《電磁學(xué)(第2版)》是教育部“高等教育面向2l世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”項(xiàng)目:“應(yīng)用物理類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革研究”的成果之一,是面向2l世紀(jì)課程教材,同時(shí)也是普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材!峨姶艑W(xué)(第2版)》以電磁學(xué)理論的發(fā)展順序?yàn)橹骶(xiàn),介紹電磁學(xué)的基本原理、發(fā)展前沿以及在工程實(shí)際和高新技術(shù)中的應(yīng)用!峨姶艑W(xué)(第2版)》的特點(diǎn)是把素質(zhì)能力培養(yǎng)和基本教學(xué)內(nèi)容結(jié)合起來(lái),通過(guò)具體教學(xué)內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生尋找和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出和解決問(wèn)題以及應(yīng)用理論解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)和能力,從而有利于培養(yǎng)創(chuàng)造型和應(yīng)用型人才。本次修訂在保持第一版特色的前提下,進(jìn)一步突出素質(zhì)能力培養(yǎng)與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合的特點(diǎn),例如增加了“超級(jí)電容器”等內(nèi)容。 《電磁學(xué)(第2版)》可作為高等學(xué)校應(yīng)用物理類(lèi)專(zhuān)業(yè)和師范院校物理專(zhuān)業(yè)的教材或教學(xué)參考書(shū),也可供某些工科專(zhuān)業(yè)選用,或作為工科大學(xué)物理教師的教學(xué)參考書(shū)。
第一章 真空中的靜電場(chǎng)
1.1 電荷和電荷守恒定律
一、電荷及其量子化
二、電荷守恒定律
三、電荷的相對(duì)論不變性
1.2 庫(kù)侖定律
一、點(diǎn)電荷
二、庫(kù)侖定律
三、科學(xué)思想方法
四、靜電力的疊加原理
1.3 電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度
一、電場(chǎng)
二、電場(chǎng)強(qiáng)度
三、點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式
四、電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理
五、電荷連續(xù)分布的帶電體產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度
六、電場(chǎng)線(xiàn)
七、帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
1.4 高斯定理
一、E通量
二、高斯定理
三、高斯定理的應(yīng)用舉例
1.5 電勢(shì)
一、靜電場(chǎng)的環(huán)路定理
二、電勢(shì)差 電勢(shì)
三、電勢(shì)疊加原理
四、電勢(shì)參考點(diǎn)的選取原則
1.6 電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)的微分關(guān)系
一、等勢(shì)面
二、等勢(shì)面的性質(zhì)
三、電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)的微分關(guān)系
四、庫(kù)侖定律與高斯定理以及環(huán)路定理的關(guān)系
*五、庫(kù)侖平方反比律的重要意義
閱讀材料 卡文迪許關(guān)于點(diǎn)電荷相互作用力的研究
思考題
習(xí)題
第二章 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)
2.1 導(dǎo)體和電介質(zhì)
2.2 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體
一、導(dǎo)體的靜電平衡條件
二、導(dǎo)體殼和靜電屏蔽
2.3 靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)
一、電介質(zhì)的極化
二、電極化強(qiáng)度矢量
三、電介質(zhì)的極化規(guī)律
