrt{mu_0 epsilon_0}$，并明确指出电场、磁场和波的传播方向三者相互垂直，构成横波的特性。对平面波解的详细分析，包括其相位、波数和角频率，是本章的重点。 第三部分：电磁波的传播、能量与动量 一旦电磁波的本质被确立，接下来的内容将聚焦于描述这些波如何在不同介质中传播，以及它们携带的能量和信息。 第五章：平面波在理想电介质中的传播 本章讨论平面波在均匀、各向同性、线性、无损耗介质中的行为。介质的复介电常数和复磁导率的引入，使得本章能够分析波的衰减和相移。重点分析了波的传播常数 $gamma = alpha + ieta$ 的物理含义，其中 $alpha$ 是衰减常数，$eta$ 是相移常数。对折射率 $n$ 的定义和计算，为后续的光学应用打下基础。 第六章：电磁波的反射与折射——菲涅耳公式 当电磁波遇到两种不同介质的界面时，会发生反射和透射。本章严格应用麦克斯韦方程组的边界条件，推导出描述电场和磁场分量的菲涅耳公式。详细讨论了垂直极化波（TE 模式）和平行极化波（TM 模式）的反射系数和透射系数。对布鲁斯特角（全内反射的临界角）和斯涅耳定律在电磁学框架下的精确推导和几何解释，是本章的亮点。 第七章：波的能量、动量与辐射压力 电磁场不仅传递信息，也承载能量和动量。本章引入坡印廷矢量 ($mathbf{S} = mathbf{E} imes mathbf{H}$)，精确描述了单位时间、单位面积上传播的电磁能流密度。对坡印廷定理的推导，展示了能量守恒在时变场中的表现。此外，本章还分析了电磁场对材料施加的动量和辐射压力，为理解光子对物质的微小推动力（如太阳帆技术的基础）提供了理论工具。 第四部分：非均匀媒质与天线辐射 本部分将理论延伸至更复杂的实际问题，如导波结构和辐射问题。 第八章：导波与波导理论基础 本章探讨电磁波在有限结构中（如金属波导）的约束传播。引入了横电波（TE）、横磁波（TM）以及准TEM 模的概念。对矩形金属波导中的特征方程和截止频率的推导，展示了波导作为高频信号传输线的物理机制。讲解了波导中能量的传输特性以及模式色散现象。 第九章：辐射场与天线理论的初步 电磁辐射的最终体现是天线。本章从描述不连续电流源（如振荡偶极子）出发，推导了辐射场的远场近似表达式。对特定简单天线，如半波长偶极子天线和短小偶极子天线（贺兹振子），计算其辐射方向图和输入阻抗。辐射效率、有效面积和最大功率增益等关键天线参数的定义和计算，构成了本章的应用高潮。 本书的结构设计确保了从基础的静场概念到复杂的动态辐射现象之间逻辑的严密过渡，强调物理图像的构建与数学工具的精确应用相结合，旨在培养读者处理经典电磁学中任意复杂问题的能力。

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我最近在啃一本叫做《经典电磁辐射》的书，虽然名字听起来有点吓人，但不得不说，这本书的叙事方式真的很有意思，就像一位经验丰富的导师在循循善诱。它并没有一开始就扔一堆复杂的公式和定理砸过来，而是从最基本的概念入手，一步步引导读者理解电磁现象的根源。我特别喜欢它在介绍麦克斯韦方程组时，花了相当多的篇幅去阐述方程背后的物理意义，以及它们是如何联系起电场、磁场、电荷和电流的。不像我以前看过的其他教材，上来就是“这是高斯定律，这是安培环路定理”，然后让我们死记硬背。这本书则会解释为什么会有这些定律，它们是如何被发现的，以及它们在解决实际问题时是多么强大。我印象最深刻的是它关于电磁波传播的那一部分，作者并没有直接给出波动方程，而是通过分析电场和磁场在时空中的相互演化关系，一步步推导出电磁波的波动特性。这种“抽丝剥茧”的讲解方式，让原本抽象的理论变得异常生动和容易理解。而且，书中穿插了不少历史故事和科学家的趣闻轶事，这使得学习过程不那么枯燥。总的来说，如果你对电磁学有一定基础，但又觉得之前的书不够“接地气”，想要更深入地理解电磁现象的本质，这本书绝对值得一试。它不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的启发。

