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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——戴义宁定理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