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第一章 基本的电磁现象 1

1.1 电荷与电场 1

1.1.1 电荷 1

1.1.2 库仑定律 2

1.1.3 电场 6

1.1.4 电场线 9

1.1.5 电偶极子与电偶极矩 10

1.1.6 分布在小区域内的电荷组 12

1.2 导体与电介质 14

1.2.1 导体 14

1.2.2 电介质与极化 15

1.3 电流场的描述 17

1.3.1 电流 17

1.3.2 电流密度矢量 17

1.3.3 电流场的通量 18

1.3.4 点电荷的电流元 20

1.4 磁场 21

1.4.1 电流的磁效应 21

1.4.2 磁感应强度矢量 22

1.4.3 磁 场对运动电荷及通电导线的作用 23

1.4.4 毕奥-萨伐尔定律 29

1.4.5 平行长直通电细导线间的相互作用 32

1.5 磁矩 32

1.5.1 通电线圈的磁场 32

1.5.2 磁场对通电线圈的作用 35

1.5.3 微观粒子的磁矩 37

附录A 常用的数学公式 38

思考题 40

习题 41

第二章 电场 46

2.1 高斯定理 46

2.1.1 电场的通量 46

2.1.2 高斯定理 47

2.1.3 应用举例 50

2.1.4 高斯定理的意义 52

2.2 电场的散度 54

2.2.1 电场的散度 54

2.2.2 面散度 55

2.3 静电场的电势 56

2.3.1 电场的环量 56

2.3.2 静电场的电势 58

2.3.3 电势梯度 65

2.3.4 泊松方程 67

2.4 静电势能和电场的能量 69

2.4.1 电荷在外电场中的静电势能 69

2.4.2 带电体系的静电能 72

2.4.3 电场的能量 75

2.4.4 电子的经典半径 77

2.5 导体的静电平衡与电子发射 78

2.5.1 导体中的自由电荷 78

2.5.2 孤立导体的静电平衡 80

2.5.3 自由电荷穿过势垒——隧道效应 82

附录B 常用的电真空器件 83

思考题 86

习题 88

第三章 电流场 91

3.1 导体中的传导电流 91

3.1.1 欧姆定律 91

3.1.2 电阻器 93

3.1.3 线性电阻与非线性电阻 95

3.1.4 电场对传导电流的功 95

3.2 电源及其电动势 97

3.2.1 电源的作用 97

3.2.2 电源的电动势 98

3.2.3 电源的端电压 99

3.2.4 理想电源 101

3.3 电容 102

3.3.1 孤立导体的电容 102

3.3.2 电容器 104

3.3.3 电容的电路方程 105

3.4 电流场的连续性 109

3.4.1 位移电流 109

3.4.2 电流场的连续性 111

附录C 气体导电 113

思考题 116

习题 117

第四章 磁场与电磁感应 120

4.1 磁场的通量和环量 120

4.1.1 磁场的通量——磁场的高斯定理 120

4.1.2 磁场的环量——安培环路定理 121

4.1.3 面电流的磁场 123

4.1.4 柱电流面的磁场 125

4.2 通电螺线管的磁场 127

4.2.1 细长通电螺线管的磁场 127

4.2.2 通电螺绕环的磁场 127

4.3 电磁感应定律与涡旋电场 128

4.3.1 法拉第定律 128

4.3.2 楞次定律 130

4.3.3 动生电动势与感生电动势 131

4.3.4 关于洛伦兹力的思考 134

4.4 几种电磁感应现象 135

4.4.1 涡流 135

4.4.2 物质的抗磁性 136

4.4.3 电磁阻尼和感应电动机 138

4.5 磁场的能量 140

4.5.1 改变磁场的功 140

4.5.2 磁场的能量 141

4.6 电路中的电磁感应——自感与互感 141

4.6.1 自感 141

4.6.2 线圈的自感 143

4.6.3 含自感的电路 144

4.6.4 互感 147

4.6.5 线圈的串联 149

附录D 四维空间的洛伦兹力公式 151

思考题 153

习题 154

第五章 电介质 159

