Multipole Theory in Electromagnetism pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Oxford Univ Pr

作者:Raab, R. E./ De Lange, O. L.

出品人:

页数:248

译者:

出版时间:2004-12

价格:$ 220.35

装帧:HRD

isbn号码:9780198567271

丛书系列:

图书标签:

Electromagnetism
Multipole Expansion
Electrodynamics
Physics
Applied Physics
Antennas
Wave Propagation
Computational Electromagnetics
Mathematical Physics
Engineering Electromagnetics

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具体描述

This book provides an introduction to the classical, quantum, and symmetry aspects of multipole theory, demonstrating the successes of the theory and also its unphysical aspects. It presents a transformation theory which removes these unphysical properties. The book will be of interest to physics students wishing to advance their knowledge of multipole theory, and also a useful reference work for molecular and optical physicists, theoretical chemists working on multipole effects, solid state physicists studying the effects of electromagnetic fields on condensed matter, engineers and applied mathematicians with interests in anisotropic materials. An interesting recent development has been the increasing use of computer calculations in applications of multipole theory. The book will assist computational physicists and chemists wishing to work in this area to acquire the necessary background in multipole theory.

经典电磁学基础：从麦克斯韦方程组到应用本书旨在为读者提供一个全面而深入的经典电磁学框架。我们的重点在于阐明电磁现象的内在联系，从最基本的麦克斯韦方程组出发，系统地推导出各种电磁场的性质、行为以及它们在不同介质和边界条件下的响应。本书的叙述风格力求严谨而清晰，适合作为物理学、电子工程、通信工程等领域高年级本科生及研究生的教材或参考书。第一部分：静电场与静磁场的基本理论本部分奠定电磁学的基础，聚焦于不随时间变化的电场和磁场。第一章：电荷、库仑定律与电场强度我们从电荷的基本概念和相互作用的描述开始。详细探讨库仑定律的数学形式，并将其推广到连续电荷分布。在此基础上，引入电场强度的概念，并利用高斯定律这一矢量积分形式的基本定律，推导静电场在具有对称性的体系中的解析解。本章将重点分析点电荷、线电荷、面电荷以及体电荷分布产生的电场。第二章：电势与静电场的能量本章引入标量势函数——电势（Electric Potential），阐明电势与电场强度之间的微分关系。深入分析保守场的特性，并详细介绍泊松方程和拉普拉斯方程，这些偏微分方程是求解静电势分布的核心工具。随后，我们将探讨静电场的能量密度和总能量，并分析电介质的极化现象，理解电位移矢量 $mathbf{D}$ 的物理意义及其在处理电介质边界条件时的重要性。第三章：导体、电容器与边界问题本章专注于导体在静电场中的行为。讨论导体静平衡时的电荷分布特征，如电荷仅分布于表面。分析理想导体边界条件，并利用共形映射等数学工具求解复杂的二维静电问题，例如不同形状导体构成的电容器的电容计算。第四章：稳恒电流与磁场的起源本部分过渡到稳恒电流（即不随时间变化的电流）的描述。引入电流密度 $mathbf{J}$ 和欧姆定律（在微观层面）。随后，我们引入毕奥-萨伐尔定律（Biot-Savart Law），这是计算由稳恒电流产生的磁场 $mathbf{B}$ 的基本积分定律。通过应用该定律，计算直导线、圆形线圈和螺线管产生的磁场。第五章：磁场中的安培定律与磁矢量势类比于静电场的电场高斯定律，本章深入探讨安培环路定律，它是处理具有高对称性电流分布所产生的磁场的强大工具。随后，引入磁矢量势 $mathbf{A}$，定义其与磁感应强度的关系，并讨论载流导线系统的磁场的能量。本章还将分析磁介质的磁化现象，引入磁场强度 $mathbf{H}$，并讨论其在磁性材料中的行为，如顺磁性、抗磁性和铁磁性。第二部分：时变电磁场与麦克斯韦方程组本部分是全书的核心，将静力学概念推广到涉及时间变化的动态场，导出现代电磁学的基石——麦克斯韦方程组。第六章：法拉第电磁感应定律与麦克斯韦修正本章分析变化的磁场如何产生电场。深入研究法拉第电磁感应定律，重点讨论动生电动势与-体生电动势的区别。在此基础上，引入麦克斯韦对安培定律的修正——引入位移电流项 $partial mathbf{D}/partial t$，从而保证电荷守恒定律在时变情况下的形式一致性。至此，完整的、微分形式的麦克斯韦方程组（在任意介质中）被构建出来。第七章：标量势与矢量势的动态形式将静电场和静磁场中的势概念推广到时变场。分析在存在位移电流的情况下，电势 $phi$ 和矢量势 $mathbf{A}$ 的传播特性。引入洛伦兹规范（Lorentz Gauge）和库仑规范（Coulomb Gauge）来简化方程组，并导出描述电磁势演化的非齐次波动方程。第八章：电磁波的产生与传播（无源空间）本章专门研究在没有自由电荷和电流的（真空或均匀各向同性介质）空间中，由麦克斯韦方程组导出的电磁波方程。详细求解平面电磁波的通解，分析电磁波的横波特性、相位速度、群速度和相速度。探讨坡印廷矢量 $mathbf{S}$，用以描述电磁场的能量流密度和能量传输方向。第九章：平面电磁波在不同介质中的传播与反射深入分析电磁波在不同边界处的行为。详细推导电磁波在理想导体表面、电介质界面上的反射和透射规律。运用菲涅耳公式（Fresnel Equations）计算不同极化（横电 TE 和横磁 TM）波的反射系数和透射系数，并分析全反射现象。第三部分：电磁场理论的高级主题与应用本部分将理论框架应用于更复杂的物理场景，包括辐射、波导和散射。第十章：电磁场的辐射——带电粒子和天线基础分析加速电荷的辐射。推导出李纳-维谢尔势（Liénard-Wiechert Potentials），并利用它们计算单个运动电荷（如非相对论性偶极子）产生的电磁辐射。重点介绍电偶极子辐射场的远场近似，并分析其辐射功率谱。第十一章：导行波：平行板波导和矩形波导本章将电磁场理论应用于受限空间，即波导结构。详细分析导波的基本模式（如 $ ext{TE}, ext{TM}, ext{TEM}$ 模式）。以平行板波导为例，推导截止频率的概念及其物理意义。随后，扩展到矩形金属波导，计算其特征方程、色散关系以及能量传输特性。第十二章：电磁场的散射与辐射场分析介绍散射理论的基本概念。分析平面波入射到小尺寸物体时的瑞利散射（Rayleigh Scattering）和米氏散射（Mie Scattering）的初步原理。理解散射截面（Cross-section）的概念，用于量化物体对电磁波的散射能力。第十三章：特解：特解的构造与格林函数方法系统介绍求解非齐次麦克斯韦方程组的格林函数方法。定义并推导电磁场的格林函数（包括自由空间格林函数和带边界条件的格林函数）。该方法为处理复杂的源项和边界条件下的辐射与散射问题提供了强有力的数学工具。全书通过大量的数学推导和物理图像的阐释，旨在使读者不仅掌握求解问题的技巧，更能深刻理解电磁场作为统一物理实体的内在逻辑和普适性。