Atmospheric Electrostatics (Electrostatics & Electrostatic Applications) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Research Studies Press

作者:Lars Wahlin

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1986-12

价格:USD 12.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780863800429

丛书系列:

图书标签:

• 大气静电
• 静电学
• 静电应用
• 电荷
• 大气物理
• 高压静电
• 放电现象
• 环境物理
• 静电防护
• 雷电

《电磁场理论在工程中的应用》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面且深入理解电磁场理论及其在现代工程实践中广泛应用的知识体系。本书内容涵盖了电磁场理论的基石——麦克斯韦方程组的推导与解释，并着重阐述了这些基本定律如何指导我们理解和设计各种电磁现象相关的工程系统。我们不触及大气电学或其特定应用，而是将焦点放在电磁场与物质相互作用的普遍规律以及由此衍生的工程技术。 第一章：电磁场基础回顾与现代视角 本章首先对静电学和稳恒磁学中的基本概念进行扼要回顾，包括电荷、电场、电势、电流、磁场和磁势等。然而，本书的重点在于将这些概念置于一个动态且统一的框架下。我们将重点讲解麦克斯韦方程组的四个基本方程，并对其物理意义进行深入剖析。理解这些方程组的含义，是掌握后续所有电磁工程应用的基础。我们会从微分形式和积分形式这两个角度阐述方程组，并解释它们在不同物理场景下的适用性。特别地，我们将强调位移电流的概念，以及它如何将变化的电场和磁场统一起来，从而预示电磁波的存在。此外，本章还会介绍一些关键的电磁场边界条件，它们在分析多介质系统中的电磁场分布时至关重要。我们还将简要探讨矢量分析在电磁场理论中的核心作用，包括梯度、散度和旋度等算符的物理意义及其在推导和简化电磁方程组中的应用。 第二章：电磁波的传播与辐射 在理解了麦克斯韦方程组之后，本章将自然地过渡到电磁波的分析。我们将从均匀介质中的电磁波传播开始，推导出电磁波的波动方程，并解释波的相速度、群速度以及能量传播方向（坡印廷矢量）。通过对亥姆兹方程的求解，我们将深入研究单色平面波的特性，包括其振幅、相位、偏振等。本书将重点阐述不同介质（如理想介质、损耗介质）中电磁波的传播特性，例如反射、折射和吸收。我们将详细讨论菲涅尔方程，并解释其在界面处电磁波行为预测中的重要性。 随后，本章将转向电磁辐射。我们将介绍电偶极子和磁偶极子的辐射场，并分析其辐射功率和方向性。更进一步，我们将讨论天线的基本理论，包括天线的输入阻抗、方向图、增益以及有效面积等参数。虽然不会深入探讨特定类型天线的设计细节，但我们将阐明影响天线性能的基本物理原理，为读者理解各种无线通信、雷达等系统的辐射与接收机制奠定基础。我们将从源头处解释电磁波是如何产生的，以及为什么加速变化的电荷会辐射电磁波。 第三章：导波结构与传输线理论 本章将探讨电磁能量如何在引导结构中传输。我们将首先介绍理想传输线模型，推导电压和电流的传播方程，并定义特征阻抗、传播常数和衰减常数。我们将详细分析行波和驻波的概念，以及反射系数和电压驻波比（VSWR）的意义。史密斯圆图作为一种强大的分析工具，将在本章中得到详细介绍，并演示如何利用它来解决阻抗匹配、最大化功率传输等问题。 在传输线理论的基础上，本章将进一步介绍波导。我们将分析矩形波导和圆波导中的模式（TE模式、TM模式），并推导出截止频率的概念。我们将解释不同模式的传播特性以及为何高次模式在高频下会被激发。此外，我们还将简要介绍微带线和带状线等平面传输线结构，以及它们在印刷电路板（PCB）和集成电路设计中的应用。本书将聚焦于这些引导结构如何有效地传输高频电磁能量，以及如何避免能量的损耗和反射。 