2.4 有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理
一、電位移矢量有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理
二、電介質(zhì)的性質(zhì)方程 電容率
三、電介質(zhì)的擊穿
四、關(guān)于D的進(jìn)一步討論
2.5 靜電場(chǎng)的邊值關(guān)系
一、有電介質(zhì)時(shí)的靜電場(chǎng)方程
二、靜電場(chǎng)的邊值關(guān)系
*三、電位移的折射定律
*2.6 唯一性定理
一、泊松方程和拉普拉斯方程
二、唯一性定理
三、唯一性定理的應(yīng)用實(shí)例
*2.7 鐵電體 壓電效應(yīng)
一、鐵電體
二、壓電效應(yīng)
2.8 電容器的電容
一、孤立導(dǎo)體的電容
二、電容器
三、電容器的聯(lián)接
四、電容式傳感器及其應(yīng)用
2.9 電容器儲(chǔ)能 電場(chǎng)的能量密度
一、電容器儲(chǔ)能
二、電場(chǎng)的能量密度
三、靜電能
四、連續(xù)帶電體系的靜電能
五、電荷在外電場(chǎng)中的相互作用能
閱讀材料 電介質(zhì)擊穿的危害及應(yīng)用
一、電介質(zhì)擊穿的一般規(guī)律
二、電介質(zhì)擊穿的危害
三、電介質(zhì)擊穿的應(yīng)用
閱讀材料 電流變液的研究及應(yīng)用
一、電流變液
二、電流變液研究的近期進(jìn)展
三、電流變液的應(yīng)用
思考題
習(xí)題
第三章 恒定電流
3.1 電流場(chǎng)
一、電流密度矢量
二、電流的連續(xù)性方程
三、歐姆定律的微分形式
四、焦耳定律的微分形式
五、恒定電流條件
*六、靜電平衡過(guò)程的弛豫時(shí)間
3.2 恒定電流場(chǎng)的邊值關(guān)系
一、不同導(dǎo)電介質(zhì)界面處的邊值關(guān)系
二、導(dǎo)電介質(zhì)與理想電介質(zhì)界面處的邊值關(guān)系
3.3 電動(dòng)勢(shì)
一、非靜電力
二、電動(dòng)勢(shì)
三、一段含源電路的歐姆定律
四、恒定電流場(chǎng)與恒定電場(chǎng)的基本規(guī)律
3.4 金屬導(dǎo)電的經(jīng)典電子論
一、金屬導(dǎo)電的經(jīng)典電子論的基本概念
二、根據(jù)經(jīng)典電子論推導(dǎo)歐姆定律的微分形式
*三、金屬的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性 經(jīng)典電子論的困難
3.5 基爾霍夫定律
一、基爾霍夫第一定律
二、基爾霍夫第二定律
3.6 逸出功 接觸電勢(shì)差
一、逸出功
二、內(nèi)接觸電勢(shì)差
*3.7 溫差電效應(yīng)
一、塞貝克效應(yīng)
二、佩爾捷效應(yīng)
三、湯姆孫效應(yīng)
四、溫差電效應(yīng)的應(yīng)用
思考題
習(xí)題
第四章 恒定磁場(chǎng)
4.1 磁場(chǎng)
一、基本磁現(xiàn)象
二、電流的磁效應(yīng)
三、磁場(chǎng)
四、磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量
五、磁感應(yīng)線(xiàn)
六、洛倫茲力
七、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
*八、非均勻磁場(chǎng)的磁約束
九、地球的磁場(chǎng)156十、霍爾效應(yīng)
4.2 電流的磁場(chǎng)
一、畢奧一薩伐爾定律
二、磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加原理
三、典型電流的磁場(chǎng)
4.3 勻速運(yùn)動(dòng)電荷的電磁場(chǎng)
一、勻速運(yùn)動(dòng)電荷的電磁場(chǎng)(非相對(duì)論的)
二、電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相對(duì)性
*三、不同慣性系中電磁場(chǎng)量的變換
*四、運(yùn)動(dòng)電荷的電磁場(chǎng)(相對(duì)論的)
*五、勻速運(yùn)動(dòng)電荷間的相互作用力
4.4 磁場(chǎng)的高斯定理和安培環(huán)路定理
一、磁場(chǎng)的高斯定理
二、安培環(huán)路定理
*三、磁矢勢(shì)與A-B效應(yīng)
四、確定是否“無(wú)限長(zhǎng)”的一個(gè)原則
4.5 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的作用
