Podstawy teorii pola elektromagnetycznego

Dodaj recenzję:
  • 3082
  • Producent: WNT
  • Cena netto: 51,43 zł 60,00 zł 54,00 zł
Podstawy teorii pola elektromagnetycznego

rok wydania: 2015, wydanie drugie
ilość stron: 466
ISBN: 978-83-7926-266-3
format: 16,5x24,0 cm
oprawa: miękka

Opis
Książka jest obszernym podręcznikiem klasycznej teorii pola elektromagnetycznego, w którym omówiono:
- podstawowe zagadnienia z zakresu analizy i rachunku wektorowego,
- pole elektrostatyczne,
- elektryczne pole przepływowe,
- pole magnetostatyczne,
- zjawisko indukcji elektromagnetycznej,
- pole elektromagnetyczne,
- wolnozmienne pole harmoniczne,
- płaską falę elektromagnetyczną,
- linie przesyłowe,
- falowody rurowe, światłowody i rezonatory.

Każdy fragment teoretyczny jest poparty przykładem wyjaśniającym i uzupełniającym omawiane zjawisko, a także zilustrowany odpowiednio dobranymi rysunkami. Autorzy położyli duży nacisk na interpretację fizyczną otrzymywanych równań matematycznych, dzięki czemu trudny formalizm matematyczny staje się łatwiejszy do zrozumienia i przyswojenia.

Wydawnictwo WNT poleca ten podręcznik studentom i doktorantom różnych specjalności, z dziedzin takich jak: elektrotechnika, radiotechnika, telekomunikacja, elektronika i fizyka. Może być on również przydatny inżynierom, którzy chcieliby odświeżyć wiedzę z teorii pola elektromagnetycznego w zakresie potrzebnym im w pracy zawodowej.

Spis treści
Przedmowa do wydania drugiego / 11
Konwencje i ważniejsze oznaczenia / 13

1. Rachunek i analiza wektorowa / 17
1.1. Wielkości skalarne i wektorowe / 17
1.2. Układy współrzędnych / 20
1.2.1. Układ współrzędnych kartezjańskich (prostokątnych) / 20
1.2.2. Układ współrzędnych walcowych (cylindrycznych) /  21
1.2.3. Układ współrzędnych kulistych (sferycznych) / 23
1.2.4. Układ współrzędnych biegunowych (kołowych) / 25
1.3. Algebraiczne operacje wektorowe / 26
1.3.1. Dodawanie i odejmowanie wektorów / 26
1.3.2. Iloczyn skalarny wektorów / 27
1.3.3. Iloczyn wektorowy wektorów / 30
1.3.4. Iloczyn mieszany / 32
1.4. Operator nabla / 33
1.5. Operator Laplace’a (laplasjan) / 33
1.6. Różniczkowanie pól skalarnych i wektorowych względem czasu / 34
1.7. Różniczkowanie wektora wodzącego / 35
1.8. Delta Diraca / 37
1.9. Pochodna kierunkowa i gradient pola skalarnego / 38
1.9.1. Pochodna kierunkowa / 38
1.9.2. Gradient / 39
1.10. Strumień i dywergencja pola wektorowego / 42
1.10.1. Strumień pola wektorowego / 42
1.10.2. Dywergencja / 43
1.10.3. Twierdzenie Gaussa-Ostrogradskiego / 46
1.11. Cyrkulacja i rotacja pola wektorowego / 48
1.11.1. Całka liniowa i cyrkulacja pola wektorowego / 48
1.11.2. Rotacja / 49
1.11.3. Twierdzenie Stokesa / 53
1.12. Potencjały / 54
1.12.1. Potencjał skalarny / 54
1.12.2. Potencjał wektorowy / 57

2. Pole elektrostatyczne / 59
2.1. Ładunki elektryczne / 59
2.2. Prawo Coulomba / 61
2.3. Natężenie pola elektrycznego / 62
2.4. Potencjał i napięcie elektryczne / 69
2.5. Dielektryki. Polaryzacja i indukcja elektryczna / 77
2.5.1. Zjawisko polaryzacji elektrycznej / 77
2.5.2. Wektor polaryzacji / 78
2.5.3. Związek polaryzacji z budową materii i jej właściwościami elektrycznymi / 80
2.5.4. Wektor indukcji elektrycznej / 80
2.5.5. Prawo Gaussa / 82
2.5.6. Wytrzymałość elektryczna dielektryków / 85
2.6. Pole elektrostatyczne w przewodnikach i w ich otoczeniu / 86
2.6.1. Pole elektryczne przewodnika w równowadze elektrycznej / 86
2.6.2. Przewodnik w polu elektrycznym / 89
2.7. Pole elektryczne na granicy nieciągłości materiałowej / 95
2.8. Równania pola elektrostatycznego / 100
2.9. Pojemność elektryczna. Kondensatory / 103
2.10. Energia pola elektrycznego / 106
2.10.1. Energia układu ładunków punktowych / 107
2.10.2. Energia ciągłego rozkładu ładunków / 109
2.10.3. Energia naładowanego kondensatora / 109
2.10.4. Postać lokalna energii pola elektrycznego / 111
2.11. Obliczanie pól elektrostatycznych / 112

