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参考读物

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下表提供了这门课程的阅读作业。必需完成的阅读材料取自 D. H. Staelin 著的教科书《电磁学及其应用》。这些阅读材料在列表中没有用缩写。相关的针对课程中视频演示部分的阅读缩写为H/M。

Staelin, David H. 著的教科书《电磁学及其应用》(麻省理工学院课程讲义)

H/M = Haus, Hermann A. 与 James R. Melcher. Electromagnetic Fields and Energy.出版商:Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1989. ISBN: 013249020X.


课次 # 主题 阅读作业
I. Maxwell 方程
R1 矢量和积分的复习;笛卡儿,圆柱和球坐标系统;ej(ωt-kz)复数符号;梯度,卷度和散度 1.2-1.5, 附录 B, C
L1 库仑-洛仑兹力定律;麦克斯韦方程的积分形式;对点,线,表面电荷和电流运用高斯和安培定律获得简单的电磁场解。叠加;简单的圆柱和球体源的问题

演示:H/M 10.2.1 - Edgerton 生磁器
1.1, 1.2, 1.5.3
R2 对空间分布的体电荷密度和体电流密度运用高斯和安培的叠加定律和积分形式的简单问题
L2 边界条件;在表面电荷和表面电流问题中运用边界条件 2.1
R3 边界条件问题,比如,理想导体球或圆柱围绕点或线电荷或线电流
L3 散度和斯托克斯定律;麦克斯韦方程组的微分形式;电准静态和磁准静态;电势和梯度算子

演示:H/M 10.0.1 在MQS系统中的电压非独特性
1.5, 2.4, 2.5
R4 用麦克斯韦方程组微分形式的解:面和体电荷或面电流,圆柱和球
L4 电场,电势,和梯度;泊松方程和拉普拉斯方程;点电荷的电势;库仑叠加 2.2
R5 电偶极子(电势和电场)运用库仑叠加的简单问题(线电荷,环线电荷,盘状面电荷)
L5 镜像做图法 2.7
R6 平面,圆柱和球的镜像法做图
L6 介质;非传导电介质,导体和磁体构成定律;电荷驰豫

演示:H/M 6.6.1人造电介质;9.4.1 B-H特性测量
4.1
R7 在笛卡儿,圆柱和球坐标系中的电容,电阻,电导和电荷驰豫问题

演示:H/M 7.7.1在欧姆导体中的电荷驰豫;补充:卡尔文水流发电机
7.1-7.4
L7 边界条件电荷的守恒;麦克斯韦电容;磁偶极子和电路;阻抗
II. 平面波
L8 波方程;伯印庭定律 1.3.2, 1.4, 1.6
R8 正旋稳态;在理想导体和电介质上的垂直入射

演示:平面波
5.1
L9 在理想导体上的倾斜入射;TM波倾斜入射到特征参数为ε和 µ 的无损介质中 5.3
R9 思奈尔(Snell)定律:布鲁斯特和临界角;欧姆损耗效应;透入深度

演示:激光和棱镜布鲁斯特角,临界角
5.3
R10 激光;光学应用:反射极化;完全反射棱镜;光纤 11.3.2
R11 激光:光学设备
III. 传输线和波导
L10 平行板传输线;波方程;正弦稳态

演示:H/M 13.1.1 驻波的可视化
5.2
R12 在短路,开路和负载情况下的传输线正弦稳态问题;电路粗略等效为电容和电感时的短线限制 5.2
L11 伽马平面;史密斯表;VSWR;λ/4 变压器

演示:V(z,t), I(z,t)
5.2.4, 10.6.4
R13 测验 1 复习
Q1 测验 1
R14 运用史密斯表的阻抗和VSWR问题;谐波电路 5.2.4, 10.6.4
L12 波方程(无损);传输线上的暂态波

演示:H/M 14.4.1 传输线匹配,反射,和准静态充电
5.2.1, 5.2.2, 9.2
R15 暂态波驱动和初值问题

演示:暂态波
9.2
L13 末端反射;驱动和初值问题 5.2.1, 5.2.2, 9.2
R16 波导场;面电荷和电流;电场,磁场线的计算和绘制

演示:不同波导模式下的电场,磁场线绘制
L14 矩形波导;横向磁场和横向电场模;截断 5.4.1, 5.4.3
R17 腔型共振器;群和相速度;色散关系;激光 5.4.4, 10.7
IV. 场和力
L15 电介质波导

演示:衰减波
5.4.2, 11.3
R18 在电容和电感系统中的力的问题 8.1, 8.3
L16 在电场和磁场中的能量;实际中求电场力和磁场力的原则;磁路问题

演示:H/M 11.6.2在电介质上的受力情况
3.2
R19 对运动介质的欧姆定律;法拉第盘(单极发电机);转矩;等效电路
L17 同步电机

视频:同步电机
L18 自激电磁电机

演示:H/M 7.7.1 范得格拉夫(Van de Graaff)和开尔文(Kelvin)发电机;自激换相电机
R20 测验 2 复习
Q2 测验 2
R21 电机的转矩-速度特征
V. 天线和辐射
L19 电荷和电流产生的辐射;对标量和矢量势的叠加解;偶极子点电荷的辐射;接受天线 6.1.3, 6.2, 6.3
R22 偶极子点电荷产生的电磁场;远场解;辐射电阻;有效偶极子长度;天线增益 6.3
L20 二元素数组;宽边天线阵(垂射天线阵列)和端射天线阵

演示:辐射形式
6.4, 10.4.1
R23 元素和数组因子;N个偶极子数组;束控制

演示:辐射形式/计算机模拟
6.4, 10.4
L21 发送和接受天线;无线和光通讯 10.1
R24 无线和光通讯问题
VI. 声学
L22 声波 12.1-12.3
R25 声波边界值问题 12.4
L23 课程复习