一、安培定律
二、磁場(chǎng)對(duì)平面載流線(xiàn)圈的作用
閱讀材料 對(duì)稱(chēng)性原理及其在電磁學(xué)中的應(yīng)用
一、對(duì)稱(chēng)性
二、對(duì)稱(chēng)變換
三、因果關(guān)系對(duì)稱(chēng)性原理
四、對(duì)稱(chēng)性原理的應(yīng)用
五、關(guān)于高斯定理和安培環(huán)路定理
六、對(duì)稱(chēng)性原理是更基本的規(guī)律
思考題
習(xí)題
第五章 磁介質(zhì)
5.1 磁介質(zhì)的磁化
一、分子電流磁化強(qiáng)度
二、磁化電流
5.2 有磁介質(zhì)時(shí)磁場(chǎng)的基本規(guī)律
一、磁場(chǎng)強(qiáng)度 有磁介質(zhì)時(shí)磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理
二、有磁介質(zhì)時(shí)磁場(chǎng)的高斯定理
三、線(xiàn)性磁介質(zhì)
四、恒定磁場(chǎng)的邊值關(guān)系
5.3 鐵磁質(zhì)
一、鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律
二、鐵磁質(zhì)的分類(lèi)
三、鐵磁性的微觀(guān)機(jī)理
*四、磁滯損耗
5.4 磁路
一、鐵磁質(zhì)與非鐵磁質(zhì)界面處磁場(chǎng)的分布
二、磁路定理
三、氣隙的磁力
四、磁屏蔽
科學(xué)家簡(jiǎn)介 法拉第
思考題
習(xí)題
第六章 電磁感應(yīng)
6.1 電磁感應(yīng)定律
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
二、法拉第電磁感應(yīng)定律
三、楞次定律
四、用負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向
五、負(fù)號(hào)存在的相對(duì)性和必要性
六、其它科學(xué)家的工作
七、標(biāo)量的方向
6.2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)
一、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和洛倫茲力
二、感生電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電場(chǎng)
*三、變化磁場(chǎng)的無(wú)源性
四、電場(chǎng)的環(huán)流
五、電磁感應(yīng)與相對(duì)性原理
六、電子感應(yīng)加速器的原理
6.3 互感和自感
一、互感
二、自感
三、互感與自感的關(guān)系
四、線(xiàn)圈的順接和反接
6.4 磁場(chǎng)的能量
一、自感線(xiàn)圈的磁能
二、互感線(xiàn)圈的磁能
三、磁能密度
6.5 暫態(tài)過(guò)程
一、RL電路的暫態(tài)過(guò)程
二、RC電路的暫態(tài)過(guò)程
三、RLC電路的暫態(tài)過(guò)程
*6.6 繼電器和電磁閥
一、中間繼電器
二、電流繼電器
三、時(shí)間繼電器
四、熱繼電器
五、速度繼電器
六、電磁閥
科學(xué)家簡(jiǎn)介麥克斯韋
思考題
習(xí)題
第七章 電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ) 電磁波
7.1 位移電流
一、位移電流295二、全電流
7.2 麥克斯韋方程組和電磁波
一、麥克斯韋方程組
二、介質(zhì)的性質(zhì)方程和邊值關(guān)系
三、麥克斯韋方程組的對(duì)稱(chēng)性與磁單極子
四、電磁波
7.3 單色平面電磁波
一、單色波的波動(dòng)方程
二、平面電磁波
*三、電磁波的能量和能量守恒定律
*四、電磁場(chǎng)的動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律
五、光壓
六、電磁場(chǎng)是物質(zhì)的一種形態(tài)
7.4 電磁波的輻射
一、電偶極振子
二、電偶極振子發(fā)射的電磁波
思考題
習(xí)題
*
第八章 電磁學(xué)與當(dāng)代高新技術(shù)
8.1 超級(jí)電容器
一、超級(jí)電容器的容量范圍
二、超級(jí)電容器的原理
三、超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)
四、超級(jí)電容器的性能參量
五、超級(jí)電容器的主要特點(diǎn)
六、超級(jí)電容器的應(yīng)用
8.2 磁電子學(xué)