3. Pole przepływowe / 114
3.1. Prąd elektryczny / 114
3.2. Prąd przewodzenia. Prawo Ohma w postaci różniczkowej / 117
3.3. Prąd przesunięcia / 120
3.4. Równanie ciągłości prądu / 122
3.5. Równania pola przepływowego / 124
3.6. Pole przepływowe na granicy nieciągłości materiałowej / 126
3.7. Rezystancja / 130
3.8. Uziomy / 133
3.9. Straty mocy. Prawo Joule’a-Lenza / 134
3.10. Źródło napięcia stałego / 137
3.11. Prawa Kirchhoffa / 139

4. Pole magnetostatyczne / 142
4.1. Prawo Biota-Savarta / 142
4.2. Oddziaływanie pola magnetycznego na ładunki / 149
4.2.1. Siła magnetyczna /  149
4.2.2. Siła działająca na przewód z prądem elektrycznym / 150
4.3. Oddziaływanie pola magnetycznego z materią / 152
4.3.1. Zjawisko magnetyzacji /  152
4.3.2. Wektor magnetyzacji (namagnesowania) /  153
4.3.3. Wektor natężenia pola magnetycznego / 155
4.3.4. Magnetyczne właściwości materii / 157
4.4. Prawo przepływu / 162
4.5. Strumień indukcji magnetycznej / 167
4.6. Równania i potencjały pola magnetostatycznego / 169
4.6.1. Równania pola magnetostatycznego / 169
4.6.2. Skalarny potencjał magnetyczny / 169
4.6.3. Wektorowy potencjał magnetyczny / 171
4.7. Pole magnetyczne na granicy nieciągłości materiałowej / 176
4.8. Indukcyjność własna i wzajemna obwodów / 182
4.8.1. Współczynnik indukcyjności własnej / 182
4.8.2. Współczynnik indukcyjności wzajemnej / 187
4.8.3. Obwody sprzężone magnetycznie / 193
4.9. Energia pola magnetycznego /  194
4.10. Podsumowanie / 199
4.10.1. Obliczanie pola magnetostatycznego / 199
4.10.2. Magnetostatyka a elektrostatyka – podobieństwa i różnice / 199

5. Indukcja elektromagnetyczna / 201
5.1. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej / 201
5.2. Zjawisko indukcji własnej i wzajemnej / 208
5.3. Wnioski z prawa Faradaya / 211
5.3.1. Różniczkowa postać prawa Faradaya / 211
5.3.2. Dywergencja indukcji pola magnetycznego / 212

6. Pole elektromagnetyczne / 213
6.1. Równania Maxwella / 213
6.2. Warunki brzegowe /  218
6.3. Moc pola elektromagnetycznego. Twierdzenie Poyntinga / 218
6.4. Falowy charakter pola elektromagnetycznego / 223
6.4.1. Równanie falowe dla pola magnetycznego / 223
6.4.2. Równanie falowe dla pola elektrycznego / 224
6.4.3. Przypadki szczególne / 226
6.4.4. Równanie dla prądu przewodzenia / 226
6.5. Potencjały elektrodynamiczne / 227
6.5.1. Określenie potencjałów / 227
6.5.2. Cechowanie potencjałów / 228
6.5.3. Równanie dla potencjału wektorowego / 228
6.5.4. Równanie dla potencjału skalarnego / 229
6.5.5. Równania dla potencjałów w dielektryku idealnym / 229
6.5.6. Potencjały opóźnione /  230

7. Harmoniczne pole elektromagnetyczne / 231
7.1. Zespolona wartość skuteczna / 231
7.2. Równania Maxwella w postaci zespolonej / 234
7.3. Zależności energetyczne / 234
7.3.1. Gęstość mocy związanej z przepływem prądu / 235
7.3.2. Gęstość mocy i energii pola elektrycznego / 236
7.3.3. Gęstość mocy i energii pola magnetycznego / 237
7.3.4. Zespolony wektor Poyntinga / 238
7.3.5. Twierdzenie Poyntinga / 238
7.3.6. Moc pozorna, czynna i bierna w układzie niezawierającym źródeł / 239
7.3.7. Straty mocy w dielektryku rzeczywistym / 240
7.3.8. Zespolona przenikalność elektryczna / 242
7.3.9. Zespolona przenikalność magnetyczna / 243
7.4. Równania falowe w postaci zespolonej / 243
7.5. Zespolone potencjały elektrodynamiczne / 245
7.6. Promieniowanie / 246
7.6.1. Potencjał wektorowy wytwarzany przez przewodnik liniowy z prądem / 247
7.6.2. Podstawowe założenia upraszczające / 248
7.6.3. Dipol Hertza – promieniowanie dipolowe elektryczne / 249
7.6.4. Promieniowanie dipolowe magnetyczne / 254
7.6.5. Moc i rezystancja promieniowania / 257
7.6.6. Ogólna antena liniowa / 258