5.1 极化强度矢量和电位移矢量 159

5.1.1 电介质及其极化 159

5.1.2 极化强度矢量 160

5.1.3 电介质中的位移电流 161

5.1.4 电位移矢量场的高斯定理 163

5.2 电介质的极化规律 165

5.2.1 各向同性线性电介质 165

5.2.2 各向异性线性电介质 166

5.2.3 铁电体的极化特性 167

5.3 电介质中的电场 169

5.3.1 电介质的边界条件 169

5.3.2 有均匀各向同性线性介质的静电场 170

5.4 电介质中的能量 173

5.4.1 改变电介质状态所做的功 173

5.4.2 线性电介质中的能量密度 174

5.4.3 铁电体中的损耗 175

5.5 充填电介质的电容器 176

5.5.1 充填均匀各向同性线性电介质的电容器 176

5.5.2 电解质电容器 177

思考题 178

习题 179

第六章 磁介质 182

6.1 磁化强度矢量和磁场强度矢量 182

6.1.1 磁介质及其磁化 182

6.1.2 抗磁性的经典模型 183

6.1.3 磁化强度矢量 185

6.1.4 磁场强度矢量 187

6.2 磁介质的磁化规律 189

6.2.1 磁化率和磁导率——线性介质 189

6.2.2 铁磁质的磁化特性 190

6.2.3 磁畴 192

6.2.4 软磁材料与硬磁材料 193

6.3 磁介质中的能量 195

6.3.1 改变磁介质状态所做的功 195

6.3.2 线性磁介质中的磁能密度 197

6.3.3 铁磁质的磁滞损耗 197

6.3.4 电磁能的输运——H的物理意义 198

6.4 边界条件 磁路定理 200

6.4.1 磁场的边界条件 200

6.4.2 高磁导率材料的边界效应 202

6.4.3 磁路定理 202

6.4.4 磁分流 205

6.4.5 电感器中的磁路 205

思考题 206

习题 207

第七章 电磁场与电磁波 209

7.1 电磁场的基本方程 209

7.1.1 电磁场 209

7.1.2 麦克斯韦方程组 209

7.2 电磁波的基本概念 211

7.2.1 电磁场的运动——电磁波 211

7.2.2 能流密度矢量 213

7.2.3 平面简谐电磁波的基本性质 215

7.2.4 电磁波的动量 218

7.3 电磁波的传输与辐射 219

7.3.1 电磁波的有线传输 219

7.3.2 电磁波的辐射 220

7.3.3 天线 222

7.3.4 运动电荷的辐射 223

附录E 电磁兼容性 224

思考题 225

习题 226

第八章 线性电路与简谐交流电 228

8.1 二端线性电路 228

8.1.1 二端电路的阻抗和导纳 228

8.1.2 串联与分压 230

8.1.3 并联与分流 233

8.1.4 LC电路的固有特性 235

8.2 简谐交流电 238

8.2.1 复阻抗与复导纳 238

8.2.2 简谐交流电的功率与有效值 240

8.2.3 储能元件与储能电路的品质因数 242

8.3 电 路的频率特性 245

8.3.1 阻抗和导纳的频率特性 245

8.3.2 LC谐振电路 248

8.3.3 电路的通频带 250

8.4 互感器 254

8.4.1 互感器的耦合系数 254

8.4.2 电压互感器——变压器 255

8.4.3 电流互感器 257

8.4.4 理想变压器 258

附录F 微分方程的算符解法 259

思考题 260

习题 261

第九章 线性电路的基本分析方法 265

9.1 电路的基本方程 265

9.1.1 基尔霍夫定理 265

9.1.2 线性电路 266

9.1.3 回路分析法 267

9.1.4 节点分析法 269

9.1.5 阻抗矩阵与导纳矩阵 270

9.2 二端有源电路——等效电源原理 271

9.2.1 等效电压源原理——戴文宁定理 271

9.2.2 等效电流源原理——诺顿定理 274

9.2.3 电桥 276

9.2.4 最大功率输出条件 279

9.3 线性电路的叠加原理 280

思考题 282

习题 283