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第1章 电磁场的数学物理基础 1

1.1 电磁场基本物理量 1

1.1.1 电荷密度与电流密度 1

1.1.2 电场强度 2

1.1.3 磁感应强度 3

1.2 矢量分析 3

1.2.1 矢量代数 4

1.2.2 坐标系统 5

1.2.3 矢量积分 8

1.3 场论基础 9

1.3.1 场的基本概念 9

1.3.2 标量场的梯度 10

1.3.3 矢量场的散度和散度定理 11

1.3.4 矢量场的旋度和斯托克斯定理 13

1.3.5 格林定理和亥姆霍兹定理 14

1.3.6 场的分类 16

第2章 静电场 18

2.1 电磁学历史上第一个定量定律——库仑定律 18

2.2 真空中的静电场 19

2.2.1 库仑定律 19

2.2.2 电场强度 20

2.2.3 静电场的环路定理和电位 21

2.2.4 真空中的高斯通量定理 24

2.3 电介质中的静电场 24

2.3.1 静电场中的导体 24

2.3.2 静电场中的电介质 25

2.3.3 电介质中的高斯通量定理 26

2.4 静电场的基本方程 28

2.4.1 静电场的基本方程 28

2.4.2 分界面上的衔接条件 29

2.5 静电场的边值问题 30

2.5.1 静电场的边值问题 30

2.5.2 唯一性定理 32

2.6 边值问题的解法 33

2.6.1 分离变量法 33

2.6.2 镜像法和电轴法 37

2.7 电容和部分电容 44

2.7.1 电容 44

2.7.2 部分电容 45

2.7.3 静电屏蔽 48

2.8 静电场的能量和力 49

2.8.1 带电体系统中的静电场能量 49

2.8.2 静电场能量分布及其密度 50

2.8.3 静电力 51

2.9 工程应用实例 53

2.9.1 架空地线的防雷作用 53

2.9.2 换位三相输电线的每相工作电容 54

2.9.3 静电发电机 55

2.10 本章小结 56

2.11 习题 58

2.12 科技前沿 60

第3章 恒定电场 61

3.1 从电气研究的热潮到焦耳定律的建立 61

3.2 恒定电场的基本方程 62

3.2.1 电源与恒定电场 62

3.2.2 欧姆定律和焦耳定律的微分形式 63

3.2.3 恒定电场基本方程及分界面上的衔接条件 64

3.3 恒定电场的边值问题 66

3.4 静电比拟 67

3.5 电导与接地电阻 68

3.5.1 电导 68

3.5.2 多电极系统的部分电导 69

3.5.3 接地电阻 70

3.5.4 跨步电压 72

3.6 工程应用实例 73

3.6.1 电法勘探 73

3.6.2 普通电阻率法测井 75

3.7 本章小结 76

3.8 习题 77

3.9 科技前沿 79

第4章 静磁场 80

4.1 从奥斯特揭示电与磁的联系到安培环路定理的建立 80

4.2 静磁场的基本方程 81

4.2.1 安培力定理 81

4.2.2 磁感应强度 82

4.2.3 磁场的高斯定理 83

4.2.4 媒质的磁化 84

4.2.5 一般形式的安培环路定理 86

4.2.6 静磁场的基本方程 88

4.3 静磁场的边界条件 88

4.4 边界问题的解法 90

4.5 矢量磁位及其边值问题 91

4.5.1 矢量磁位 91

4.5.2 矢量磁位的边值问题 93

4.6 标量磁位 94

4.7 电感和电感器 96

4.8 静磁场的能量和力 97

4.8.1 用场量表示静磁能 98

4.8.2 用磁场储能表示力 100

4.8.3 静磁力 101

4.9 磁路 102

4.10 工程应用实例 105

4.10.1 三相输电线的每相等效电感 105

4.10.2 电力电缆路径的探测 106

4.10.3 电磁炮 107

4.10.4 磁力矿物分选 108

4.10.5 磁流体发电机 109

4.11 本章小结 110

4.12 习题 112

4.13 科技前沿 114

第5章 时变电磁场与电磁波 116

5.1 电磁场理论的集大成——麦克斯韦方程组 116

