電磁場與電磁波使用MATLAB分析與實現

梅中磊李月娥馬阿寧

出版商: 清華大學
出版日期: 2025-11-01
售價: $414
語言: 簡體中文
頁數: 354
ISBN: 7302702799
ISBN-13: 9787302702795
相關分類: 電磁學 Electromagnetics

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商品描述

本書是為高等院校電子信息類專業主幹基礎課“電磁場與電磁波”編寫的本科生教材，主要介紹電磁場與電磁波的基本特性及規律。本書從矢量分析與場論入手，著重討論電磁場的基本理論。全書共分7章，分別為矢量分析、靜電場、穩恒電場與磁場、靜態場邊值問題的解法、時變電磁場、電磁波的傳播、電磁波的輻射。書末含附錄（三種常用坐標系中一些量的表達式、矢量恒等式）。此外，本書輔以與教學內容密切相關的科研進展，以及生活中的電磁現象等，方便感興趣的讀者瀏覽。為方便開展虛擬仿真實驗，每章一節設有 MATLAB虛擬仿真實驗，緊扣章節內容和科技前沿。如能動手實操，效果好。本書適合電子信息類、電氣類專業的本科生使用，尤其適合開展研究型教學的基礎理論班、創新人才培養基地等使用，對於大學生科研有積極的促進作用；也適合作為相關專業研究生的參考教材。

作者簡介

梅中磊，蘭州大學信息科學與工程學院副院長、教授、博士生導師，蘭州大學第六屆學術委員會委員，甘肅省教學名師，“飛天學者”特聘教授，“寶鋼” 教師，甘肅省青年教師成才獎獲得者，蘭州大學第三屆我喜愛的“十大教師”和“師德標兵”。長期從事本科生課程“電磁場與電磁波”“數學物理方法”及研究生課程“電磁數學”的講授，身體力行倡導研究型教學和本科生科研，並開展相關教學研究，主持“研究型教學在“電磁場理論”課程中的實踐及示範應用”，獲省級教學成果二等獎。主要研究領域為新型人工電磁材料及器件等。先後主持和參與自然科學基金、甘肅省自然科學基金等科研項目，2014年獲得省高校科技進步一等獎。近年來在期刊發表高水平SCI論文50余篇，其中指導本科生在美國《物理評論快報》發表論文2篇。

