工程电磁学

引用

Hayt, W. H., & Buck, J. A. (2018). Engineering Electromagnetics (9th ed.). McGraw Hill.

章节概要

全书共十四章，另有六个附录。章节顺序是工程场论课程的传统安排：先静电场，再静磁场，然后是时变场与麦克斯韦方程组，最后是传输线、波与辐射。出版社介绍说，本书强调基本概念和问题求解，配有大量插图、类比、例题和习题。

第1章：矢量分析

开篇一章提供后续各章所依赖的矢量工具。附录A同样题为“矢量分析”，位于书末。

第2–4章：库仑定律与电场强度；电通量密度、高斯定律与散度；能量与电位

三章展开静电学。内容从库仑定律和电场，推进到通量密度、高斯定律和散度，再到能量与电位。

第5–6章：导体与电介质；电容

材料在这里进入静电场：先是导体和电介质，然后是电容。

第7–8章：恒定磁场；磁力、磁性材料与电感

与静电部分对应的磁学部分：先讲恒定磁场，再讲磁力、磁性材料和电感。

第9章：时变场与麦克斯韦方程组

时变场引出完整的麦克斯韦方程组。

第10–13章：传输线；均匀平面波；平面波的反射与色散；导行波

按本书的顺序，传输线排在平面波之前。随后是均匀平面波，接着是反射与色散，然后是导行波。

第14章：电磁辐射与天线

出版社特别提到这一章，内容涵盖辐射的基本原理、线天线、简单阵列和收发系统。

附录

附录涵盖矢量分析、单位、材料常数和唯一性定理，并给出奇数题的答案。

核心概念

第1–6章：静电场

• 矢量分析：全书使用的矢量工具，见第1章和附录A。
• 库仑定律与高斯定律：通向电场和电通量密度的两条途径。
• 能量与电位：静电场的标量描述。
• 导体、电介质与电容：材料如何改变静电场。

第7–9章：磁场与时变场

• 恒定磁场：恒定电流产生的磁场。
• 磁力、磁性材料与电感：电流受力、磁性材料和电感。
• 麦克斯韦方程组：第9章引入的时变场方程。

第10–14章：线、波与辐射

• 传输线：第10章的主题。
• 均匀平面波、反射与色散：第11、12章的波传播内容。
• 导行波：第13章。
• 辐射与天线：第14章。

评析

优点

• 先讲基本概念。 出版社称本书强调基本概念和问题求解，讲解易懂、可读；章节顺序也体现了这一点：先是矢量工具，然后是静态场，再到时变场和波。
• 便于自学。 出版社指出书中有大量插图和类比来帮助理解难点，并有许多例题和习题。附录F给出奇数题答案，学生无需教师也能核对自己的解答。
• 从场到天线的完整脉络。 一册书从矢量分析一直讲到辐射与天线，中间有传输线和导行波。

局限

• 波的内容出现较晚。 十四章中有十章排在均匀平面波（第11章）之前，导行波和天线是最后两章。一学期的课程可能讲不到，而需要尽早讲波的课程则必须跳读。
• 起点偏数学。 第1章和附录A专讲矢量分析，静电学各章从一开始就依赖它。读者开始前需要熟悉矢量微积分。
• 只有奇数题有答案。 自我核对仅限于一半的习题。

在课程中的定位

在这门电路与电子学课程的书单中，这是唯一一本专讲电磁场的书；其他各书侧重电路分析、电子器件和数字硬件。Storey的 Electronics: A Systems Approach 和 Fundamentals of Electric Circuits 先行，用于电路分析；Agarwal与Lang的 Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits 和 Microelectronics: An Integrated Approach 则讲授电路与半导体器件。Hayt与Buck提供了这些书所没有的电磁学基础，其中的传输线一章是从电路理论过渡到波的自然桥梁。Practical Electronics for Inventors 是动手实践的配套读物，Computer Organization and Design 属于课程中的数字硬件一面。

如何使用本书

本书适合学过含电磁学内容的微积分基础物理，并掌握多元微积分、矢量微积分和基本微分方程的学生。至少读到第9章为止应按顺序阅读，因为每章都依赖前一章。第1至4章是静电学的核心；第5、6章与第7、8章分别把静态理论扩展到材料和磁学。

同时修读电路课程的学生，可以早点读关于传输线的第10章。第12至14章可按课程需要选读：反射与色散讲波的行为，导行波讲波导，辐射与天线对应通信。先做奇数题，并用附录F核对。把附录B（单位）和附录C（材料常数）当作随手查阅的参考表，并在静电学各章开始之前，把第1章与附录A当作矢量分析的复习材料。