8. Wolnozmienne pole harmoniczne / 261
8.1. Przybliżenie quasi-statyczne / 261
8.2. Indukcja elektromagnetyczna w przewodniku nieruchomym / 262
8.3. Prądy wirowe w rozległej płycie / 264
8.4. Zjawisko naskórkowości / 269
8.4.1. Zjawisko naskórkowości w rozległej płycie / 269
8.4.2. Zjawisko naskórkowości w przewodzie walcowym / 273
8.5. Zjawisko zbliżenia w dwóch równoległych płytach / 277
8.6. Modelowanie obwodowe układów polowych / 282
8.6.1. Impedancja własna przewodu / 282
8.6.2. Impedancja własna i wzajemna obwodów sprzężonych magnetycznie / 285

9. Płaska fala elektromagnetyczna / 289
9.1. Płaska fala elektromagnetyczna w dielektryku idealnym / 289
9.2. Harmoniczna fala płaska / 294
9.2.1. Harmoniczna fala płaska w dielektryku bezstratnym / 298
9.2.2. Harmoniczna fala płaska w środowisku dobrze przewodzącym / 300
9.2.3. Polaryzacja fali / 303
9.2.4. Parametry falowe środowiska / 307
9.2.5. Równania Maxwella dla fali płaskiej / 309
9.3. Harmoniczna fala płaska na granicy środowisk – padanie prostopadłe / 311
9.3.1. Zależności ogólne / 311
9.3.2. Padanie prostopadłe na granicę dielektryków bezstratnych / 313
9.3.3. Padanie prostopadłe w układzie dielektryk bezstratny-przewodnik / 315
9.3.4. Padanie prostopadłe w układzie dielektryk bezstratny-przewodnik idealny / 317
9.4. Harmoniczna fala płaska na granicy środowisk – padanie ukośne / 318
9.4.1. Wnioski z prawa Snella / 320
9.4.2. Polaryzacja prostopadła / 321
9.4.3. Polaryzacja równoległa / 327

10. Linie przesyłowe. Linia długa / 331
10.1. Zagadnienia wstępne / 331
10.1.1. Klasyfikacja fal elektromagnetycznych / 331
10.1.2. Klasyfikacja prowadnic EM / 331
10.1.3. Równania pola elektromagnetycznego dla fali prowadzonej / 332
10.2. Fale TEM w liniach przesyłowych / 334
10.2.1. Zależności ogólne / 334
10.2.2. Kabel koncentryczny jako linia przesyłowa TEM / 336
10.3. Linia długa / 339
10.3.1. Schemat zastępczy i równania linii dwuprzewodowej / 339
10.3.2. Linia jednorodna przy wymuszeniu sinusoidalnym / 341
10.3.3. Parametry jednostkowe linii długiej / 347
10.3.4. Parametry charakterystyczne (falowe) linii długiej / 351
10.3.5. Linia nieodkształcająca / 354
10.3.6. Impedancja wejściowa linii / 356
10.3.7. Szczególne stany pracy linii długiej / 358
10.3.8. Moc i sprawność linii / 360
10.4. Linia długa bezstratna / 361
10.4.1. Parametry i równania linii bezstratnej / 361
10.4.2. Prąd i napięcie / 363
10.4.3. Stan dopasowania falowego / 364
10.4.4. Stan jałowy / 366
10.4.5. Stan zwarcia / 368
10.4.6. Linia bezstratna obciążona rezystancją / 370
10.4.7. Linia bezstratna obciążona idealną reaktancją / 373
10.4.8. Bezstratna linia długa obciążona dowolną impedancją / 375
10.4.9. Impedancja wejściowa / 378
10.4.10. Moc w linii bezstratnej / 379
10.4.11. Linia bezstratna jako transformator dopasowujący / 381
10.4.12. Wykres Smitha / 383

11. Falowody rurowe o ściankach przewodzących / 387
11.1. Zagadnienia wstępne / 387
11.2. Falowód o przekroju prostokątnym / 389
11.2.1. Fala typu H / 392
11.2.2. Fala typu E / 396
11.3. Falowód o przekroju kołowym / 399
11.3.1. Fala typu H / 400
11.3.2. Fala typu E / 403
11.4. Ogólne właściwości falowodów o ściankach idealnie przewodzących / 405
11.5. Falowody stratne / 406

12. Światłowody / 410
12.1. Falowody dielektryczne / 410
12.2. Światłowód płaski / 411
12.2.1. Fala typu H / 413
12.2.2. Fala typu E / 416
12.3. Światłowód włóknisty o przekroju kołowym / 417
12.3.1. Mody typu H / 419
12.3.2. Mody typu E / 421
12.3.3. Mody mieszane / 422
12.3.4. Światłowody o słabym prowadzeniu. Mody LP / 426

13. Rezonatory / 431
13.1. Rezonatory wnękowe / 431
13.2. Kabel koncentryczny jako rezonator / 432
13.3. Tory przesyłowe jako rezonatory / 437
13.4. Rezonator prostopadłościenny o ściankach przewodzących / 438
13.5. Rezonator cylindryczny o ściankach przewodzących / 441
13.6. Ogólne zależności czasowe i przestrzenne / 447
13.7. Dobroć rezonatora / 450

Bibliografia / 455
Skorowidz / 458