当前的电磁理论

简介：
《当前的电磁理论》一书深入探讨了现代物理学中关于电与磁相互作用的基本原理，涵盖了麦克斯韦方程组及其在工程技术中的应用。 现代电磁理论是物理学的一个核心分支，它探讨电荷与电流如何产生磁场以及磁场如何产生电场，并研究两者之间的相互作用及形成的电磁波。该理论在20世纪初由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）统一，他通过四条麦克斯韦方程描述了电磁现象的基本规律。在清华大学的研究生课程中，现代电磁理论是天线基础课程的重要组成部分，为学生深入理解和设计天线、雷达系统和无线通信等应用打下坚实的基础。 1. 麦克斯韦方程：麦克斯韦方程构成了现代电磁理论的核心内容，包括高斯电场定律、高斯磁场定律、法拉第电磁感应定律以及安培环路定律。这四条定律揭示了电场、磁场与电荷和电流之间的基本关系，并描述了电磁场的产生、传播及变化。 2. 电场与电荷：电荷是所有电磁现象的根本来源，正电荷会产生向外扩散的电场，而负电荷则会形成向内汇聚的电场。定义为单位正电荷在该位置受到力的方向和大小被称为E（即电力强度）。 3. 磁场与电流：电流可以产生磁场，这一现象由安培环路定律描述。电流I产生的磁场B与其环绕路径有关联，而磁场特性区别于电场在于对静止的电荷无作用力但会对运动中的带电粒子施加影响。 4. 法拉第电磁感应原理：当磁通量发生变化时，在闭合电路中会产生电动势，这是法拉第电磁感应的基本概念。这一机制被广泛应用于发电机和变压器等设备上。 5. 电磁波的产生与传播特性：交变电场和磁场能够相互激发并形成以光速在真空中行进的波动形式——即电磁波。这些包括无线电波、微波、红外线、可见光及紫外线在内的各种类型，它们各自具有不同的频率范围和波长。 6. 天线理论基础课程：学生将学习天线的设计原则及其辐射性能与接收效率等关键特性。作为连接导体系统与自由空间电磁场的重要桥梁，天线在发射机中扮演着转换电信号为射频信号的角色，并且在接收端负责捕捉并解调接收到的电磁波。 7. 电磁波动性：除了其传播属性外，电磁波还表现出粒子性质。例如，在解释光干涉、衍射及偏振现象时采用波动理论；而在讨论光电效应或康普顿散射等实验中，则需借助量子概念来描述。 8. 真空中的电磁波传输特性：在真空中，所有类型的电磁辐射均以接近3×10^8米/秒的速度传播。当这些信号进入不同的介质时，它们的行进速度会受到折射率的影响而发生变化。 9. 边界条件与反射：随着电磁波从一种物质环境过渡到另一种环境中去，在交界面处必须满足特定边界条件如斯涅尔定律所描述的现象以及因法拉第效应而导致的偏振状态变化等。 10. 静电学和静磁学研究领域：现代电磁理论还涵盖了对没有动态变化情况下的电流磁场（即静态电流）的研究，同时也涉及了带电粒子之间相互作用力的问题探讨。这些内容对于电子工程、通信技术以及电磁兼容性等相关学科领域的深入理解至关重要。 通过清华大学的研究生课程学习，学生不仅能够掌握上述基本概念和重要知识点，还能锻炼出理论分析能力和解决实际问题的能力。