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我最近在阅读《经典电磁辐射》这本书，它提供了一个非常独特的视角来理解电磁学。这本书并没有像某些教材那样，上来就堆砌大量公式，而是花了相当大的篇幅去建立直观的物理图像。我特别欣赏它在讲解洛伦兹力和电磁感应时，是如何通过类比和想象力来帮助读者理解的。比如，它在描述磁场对运动电荷的作用时，会用一种非常形象的比喻，让原本抽象的磁场力变得触手可及。而且，书中在讲解电磁波的产生和传播时，并没有直接给出波动方程，而是通过分析电场和磁场在时间和空间中的相互激发过程，逐步引导读者领悟电磁波的本质。这种“循序渐进”的学习方式，让我感觉非常舒适，即使遇到一些稍有难度的概念，也能通过作者的引导慢慢消化。我印象最深刻的是关于辐射阻抗和效率的章节，作者将其与天线的物理结构紧密联系起来，解释了为什么不同形状和尺寸的天线会有不同的辐射特性。这让我感觉，书本上的理论知识真的能够解释我们身边很多现象。总的来说，这本书的讲解方式非常人性化，它不仅仅是传授知识，更是在培养读者的物理直觉和解决问题的能力。如果你希望以一种更轻松、更具启发性的方式来学习电磁辐射，这本书会是一个不错的选择。

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我一直对光学和电磁波的交叉领域非常感兴趣，所以当看到《经典电磁辐射》这本书时，我毫不犹豫地入手了。这本书给我的感觉是一种“厚积薄发”的力量，它在讲解基础理论的同时，也埋下了很多关于现代应用的伏笔。让我印象深刻的是，书中在介绍电磁波的散射理论时，不仅仅停留在瑞利散射这样的基本模型，还延伸讨论了一些更复杂的情况，比如米氏散射，虽然篇幅不长，但足以引发我对更深入研究的兴趣。而且，它在讲解衍射现象时，引入了惠更斯原理和菲涅尔衍射积分，这些数学工具的应用，让原本肉眼可见的现象有了严谨的数学描述，极大地提升了我对衍射机制的理解。我也很喜欢书中关于辐射的讨论，它不仅仅是介绍了偶极子辐射，还提及了更复杂的辐射源模型，以及如何计算它们的辐射功率和方向性。这部分内容让我意识到，我们日常生活中看到的各种无线通信和成像技术，其背后都蕴含着如此精妙的电磁辐射理论。这本书的语言风格非常专业，但又不失清晰，即使是对于一些复杂的数学推导，作者也尽量用通俗易懂的语言去解释，这一点非常难得。它让我感觉，学习电磁辐射并不是一件枯燥乏味的事情，而是一个探索物质世界奥秘的精彩旅程。

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拿到《经典电磁辐射》这本书，我的第一感觉是它有点“老派”，但这种“老派”恰恰是一种沉甸甸的学术底蕴。它不像现在很多教材那样追求花哨的排版和丰富的插图，而是专注于内容本身。刚开始读的时候，我有点担心自己会不会跟不上，因为作者在描述一些数学推导时，并没有做太多简化，而是保留了推理的完整性。但随着阅读的深入，我发现正是这种严谨的数学处理，反而让我对每一个步骤都看得清清楚楚。比如，在推导坡印廷矢量和能量流密度的时候，作者非常细致地给出了每一步的变换和物理意义的解释，这对于理解能量是如何在电磁场中传递的至关重要。这本书的例子也很贴合实际，虽然它主要讲解的是理论，但时不时会引用一些实际应用中的场景，让我能够将学到的知识与现实世界联系起来。我特别欣赏它在处理边界条件和反射、折射问题时，那种清晰的逻辑梳理。它会详细分析不同介质界面上的电场和磁场如何变化，以及这些变化如何导致电磁波的反射和透射。这部分内容是我之前学习的难点，但在这本书里，我感觉豁然开朗。总而言之，如果你是一个追求深度和严谨性的学习者，不介意花时间去钻研每一个细节，那么《经典电磁辐射》这本书会给你带来丰厚的回报，它是一本能让你真正“吃透”电磁辐射的书。

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作为一名对物理学抱有浓厚兴趣的业余爱好者，我一直都在寻找能够系统性地梳理电磁辐射这一庞大体系的读物，《经典电磁辐射》这本书可以说完美契合了我的需求。它最吸引我的地方在于其强大的体系构建能力，从电磁学的基本公理出发，层层递进，最终构建起一座完整的理论大厦。在阅读过程中，我惊喜地发现，作者并没有将麦克斯韦方程组视为一个孤立的存在，而是将其置于整个电磁学发展的历史脉络中进行讲解。这使得我不仅理解了方程的形式，更体会到了其背后的物理思想和历史意义。书中关于电磁波在不同介质中传播的章节，尤为令我着迷。作者非常细致地分析了波在导体内和介质内的衰减与传播，以及由此产生的各种现象，例如趋肤效应和电磁波的反射与折射。我感觉自己通过阅读这本书，对无线电波、微波等实际应用有了更深层次的认识。它并没有回避复杂的数学推导，但每一次的推导都清晰地展示了其物理含义，让我感觉自己不是在“做数学题”，而是在“解开物理的谜题”。这本书的深度和广度都让我受益匪浅，它为我打开了一扇通往电磁世界更深层的大门。

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