192年前的今天,迈克尔·法拉第 (Michael Faraday)通过“圆环实验”,首次观察到电磁感应的第一个效应,即以一个电流产生另一个电流,法拉第把这一现象称为“伏打电感应”,并将这一实验在其日记中做了详细的记载,而“伏打电感应”也为日后变压器的诞生奠定了基础。在法拉第的日记中,他表示电磁感应的发现是他意料之中的事,但令其意料之外的是汉斯·克里斯蒂安·奥斯特(Hans Christian Oersted,丹麦物理学家、化学家)发现的电流磁效应是一种稳定效应,而自己发现的电磁感应却是一种短暂效应。随即,他继续不断地进行实验,更深入地研究。
1831年9月24日,法拉第在两条磁棒的N、S极中间放上一绕有线圈的圆铁棒,线圈与一电流计连接,他发现当圆铁棒脱离或接近两极的瞬间,电流计的指针就会偏转。1831年10月17日,法拉第开始了电磁感应的第二阶段的实验。他在一个直径为3/4英寸、长为8英寸的空心纸筒上绕8个线个线圈并联起来,再与一个电流计连接。当他把一根磁棒插入纸筒时,他惊喜的发现,电流计指针忽然偏转起来,然后很快又回到平衡位置;当他把磁棒抽出纸筒时,指针又忽的转向另一边,然后很快就又回到平衡位置。每次把磁棒插入或抽出时,这种效应都一定会出现。法拉第通过这一个实验看出,不仅伏打电池在关和断的瞬时可以激发电流,磁体相对于线圈的运动也能激发电流。他称这种现象为“磁感应”。
但法拉第仍不满足这个实验,他希望用更大磁铁进一步实验,1831年10月28日,他带着提前做好实验所需的软铁柱和螺线管拜访当时保管着伦敦皇家学会的大磁铁的塞缪尔·亨特·克里斯蒂 ( Samuel Hunter Christie )家。他对实验做了如下记录:将软铁柱(接在蹄形磁铁的)两个磁极上,当电流计与导线还未连接时,电流计受影响甚微,以至无法感知。但是,当导线(与电流计)连接后,一旦断开或接通与软铁柱的磁接触时,一种强大的推力就迫使电流计指针来回振荡多次。”“将0线圈忽然带进磁铁的大磁极之间,它里面没有铁棒,这是(电流计)指针受到强烈影响。若一旦将它抽出,就会发生与前面情况一样的结果。”同一天法拉第还还进行了最早的发电机实验。他把直径为12英寸,厚为1/5英寸的铜盘装在水平的黄铜轴上,又将两条长为6-7英寸,宽约1英寸,厚约1/2英寸的小磁铁相对放置在铜盘边缘,他用另一电流计的两个接线柱上引出两个碳刷。实验时让铜盘飞快旋转,同时把两个电刷分别接触于铜盘的不同位置,以确定产生感应电流的最佳位置,经过反复试验,他发现由盘心O到磁极所对的铜盘边缘可以产生最大的感应电流,这台实验装置其实就是一台直流发电机——人类历史上第一台发电机。
法拉第前后一共做了类似的几十个实验,最终认识到感应现象的暂态性,提出只有在变化时,静止导线中电流才能在另一根静止导线中感应出电流;而导线中的稳恒电流不可能在另一根静止导线中感应出电流的。
1831年11月24日,法拉第在伦敦皇家学会宣读了他《电学实验研究》(Experimental Researches in Electricity)第一辑的四篇论文。法拉第总结了他对电磁感应的发现,他把可以产生感应电流的情形概括为变化着的电流、变化着的磁场、动的稳恒电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体这五类,并指出感应电流与原电流的变化有关,与原电流本身无关。他把上述现象正式定名为“电磁感应”,还提出了“电紧张态”和“磁力线”两个新概念,在此基础上总结电磁感应定律,并完美的解释了阿拉果圆盘实验。至此,法拉第作出了划时代的发现——电磁感应现象。但电磁感应的规律,一直到1851年才最后建立。
“索末菲理论物理教程”的作者阿诺德·索末菲(Arnold Sommerfeld)是德国伟大的理论物理学家,可谓大师之大师。他的学生中有包括沃纳·卡尔·海森堡(Werner Karl Heisenberg)和沃尔夫冈·泡利(Wolfgang E.Pauli)在内的6位诺贝尔奖得主。