第四章：电磁兼容性（EMC）与电磁干扰（EMI） 随着电子设备日益集成化和高速化，电磁兼容性已成为现代工程设计中不可或缺的一环。本章将系统地介绍电磁兼容性（EMC）的基本概念，包括敏感性（Susceptibility）和辐射（Emissions）。我们将探讨电磁干扰（EMI）产生的基本机制，例如传导干扰、辐射干扰和耦合机制（电容耦合、电感耦合、电磁场耦合）。 本书将重点分析EMI的传播途径和影响，并介绍常用的抑制和防护技术。这包括滤波技术（低通、高通、带通滤波器）、屏蔽技术（金属屏蔽、吸波材料）以及接地技术。我们将阐述如何通过合理的PCB布局、布线设计以及元器件选择来最小化EMI的产生和传播。同时，本章还会涉及一些EMC的测量方法和标准，帮助读者理解工程实践中的EMC要求。我们将着重讲解如何通过对电磁场传播规律的深刻理解，来主动规避潜在的电磁干扰问题，保证电子系统正常可靠地工作。 第五章：电磁场在传感器与执行器中的应用 电磁场理论是众多传感器和执行器设计的基础。本章将重点介绍一些典型的应用。在传感器方面，我们将讨论电感式传感器的工作原理，例如电涡流传感器和电感耦合传感器，并分析它们如何利用磁场变化来检测位移、角度或材料特性。我们还将简要介绍霍尔效应传感器，以及它们如何利用载流导体在磁场中产生的霍尔电压来测量磁场强度。 在执行器方面，我们将详细介绍电磁驱动器，例如电动机和电磁阀。我们将从麦克斯韦方程组出发，推导出电磁力产生的基本原理，并分析力和转矩的计算。对于电动机，我们将概述不同类型电动机（直流电机、交流电机）的工作原理，并强调磁场在能量转换过程中的核心作用。对于电磁阀，我们将阐述如何通过控制电流来产生变化的磁场，从而驱动阀门的开启或关闭。本书将强调这些器件如何巧妙地将电磁场能量转化为机械运动或力，从而实现各种自动化和控制功能。 第六章：高频电路与电磁场 高频电路的设计与低频电路有着显著的区别，这很大程度上源于电磁场效应在高频下的显著性。本章将探讨高频电路中的电磁场效应。我们将讨论集肤效应，解释高频电流如何在导体表面聚集，以及这如何影响导体的有效电阻。我们还将引入电感和电容在高频电路中的寄生效应，并分析它们对电路性能的影响。 本章将进一步介绍微波电路的无源器件，例如匹配网络、功率分配器、耦合器和环行器。我们将解释这些器件如何利用电磁场原理来实现信号的分配、合并和隔离。最后，我们将简要介绍微波测量技术，例如网络分析仪，以及它如何用于表征高频器件的S参数。本书将强调在高频领域，电路的物理结构和电磁场分布是同等重要的，必须同时考虑才能进行有效的电路设计。 第七章：数值计算方法在电磁场分析中的应用 在许多复杂的工程问题中，解析求解电磁场方程组变得异常困难或不可能。因此，数值计算方法成为分析和设计中的重要工具。本章将介绍几种常用的电磁场数值计算方法，包括有限元方法（FEM）、有限差分时域方法（FDTD）和矩量法（MoM）。 我们将简要阐述每种方法的原理，并讨论它们各自的优缺点和适用范围。例如，FEM擅长处理复杂几何形状和非均匀介质，而FDTD能够直接求解时域问题，非常适合分析瞬态电磁现象和电磁波传播。MoM常用于分析天线和散射体等 Radiation and Scattering 问题。本书将侧重于介绍这些方法的应用，例如用于分析天线性能、电磁兼容性问题、以及复杂结构中的电磁场分布。通过数值计算，工程师可以更精确地预测电磁现象，优化设计，并减少昂贵的物理原型测试。 结论 本书通过对电磁场基础理论的系统阐述，结合其在工程实践中的广泛应用，为读者提供了一个坚实的知识基础。我们聚焦于麦克斯韦方程组的统一性和普适性，以及由此衍生出的各类工程技术。通过对电磁波传播、引导结构、电磁兼容性、传感器执行器以及数值计算方法的探讨，本书旨在培养读者运用电磁场理论解决实际工程问题的能力。本书的深度和广度，将使工程专业的学生、研究人员以及从事相关行业的工程师，能够更深刻地理解电磁现象的本质，并将其转化为创新的工程解决方案。

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