工程电磁场 (2008 年度畅销榜NO.20865 )

本书体现了面向工程的电磁场内容体系。全书共分u章。第1章矢量分析与场论基础是全书的数学基础。第2～5章分别从库仑定律、电荷守恒定律、安培定律、法拉第定律和麦克斯韦位移电流假设推导出静电场、恒定电场、恒定磁场和时变电磁场的基本方程，并将其表述为边值问题。第6章论述了镜像法的基本原理，并将其推广到模拟电荷法。第7章基于加权余量概念介绍了工程中常用的有限元法和边界元法。第8—10章分别讨论了电磁场的能量和力、平面电磁波和电路参数计算原理。第11章介绍了电气工程中典型的电磁场问题，包括变压器的磁场、电机的磁场、绝缘子的电场、三相输电线路的工频电磁环境以及三相输电线路的电容和电感参数。
本书是根据北京市高等教育精品教材立项编写的教材，可供普通高等学校电气工程类专业本科学生作为教材或参考书使用，也可供相关专业研究生、教师和其他科技人员参考。

第1章矢量分析与场论基础
1.1矢量分析公式
1.2场的基本概念和可视化
1.3标量场的方向导数和梯度
1.4矢量场的通量和散度
1.5矢量场的环量和旋度
1.6哈米尔顿算子
1.7常用坐标系中的有关公式
第2章静电场的基本原理
2.1库仑定律与电场强度
2.2电位与静电场的环路定理
2.3高斯通量定理
2.4电偶极子
2.5导体和电介质
2.6电位移矢量
2.7静电场的基本方程与分界面条件
2.8静电场的边值问题
第3章恒定电场的基本原理
3.1电流与电流密度
3.2恒定电场的基本方程
3.3导电媒质分界面条件
3.4恒定电流场的边值问题
第4章恒定磁场的基本原理
4.1安培定律与磁感应强度
4.2矢量磁位与磁通连续性定理
4.3安培环路定理
4.4磁偶极子
4.5磁媒质的磁化
4.6磁场强度
4.7恒定磁场的基本方程与分界面条件
4.8恒定磁场的边值问题
第5章时变电磁场的基本原理
5.1法拉第电磁感应定律
5.2全电流定律
5.3电磁场的基本方程组
5.4动态位
5.5达朗贝尔方程的解
5.6辐射
5.7准静态电磁场的边值问题
第6章镜像法与模拟电荷法
6.1静电场的镜像法
6.2静电场的电轴法
6.3恒定磁场的镜像法
6.4模拟电荷法
第7章有限元法与边界元法
7.1加权余量法
7.2有限元法
7.3边界元法
第8章电磁场的能量和力
8.1静电场的能量
8.2恒定电场的能量
8.3恒定磁场的能量
8.4时变电磁场的能量
8.5电磁力与虚位移法
第9章平面电磁波
9.1理想介质中的均匀平面波
9.2电磁波的极化
9.3导电媒质中的均匀平面波
9.4导体中的涡流集肤效应和电磁屏蔽
第10章电路参数的计算原理
10.1电容的计算原理
10.2电导与电阻的计算原理
10.3电感的计算原理
10.4交流阻抗参数的计算原理
第11章电气工程中的电磁场问题
11.1变压器的磁场
11.2电机的磁场
11.3绝缘子的电场
11.4三相架空输电线路工频电磁环境
11.5三相架空输电线电容参数计算
11.6三相架空输电线电感参数计算
习题
部分习题参考答案
参考文献

“电磁场”是电气工程专业一门重要的技术基础课。随着计算机技术的发展，用电磁场的观点和方法直接解决工程问题的电磁场技术越来越多地应用于电气工程等领域。因此，近年来国内外教科书和课程有将“电磁场”改为“工程电磁场”的趋势。这不仅仅是一个书名和课程名称的改变，它的意义还必然反映在教材和课程内容的改革当中。纵观近年来国内出版的《工程电磁场》教材，大部分在内容上作了一些小的调整。笔者认为，“工程电磁场”课程及其教科书的改革应当以内容体系的改革为主，并在本书的编写过程中体现了这一观点。 “工程电磁场”课程内容，必须面向工程。那么工程中的电磁场问题是如何解决的呢?典型的工程电磁场问题的解决方法可分为两类。一类是应用电磁场概念对工程问题进行简化，用解析解法对简化模型进行求解，以经验系数对结果进行修正并应用于复杂的工程问题。另一类是应用电磁场概念对工程问题进行数学建模，通过数值计算方法对模型进行求解，将求解结果应用于复杂的工程问题。前一类方法是传统方法，其优点是物理概念清晰、计算简单和便于使用，但其致命的缺点是准确度低。而后一类方法的特点是准确度高，适用于更复杂的工程问题。“工程电磁场”课程内容必须为这两类方法特别是后一类方法提供基础。因此，本书在内容安排上强调数值计算方法的重要性，专门设置第?章系统介绍有限元法与边界元法。工程电磁场问题的数学建模就是将其表述为边值问题。而运用电磁场基本原理分析问题的一个直接结果就是对边值问题的表述。因此本书在第2～5章分别从库仑定律、电荷守恒定律、安培定律、法拉第定律和麦克斯韦位移电流假设推导出静电场、恒定电场、恒定磁场和时变电磁场的基本方程后，均将其表述为边值问题来讨论。 作为电气工程专业的技术基础课，“工程电磁场”还必须起到衔接大学物理电磁学与专业课程的作用。大学物理电磁学注重电磁关系的整体特性，分析场的特性时也以场的积分形式方程为主。“工程电磁场”与大学物理电磁学在内容上有交叉但不应有较多重复。因此，本书注重电磁场的空间性质，特别强调场在空间中每一点的性质，分析时多采用场的微分形式方程。电磁场微分形式的基本方程是建立在库仑定律、安培定律、法拉第定律和麦克斯韦位移电流假设基础上的。本书利用这三大实验定律建立起由场源产生场量的积分表达式，通过对场量进行散度和旋度运算得出场的基本方程的微分形式，再通过散度定理和斯托克斯定理将微分形式转换为积分形式与大学物理学中讨论的电磁场方程的积分形式相呼应，加深对场的性质的理解，揭示出两种形式的场方程之间的联系。这样，本书前五章完成了从实验定律到基本方程再到边值问题的系统论述。 此外，本书还在第6章论述了镜像法的基本原理，将其纳入到基于场的惟一性定理的等效场源法之中，并推广到工程中广泛应用的模拟电荷法；第8—10章分别将电磁场的能量和力、平面电磁波以及电路参数的计算原理作为专题进行了讨论；第11章讨论了变压器的磁场、电机的磁场、绝缘子的电场、三相输电线路的工频电磁环境以及三相输电线路的电容和电感参数等电气工程中典型的电磁场问题。 本书是笔者多年从事“工程电磁场”教学工作的经验总结，主要由王泽忠编写，并负责全书内容体系安排，全玉生和卢斌先编写了部分内容。 本书是2001年北京市高等教育精品教材立项项目，可作为普通高等学校电气工程类专业本科教材或参考书，也可供相关专业研究生、教师和其他科技人员参考。由于笔者水平有限，书中错误在所难免，希望广大读者批评指正。 2004年1月于北京