目錄大綱

第1章矢量分析
1.1 矢量及其代數運算
1.1.1 標量和矢量
1.1.2 矢量的加減、單位矢量和數乘
1.1.3 標量積與矢量積
1.1.4 矢量的混合積
1.1.5 矢量場與標量場
1.2 標量場的梯度、矢量場的散度與旋度
1.2.1 哈密頓算子
1.2.2 標量場的梯度
1.2.3 矢量場的通量和散度
1.2.4 矢量場的環量和旋度
1.2.5 標量場的拉普拉斯運算
1.3 矢量積分定理
1.3.1 高斯散度定理
1.3.2 斯托克斯定理
1.4 三種常用坐標系
1.4.1 坐標變量和基本單位矢量
1.4.2 坐標變量之間的關系
1.4.3 基本單位矢量之間的關系——單位圓法
1.4.4 梯度、散度、旋度及拉普拉斯運算表達式
1.5 MATLAB虛擬仿真實驗：場的可視化
1.5.1 場分布的可視化
1.5.2 場的梯度、散度和旋度的可視化
1.5.3 MATLAB實踐練習
本章小結
本章習題
第2章靜電場
2.1 庫侖定律和電場強度
2.1.1 庫侖定律
2.1.2 電場強度
2.1.3 場的疊加原理和庫侖場強法
2.1.4 點電荷密度的數學表示
2.1.5 電力線
2.2 真空中靜電場的性質
2.2.1 E通量
2.2.2 高斯定理
2.2.3 靜電場的無旋性
2.2.4 真空中靜電場的基本方程
2.3 靜電勢及其計算
2.3.1 靜電勢
2.3.2 計算電場的電勢法
2.3.3 等勢面
2.3.4 電勢的微分方程
2.4 電偶極子
2.4.1 電偶極子的電場
2.4.2 均勻外電場對電偶極子的作用
2.5 電介質的極化和電位移矢量
2.5.1 電介質的極化和電極化強度
2.5.2 束縛電荷
2.5.3 電位移矢量和介質中的高斯定理
2.5.4 介質中靜電場的基本方程
2.6 靜電場的邊界條件
2.6.1 兩種媒質間靜電場的邊界條件
2.6.2 兩種介質間靜電場的邊界條件
2.6.3 介質與導體間靜電場的邊界條件
2.7 電容
2.7.1 靜電場中的導體
2.7.2 孤立導體和雙導體的電容
2.7.3 電容器的並聯和串聯與等效材料
2.8 靜電場的能量
2.8.1 帶電體系統的電場能量
2.8.2 電場的能量密度
2.9 MATLAB虛擬仿真實驗：繪制電力線和等勢線（面）
2.9.1 利用quiver函數繪制電力線
2.9.2 基於streamline函數繪制電力線
2.9.3 基於力線方程繪制電力線
2.9.4 等勢線（面）繪制方法
2.9.5 MATLAB實踐學習
本章小結
本章習題
第3章穩恒電場與磁場
3.1 電流密度和電荷守恒定律
3.1.1 電流與電流密度
3.1.2 電流元
3.1.3 傳導電流與運流電流
3.1.4 電動勢
3.1.5 電荷守恒定律——電流連續性方程
3.2 穩恒電流的電場
3.2.1 導電媒質中穩恒電場的基本方程
3.2.2 穩恒電場的邊界條件
3.2.3 焦耳定律
3.2.4 穩恒電場的靜電比擬和電導
3.3 安培定律、磁感應強度和洛倫茲力
3.3.1 安培定律
3.3.2 畢奧-薩伐爾定律
3.3.3 洛倫茲力
3.4 矢量勢、穩恒磁場的基本性質
3.4.1 磁通連續性原理
3.4.2 矢量勢及其微分方程
3.4.3 安培環路定律
3.4.4 真空中穩恒磁場的基本方程
3.5 磁偶極子及其與磁場的作用
3.5.1 磁偶極子的磁場
3.5.2 穩恒磁場對磁偶極子的作用
3.6 物質的磁化和磁場強度
3.6.1 物質的磁化與磁化強度
3.6.2 磁化電流
3.6.3 磁場強度與磁介質中的安培環路定律
3.6.4 磁介質中穩恒磁場的基本方程
3.6.5 磁標勢
3.6.6 磁路
3.7 磁場的邊界條件
3.7.1 兩種磁介質間磁場的邊界條件
3.7.2 無面電流時兩種磁介質間磁場的邊界條件
3.7.3 磁介質與理想導磁體間磁場的邊界條件
3.8 電感
3.8.1 互感
3.8.2 自感
3.8.3 互感計算和無線輸電
3.9 磁場能量
3.9.1 電流回路系統的磁場能量
3.9.2 磁場的能量密度
3.10 MATLAB虛擬仿真實驗：編程計算互感
3.10.1 無線輸電系統中互感的科學計算
3.10.2 圓形線圈自感的計算
3.10.3 MATLAB實踐練習
本章小結
本章習題
第4章靜態場邊值問題的解法
4.1 靜態場邊值問題的分類和性定理
4.1.1 靜態場邊值問題的分類
4.1.2 靜態場的邊值條件
4.1.3 靜態場邊值問題的求解方法
4.1.4 性定理
4.1.5 基於性定理求解邊值問題
4.2 鏡像法
4.2.1 鏡像法的原理
4.2.2 導體與介質平面邊界的鏡像法
4.2.3 導體與介質圓柱面邊界的鏡像法
4.2.4 導體與介質球面邊界的鏡像法
4.3 直角坐標系下的分離變量法
4.3.1 分離變量法簡介
4.3.2 直角坐標系內的分離變量法
4.3.3 邊界條件的疊加
4.4 圓柱坐標系內的分離變量法
4.4.1 通解的三