Theory and Practice of Absolute Measurements in Electricity and Magnetism (Volume 1) pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:General Books LLC

作者:Andrew Gray

出品人:

頁數:232

译者:

出版時間:2010-01-02

價格:USD 31.45

裝幀:Paperback

isbn號碼:9781152061170

叢書系列:

圖書標籤:

• Electricity
• Magnetism
• Absolute Measurements
• Physics
• Electrical Engineering
• Measurement Techniques
• Scientific Instruments
• 19th Century Physics
• Classical Electromagnetism
• Volume 1

深入探索經典電磁學與精密測量的基石 《電磁學中的絕對測量理論與實踐（第一捲）》 聚焦於電磁學領域中對基本物理量進行精確、可溯源測量的核心理論框架與實用技術。本書旨在為物理學、工程學，以及計量學領域的專業人士和高級學生提供一個全麵且深入的參考，涵蓋瞭電磁學量化研究的基石。 本書的重點在於構建一種堅實的理論基礎，用以理解和實現對電場強度、磁感應強度、電流、電荷量以及相關電磁勢的標準定義和實際復現。這不僅是現代物理學實驗的先決條件，也是確保全球技術標準統一性的關鍵。 --- 第一部分：電磁測量的基礎與曆史溯源 本捲伊始，作者首先梳理瞭電磁學測量方法論的演進曆程，從早期依賴力學平衡的宏觀測量，發展到現代基於量子效應和基本常數的精確定義。 第一章：測量學的基本範式與不確定度分析 本章詳細闡述瞭“絕對測量”的嚴格定義，區分其與“相對測量”的本質區彆。探討瞭國際單位製（SI）中電磁學單位的演變，特彆是從早期基於特定實驗裝置（如基於開普勒的電阻定義）到現今基於普朗剋常數($h$)和基本電荷($e$)的“新SI”框架下的精確實現。 重點內容包括： 係統誤差與隨機誤差的嚴格區分：如何通過實驗設計最小化係統性偏差。 不確定度評估的量化方法：引入高斯誤差傳播法則（GUM框架），並應用於復雜的電磁測量鏈。討論瞭標準不確定度的A類和B類評定方法在電磁學中的具體應用場景。 可溯源性的構建：如何通過一係列校準鏈，將實驗室的測量結果與國傢計量機構的基準標準相連接，確保測量的國際一緻性。 第二章：靜電場測量的理論基礎與早期實現 靜電測量是理解電磁學的起點。本章深入探討瞭靜電測量中麵臨的挑戰，特彆是電荷泄漏、錶麵電荷積纍和場強不均勻性。 電場強度（$E$）的絕對確定：詳細分析瞭基於平行闆電容器和球形電容器的原理。重點討論瞭如何利用精確幾何結構來計算電容，並結閤已知電壓確定電場強度。 電勢與電位移的測量：考察瞭電位探針（Probe）的設計原則，包括如何使用非侵入性的測量技術來避免探針對測量場的影響（如電場屏蔽和補償技術）。 高壓靜電測量：討論瞭在強電場環境下，絕緣材料的擊穿機製及其對測量的限製。介紹瞭氣體填充或真空環境下的高壓測量標準器。 --- 第二部分：穩恒電流與磁場的絕對測量 本部分是全書的核心，詳細介紹瞭電流和磁場——電磁學中兩個最關鍵的量——的絕對確定方法，這些方法直接構成瞭電磁學計量學的支柱。 第三章：電流的基準實現：電阻與電勢的耦閤 電流的絕對測量在很大程度上依賴於對電勢差和電阻的精確測量。本章聚焦於如何基於電磁學基本定律實現這些量的標準。 基於歐姆定律的電流標準：詳細闡述瞭利用標準電阻和標準電壓源建立的電流基準。深入分析瞭標準電阻（Primary Resistor）的物理構造，特彆是其溫度係數和電感對高頻特性的影響。 開爾文雙橋（Kelvin Double Bridge）的精確應用：作為低電阻測量的黃金標準，本章詳細推導瞭雙橋的平衡條件，並分析瞭引綫電阻和接觸電阻對手動和自動平衡係統的影響。 電流的電化學基礎：雖然本書側重於物理測量，但本章簡要迴顧瞭基於法拉第電解定律的電流早期定義，並討論瞭其在現代計量學中的校準作用。 第四章：磁場的絕對測量：電磁學中的力學聯係 磁場的測量是公認難度最大的領域之一，因為它直接依賴於電荷的運動及其産生的力。本章專注於利用力學原理來確定磁感應強度（$B$）。 安培定律的精確實現：電流天平（Current Balance）：對不同結構（如哈弗德天平、NPL型天平）的電流天平進行瞭詳盡的幾何和力學分析。討論瞭磁屏蔽技術、浮力校正以及如何將測量到的機械力精確轉換為電流或磁場強度。 磁通量的測量：介紹瞭利用法拉第電磁感應定律實現磁通量測量的基本原理。重點講解瞭諾依曼綫圈（Search Coil）技術的應用，包括其積分電路的設計、退磁（Demagnetization）過程對結果的影響。 霍爾效應的精密應用：探討瞭如何利用霍爾電壓的測量來確定特定位置的磁場強度，特彆是半導體材料的選擇、溫度依賴性補償，以及如何構建高精度的磁場探頭。 --- 第三部分：電磁量之間的傳遞與標準器的建立 最後一部分將前兩部分的知識融會貫通，探討瞭電學基本量之間的相互轉換，並介紹瞭實現電磁標準器的關鍵儀器。 第五章：電感的精確測量與標準器的建立 電感（$L$）是電流變化率與感應電動勢之間的比例常數，其測量要求對時間和頻率有極高的精確度。 標準電感的構造：詳細分析瞭具有低自電容和理想幾何形狀的電感器的設計，例如：亥姆霍茲綫圈（Helmholtz Coil）和麥剋斯韋電橋（Maxwell Bridge）。 電橋技術的深入應用：超越簡單的歐姆測量，本章聚焦於電橋在交流（AC）電路中的應用，尤其是測量電感時的頻率依賴性校正。 自感與互感的精密測量：闡述瞭如何通過精確的幾何布局（如使用精密繞綫技術）來確保電感值的可計算性，從而實現基於幾何尺寸的絕對電感標準。 第六章：電磁學測量的頻率依賴性與未來展望 本書的收尾部分探討瞭在交流電場和磁場中，絕對測量所麵臨的額外挑戰，並對計量學的發展方嚮進行瞭展望。 高頻電磁測量的挑戰：討論瞭集膚效應、分布電容和引綫電感在高頻（RF/Microwave）測量中對“絕對”值的扭麯。介紹瞭傳輸綫理論在校準高頻探頭中的應用。 電磁量新基準的過渡：簡要介紹瞭基於約瑟夫森結（Josephson Junction）的電壓標準和基於量子霍爾效應（Quantum Hall Effect）的電阻標準如何重塑瞭電磁測量的絕對性，為實現更穩定的基礎常數提供瞭可能。 《電磁學中的絕對測量理論與實踐（第一捲）》 是一部嚴謹、全麵且高度技術性的專著，它不僅記錄瞭人類如何精確量化電與磁的相互作用，更為下一代計量科學傢和工程師提供瞭實踐這些精密測量的必備工具和理論框架。本書假定讀者具備紮實的經典電磁學基礎，並緻力於將理論知識轉化為可信賴的、可復現的實驗標準。

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