一、磁電阻效應(yīng)
二、巨磁電阻效應(yīng)
三、產(chǎn)生巨磁電阻的基本原理
四、巨磁電阻效應(yīng)的應(yīng)用:
五、磁電子學(xué)
8.3 磁光效應(yīng)
一、磁光效應(yīng)的類(lèi)型
二、磁光效應(yīng)的物理原理
三、磁光效應(yīng)的應(yīng)用
8.4 等離子體
一、物質(zhì)的第四態(tài)
二、等離子體內(nèi)的磁場(chǎng)
三、磁場(chǎng)對(duì)等離子體的作用
四、熱核反應(yīng)
五、等離子體的約束
8.5 超導(dǎo)體
一、引言
二、超導(dǎo)體的基本性質(zhì)
三、高溫超導(dǎo)體
四、超導(dǎo)材料的應(yīng)用
附錄1 矢量分析提要
一、標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng)
二、標(biāo)量場(chǎng)的梯度
三、矢量場(chǎng)的通量和散度 高斯定理
四、矢量場(chǎng)的環(huán)流和旋度 斯托克斯定理
五、常用公式
六、矢量場(chǎng)的類(lèi)別和分解
附錄2 基本物理常量
習(xí)題答案
參考文獻(xiàn)
自從電流的各種效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)之后,由于電介質(zhì)長(zhǎng)期被作為絕緣材料,所以許多人認(rèn)為電介質(zhì)就是絕緣體。絕緣性能是電介質(zhì)的重要性能之一,也是本章的研究重點(diǎn)。但電介質(zhì)還有更多更重要的其它性能,例如熱釋電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、電致伸縮效應(yīng)。以上效應(yīng)使得電介質(zhì)可以將熱信息、力信息、電信息互相轉(zhuǎn)換而成為重要的功能材料。
導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)電性能上的差別是因兩者的電結(jié)構(gòu)不同。金屬原子中的價(jià)電子(最外層電子)受到原子核的吸引力較小,當(dāng)大量金屬原子組成固態(tài)金屬時(shí),金屬原子的價(jià)電子掙脫原子核的束縛,在整個(gè)金屬內(nèi)部自由運(yùn)動(dòng)。在金屬內(nèi)部自由運(yùn)動(dòng)的電子稱(chēng)為自由電子。金屬原子失去電子后成為正離子。固態(tài)金屬中的正離子排列成整齊的晶體點(diǎn)陣(或晶格)。金屬中的正離子不能作宏觀(guān)移動(dòng),僅能?chē)@各自的平衡位置作微小振動(dòng)。無(wú)外電場(chǎng)時(shí),自由電子在晶格間作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng),并和晶格發(fā)生頻繁碰撞,自由電子的這種無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的平均速率為零,因而不會(huì)形成電流。當(dāng)金屬內(nèi)部有電場(chǎng)時(shí),自由電子除作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)外,還在電場(chǎng)力作用下作定向漂移運(yùn)動(dòng)形成電流,所以,金屬內(nèi)部存在大量自由電子是金屬具有良好導(dǎo)電性的原因。
電解質(zhì)溶于水后,在溶液中形成許多正、負(fù)離子,這些正、負(fù)離子可以在溶液中自由移動(dòng)。當(dāng)有外加電場(chǎng)時(shí),這些正、負(fù)離子在電場(chǎng)力作用下作定向漂移運(yùn)動(dòng)形成電流。存在大量可以自由移動(dòng)的正、負(fù)離子是電解質(zhì)溶液具有良好導(dǎo)電性的原因。金屬稱(chēng)為第一類(lèi)導(dǎo)體,電解質(zhì)溶液稱(chēng)為第二類(lèi)導(dǎo)體。本章僅限于討論金屬導(dǎo)體。
組成絕緣體的原子中原子核對(duì)價(jià)電子的吸引力比較大,價(jià)電子不容易脫離原子,所以絕緣體中自由電荷極少,絕大多數(shù)電荷只能作在分子范圍內(nèi)的位移運(yùn)動(dòng)。這些不能作宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)的電荷稱(chēng)為束縛電荷。電介質(zhì)中自由電荷極少是電介質(zhì)導(dǎo)電性能極差的原因。為了突出電介質(zhì)的主要特征,使討論問(wèn)題得以簡(jiǎn)化,忽略它的微弱導(dǎo)電性,把電介質(zhì)看成是完全不導(dǎo)電的物質(zhì)。
……