“索末菲理论物理教程”包括力学、变形介质力学、电动力学、光学、热力学与统计物理、物理学中的偏微分方程六卷,由作者给慕尼黑大学和理工学院物理专业大三、大四学生讲课的手稿整理而成。索末菲老师不仅把物理和数学融合在一起授课,甚至还能将实验物理和理论物理放在一起教学,这也使得他的教学非同于一般的教书匠,深刻地影响到很多人。从他的教科书里我们大家可以发现,他充分融入了自己的理解还有自己对学术的贡献。索末菲对物理学的贡献是多方面的,即便面对爱因斯坦这样的人物,也未必逊色多少。
《泡利物理学讲义:电动力学》是世界图书出版公司出版的9卷本“泡利物理学讲义”之中的一卷。
沃尔夫冈·泡利是20世纪卓越的理论物理学家,1945年诺贝尔物理学奖获得者,他在原子物理学和量子力学领域做出了重要贡献,发现了“泡利不相容原理”,建立了“中微子”假说,提出了二分量波函数的概念和著名的泡利自旋矩阵,并在量子场论、固体物理等领域都做了很多杰出的工作。泡利去世后,他晚年的助手查尔斯·恩斯教授编辑修订了他生前在苏黎世联邦理工学院的授课讲义的英文版,分6卷,分别为《电动力学》《光学和电子论》《热力学和气体分子运动论》《统计力学》《波动力学》和《场量子化选讲》,英文版由The MIT Press出版。泡利对科学基本问题具有极深刻的洞察力和准确的评判能力,这种能力对当时原子物理学和量子力学的发展产生了积极的影响,这种能力也体现在泡利的每一本著作中,内容简洁,直击物理的核心,而非迷失在繁琐的数学推导中。阅读这套书也可以让读者体会到物理学大师是怎样表达和讲授理论物理学概念的。
《朗道理论物理学教程 第2卷:经典场论 (第4版)》以简洁清晰的逻辑叙述和缜密的数学推导阐述经场论相关理论。本书的主要内容有相对论原理,相对性力学,电磁场中的电荷,电磁场方程,恒定电磁场,电磁波,光的传播,运动电荷的场,电磁波辐射,引力场中的粒子,引力场方程,引力物体的长,引力波和相对论宇宙学。本套教程附有大量的例题和习题,是大学物理系师生和理论物理学工作者必备的重要参考书。
《朗道理论物理学教程 第8卷:连续介质电动力学 (第2版)》涉及主题广泛,系统地介绍了连续介质的电磁场理论以及物质宏观电学和磁学性质相关的理论。主要内容有:导体的经典学、电解质的经典学、恒定电流、恒定磁场、铁磁性、超导电性、准静态的电磁场、电磁流体力学、电磁波方程、电磁波的传播、各向异性媒质内的电磁波、快速粒子通过物质、电磁起伏现象、电磁波的散射和晶体内伦琴射线的衍射。本套教程附有大量的例题和习题,是大学物理系师生和理论物理学工作者必备的重要参考书。
《朗道理论物理学教程 第4卷:量子电动力学(第2版)》以简洁清晰的逻辑叙述和缜密的数学推导阐述量子电动力学相关理论。本书主要内容有:光子、玻色子、费米子、外场中的粒子、辐射、光的散射、散射矩阵和协变微扰论。本套教程附有大量的例题和习题,是大学物理系师生和理论物理学工作者必备的重要参考书。
《电动力学讲义》是一本研究生水平的电动力学讲义,对电动力学进行了简洁、紧凑但完整的阐述。从麦克斯韦方程组的物理基础开始,然后转向静电学、静磁学、非相对论经典辐射理论、狭义相对论、电磁场的拉格朗日表述、相对论辐射理论,最后是专题章节(多极矩、轫致辐射、磁流体动力学、宇宙大爆炸的回声、黑洞的偏振辐射等)。作者在书中将数学与物理现象联系起来,帮助读者建立直觉。作者在教授内容时会避免不必要的数学细节,更注重公式的物理内涵,并教导读者该怎么样深入思考和提出论点。本书讲述非常清晰,使读者不会被无关紧要的信息所困扰。本书可以与传统的电动力学教材共同使用,作为研究生或高年级本科生学习时极佳的补充教材;也可当作一部提纲挈领的电动力学总结指南供相关的物理研究者平时查阅,成为有用的案头参考书。
德国著名理论物理学家W.Griner等教授撰写的13卷集“理论物理学教科书”,是一套内容完整实用面向大学生和硕士研究生的现代物理学教材。它以系统的、统一的、连贯的方式阐述了现代理论物理学的每个方面。这套教材面世后,在德国产生了巨大的影响,其英文版的及时推出,对全世界理论物理学的教学也起了很好的促进作用。
