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《电磁波的奥秘：现代通信与信息技术基础》 内容简介： 本书聚焦于电磁波这一驱动现代信息社会的基石现象，深入浅出地阐述了电磁波的产生、传播、特性以及其在现代技术中的广泛应用。本书旨在为对物理学、电子工程、通信技术有浓厚兴趣的读者，提供一个全面而系统的理论框架和实践认知。 第一篇：电磁波的起源与基本理论 本篇将带领读者回顾电磁学发展的辉煌历程，从法拉第的感应概念到麦克斯韦方程组的建立，揭示电磁波存在的理论基础。 第一章：从静电到电磁场 电荷与电场： 详细解析库仑定律、电场强度及电势概念，理解静态电荷的分布与能量。 磁场与电流： 探讨毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律，理解稳恒电流如何产生磁场。 电磁感应： 深入研究法拉第电磁感应定律和楞次定律，认识变化的磁场如何激发电磁动势，这是发电机和变压器工作的核心原理。 麦克斯韦的洞察： 重点解析“变化的电场产生磁场”这一革命性的概念——即位移电流。这被视为连接电与磁、预言电磁波存在的关键一步。 第二章：麦克斯韦方程组与电磁波的诞生 方程组的整合： 系统阐述包含四个基本方程的完整麦克斯韦方程组，这是经典电磁学的基石。 波动方程的推导： 基于麦克斯韦方程组，推导出电磁场在真空中的波动方程，揭示电磁波是一种横波，其电场和磁场相互垂直并与传播方向垂直。 波速的确定： 计算并验证电磁波在真空中的速度恰好等于光速（$c = 1/sqrt{mu_0 epsilon_0}$），从而确立光是一种电磁波的物理图像。 能量与动量： 引入坡印廷矢量（Poynting Vector），用于描述电磁波能量的流动方向和大小，以及电磁波携带的动量。 第二篇：电磁波的传播与特性 本篇将目光投向电磁波在不同介质中的行为，及其在传播过程中展现出的丰富光学现象。 第三章：电磁波在介质中的传播 介质对波的影响： 探讨电磁波在理想导体、电介质（绝缘体）和磁介质中的传播特性，理解介电常数和磁导率对波速和阻抗的影响。 反射与折射： 运用菲涅耳公式，详细分析电磁波在两种不同介质界面上的反射和折射规律，包括斯涅尔定律的电磁本质。 全内反射： 解释全内反射现象，这是光纤通信技术的基础。 吸收、散射与色散： 分析电磁波的能量损耗机制，以及波速随频率变化的色散现象，解释彩虹的成因。 第四章：电磁波谱的广阔天地 电磁波谱的划分： 按照频率/波长系统介绍电磁波谱的各个主要频段，从低频到高频：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。 无线电波的产生与接收： 阐述振荡电路如何产生特定频率的无线电波（电磁辐射的宏观实现），以及天线如何接收这些辐射能。 光——可见波段的特性： 侧重于可见光的波动性和粒子性（光子概念的引入，虽非本书核心，但作为过渡），以及人眼对不同波长的感知。 高能射线： 简要介绍X射线和伽马射线的穿透性及在医学和工业中的应用，强调其高能量特性。 第三篇：电磁波的应用与现代技术 本篇将理论与工程实践相结合，展示电磁波在信息时代的关键作用。 第五章：现代通信系统的物理基础 调制技术： 深入讲解如何利用电磁波承载信息，包括调幅（AM）、调频（FM）和数字调制（如PSK、QAM）的基本原理，理解信息如何在电磁波的载波上被编码。 天线理论： 介绍不同类型天线（偶极子天线、八木天线、抛物面天线）的工作原理，包括辐射方向图、增益和极化。 电磁兼容性（EMC）： 讨论电磁干扰（EMI）的产生机制，以及在复杂电子环境中如何通过屏蔽、接地等方法确保设备间的电磁兼容性。 第六章：光学与微波工程实例 雷达与遥感： 基于电磁波的反射原理，解释雷达系统的测距、测速功能，以及微波在对地观测中的应用。 光纤通信： 详述全内反射在光导纤维中的应用，以及光纤相对于传统电缆在带宽、传输损耗上的巨大优势。 射频识别（RFID）与物联网（IoT）： 分析低功耗、短距离通信中射频技术的工作模式。 电磁辐射与健康安全： 探讨非电离辐射的生物效应，并介绍国际上对电磁辐射安全标准的制定与执行情况。 结语：展望未来 总结电磁波理论的持续发展，展望在太赫兹通信、量子电磁学等前沿领域，电磁波理论将如何继续推动人类社会的进步。 本书特色： 本书力求在保持严谨的物理学推导的同时，辅以大量的工程实例和图示，帮助读者建立从抽象方程到具体技术的完整认知链条。它不仅是电磁学基础知识的优秀参考书，更是理解现代无线电、光纤网络和移动通信系统的必备读物。
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