5.1.1 法拉第与电磁感应定律 116

5.1.2 麦克斯韦理论 117

5.2 法拉第电磁感应定律 118

5.2.1 时变磁场中的静止回路 118

5.2.2 静磁场中的运动导体 119

5.2.3 时变磁场中的运动回路 119

5.3 全电流定律 120

5.4 麦克斯韦方程组 122

5.5 时变场的边界条件 124

5.5.1 不同媒质分界面上的衔接条件 124

5.5.2 两种无损耗、线性媒质之间的分界面 125

5.5.3 电媒质与理想导体之间的分界面 126

5.6 动态位及其波动方程 126

5.6.1 动态位的定义 126

5.6.2 达朗贝尔方程 127

5.6.3 达朗贝尔方程的解 128

5.7 坡印亭定理与坡印亭矢量 129

5.7.1 坡印亭定理 130

5.7.2 坡印亭矢量 130

5.8 正弦电磁场 132

5.9 工程应用实例 135

5.10 本章小结 136

5.11 习题 138

5.12 科技前沿 139

第6章 准静态电磁场 141

6.1 麦克斯韦的革命——引导现代物理时代的到来 141

6.2 电准静态场和磁准静态场 142

6.2.1 电准静态场 142

6.2.2 磁准静态场 143

6.3 导电媒质中自由电荷的弛豫过程 144

6.3.1 电荷在均匀导电媒质中的弛豫过程 144

6.3.2 电荷在分块均匀导电媒质中的弛豫过程 145

6.4 趋肤效应与邻近效应 147

6.4.1 电磁场的扩散方程 147

6.4.2 趋肤效应与透入深度 148

6.4.3 邻近效应 150

6.5 涡流及其损耗 151

6.6 电路定律与交流阻抗 153

6.7 工程应用实例 155

6.7.1 电涡流传感器 155

6.7.2 无损探伤 156

6.7.3 变压器和自耦变压器 157

6.8 本章小结 159

6.9 习题 160

6.10 科技前沿 162

第7章 平面电磁波 163

7.1 赫兹的实验与麦克斯韦理论 163

7.2 自由空间中的平面波 164

7.2.1 一般波动方程 164

7.2.2 平面电磁波 165

7.3 导电媒质中的平面波 167

7.3.1 低损耗媒质中的平面波 168

7.3.2 良导体中的平面波 169

7.4 平面波的反射与折射 169

7.5 导行电磁波和波导 172

7.5.1 导行电磁波的分类 173

7.5.2 电磁波在波导中的传播特性 175

7.5.3 矩形金属波导 175

7.5.4 谐振腔 178

7.6 工程应用实例 181

7.6.1 移动通信技术 181

7.6.2 电磁波测距 183

7.7 本章小结 185

7.8 习题 186

7.9 科技前沿 187

第8章 电磁场的计算机辅助分析 189

8.1 电磁场数值计算与计算机辅助分析 189

8.2 电磁场数值计算常用方法 190

8.2.1 有限元法 190

8.2.2 有限差分法 193

8.2.3 边界元法 196

8.3 电磁场数值计算软件 197

8.4 科技前沿 198

第9章 工程电磁场应用新技术 199

9.1 洛伦兹把经典电磁理论推向了最后的高峰 199

9.2 磁悬浮技术 200

9.2.1 磁力和磁悬浮原理 200

9.2.2 磁悬浮轴承与旋转机械 202

9.2.3 磁悬浮列车 205

9.2.4 磁悬浮人工心脏泵 207

9.3 电磁辐射生物效应机理中的计算电磁学方法 208

9.3.1 电磁场与电磁辐射 208

9.3.2 电磁辐射生物效应机理研究中的计算电磁学方法 209

9.3.3 应用时域有限差分法计算电磁辐射在生物组织中的比吸收率 210

9.4 电磁环境与电磁兼容技术 211

9.4.1 电磁环境与电磁干扰源 211

9.4.2 电磁干扰的传播 212

9.4.3 电磁干扰的抑制技术 213

9.4.4 电磁兼容及其测试 214

9.5 科技前沿 215

附录 217

附录A 电磁量及其国际制单位 217

附录B 一些常用材料的基本常量 221

参考文献 223