《经典电动力学》内容有:导论与基本概念;格林定理;正交函数和多极膨胀;函数论基本理论;物质填充空间用的场方程;简单介电质和磁化率;电介质中的静电能和静电力;矢势;磁矩;物质中的磁场;法拉第感应定律;麦克斯韦方程;准稳态电流和电路;真空中的电磁波;物质中的电磁波;反射和折射指数;波导和共振空腔;光波;真空中的运动电荷;赫兹偶极子;电动力学的协变量表述;相对论协变量拉格朗日形式论;电动力学中的单位;电动力学理论历史。
《电子关联和磁性》一书试图填补固体物理学的标准介绍与对强相关系统来进行复杂处理的教科书的空白。从磁学微观理论基础开始,对诸如莫特跃迁、重费米子和量子磁性等主题进行讲述。磁性是电子-电子相互作用的一种表现形式,本书对它的处理是作为电子相关效应一般讨论的一部分。本书不仅包括理论,也展示了很多实验文献中的例子。
《电子关联和磁性》一书试图填补固体物理学的标准介绍与对强相关系统来进行复杂处理的教科书的空白。从磁学微观理论基础开始,对诸如莫特跃迁、重费米子和量子磁性等主题进行讲述。磁性是电子-电子相互作用的一种表现形式,本书对它的处理是作为电子相关效应一般讨论的一部分。本书不仅包括理论,也展示了很多实验文献中的例子。
《固态磁性导论》是一部从现象学研究出发,讲述固态磁性理论的教程。本书从引入统计热动力学和电子结构理论的基本概念开始,第一部分讨论了局部矩(Weiss,Heisenberg)和非定域矩(Stoner),紧接着用一章篇幅讲述了金属中的交换和相关联的内容,重申了局部和非局部极限的有关结果。最后,以自旋涨落结束,并将这章作为学习有限温度Stoner理论的开始。
磁畴即磁性材料的基本组成部分,它将磁性材料的基本物理特性与其宏观特性和应用联系起来。磁畴理论是现代磁化理论的基础,几乎所有磁学应用都以畴为基本单元,而不是以一个电子自旋为单元。磁学中讨论磁矩都是基于畴而展开的,它形成了原子基础和从计算机存储系统到电机的磁芯的技术应用之间的联系。《磁畴》一书系统地涵盖了磁性微观结构的丰富世界——从“纳米世界”延伸到可见维度。
《超导性 第2版》涵盖了超导体的理论及试验的全部研究领域。本书包括各主要的子域、经典的超导材料、1986年发现的高温超导材料以及近年来发现的材料,如当今在全球范围内研究很广泛的二硼化镁和硼碳化物。书中列出了许多关于各种超导体的表格数据,涵盖了2500篇参考文献。此外,本书的体例很适合做教材。
《金属与合金的超导电性》是诺贝尔物理学奖获得者皮埃尔-吉耶·德热纳的代表作之一,对超导电性的许多重要现象和基本理论作了精辟的、富有启发性的论述。书中以第一类与第二类超导体的磁学性质的初步讨论为开始,然后用博戈留波夫自洽场方法建立微观理论。这种方法很适用于有序参数在空间受到调制的那些有趣情形,而且它还保留了某些和单粒子波函数相关的物理图像。作者在书中系统地讨论了合金的性质,特别是所谓“脏”合金,这些讨论是和纯金属并列论述的。本书是为超导领域的科研工作者提供关于超导电性基本知识的经典之作,至今仍是研究金属与合金超导电性极好的入门书,可供凝聚态物理专业高年级本科生、研究生及从事超导研究的实验与理论工作者参考。
《工程电路分析》首版于1962年,目前已是第9版。作者从三个最基本的物理定理推导出电路分析中常用的分析方法及分析工具。书中首先介绍电路基本参量及基本概念,然后结合基尔霍夫电压和电流定律,介绍节点分析法和网孔分析法,以及叠加定理、电源变换等常用电路分析方法,并将运算放大器作为电路元件加以介绍,新的第9版中还拓展了运算放大器电路的正反馈应用;交流电路的分析开始于电容、电感的时域电路特性,然后分析RLC电路的正弦稳态响应,并介绍交流电路的功率分析方法,接着还对多相电路、磁耦合电路的性能分析进行了介绍;本书还介绍了复频率、拉普拉斯变换和s域电路分析、频率响应、傅里叶电路分析、二端口网络等内容。
作者注重将理论和实践相结合,无论例题、练习、应用实例还是章后习题,很多都来自业界的典型应用,这也是本书的一大特色。本书理论体系严谨、内容深入浅出并紧密联系工程实际,可作为电子信息类、电气工程类、计算机类和应用物理类本科生的教学用书或自学用书,也可作为从事电子技术、电气工程、通信工程领域工作的工程技术人员的参考书。
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