Передмова

Початковий розвиток електротехніки і техніки століття тому відбулося майже повністю в області електромагнітики. Більшість електричних навчальних програм залишалися поляризованими навколо цієї теми до середини ХХ століття, коли сигнали, пристрої та обчислювальні предмети стали домінуючими. Постійне розширення поля в даний час знизив бакалаврат електромагнетики, можливо, на один семестр предмет, хоча електромагнітні технології значно розширилися і є основними для більшості застосувань. Для вирішення зростаючої освітньої проблеми забезпечення як широти, так і глибини електромагнітики в рамках короткої презентації, цей текст використовує більш заснований на фізиці підхід і нові методи пояснення певних явищ. Він знайомить студентів з електродинамікою по всьому діапазону від статики до динаміки, і від двигунів до схем, комунікацій, оптичних волокон та лазерів. Наприклад, в даний час ми охоплюємо приблизно дев'яносто відсотків тексту на односеместровій тематичній зустрічі з викладачами чотири години на тиждень. Текст може також підтримувати пропозиції для студентів протягом двох кварталів або навіть двох семестрів, і, можливо, також може бути використаний на рівні початкового випускника.

Основними завданнями тексту є: 1) передати ці великі ідеї, необхідні для розуміння електромагнітних аспектів сучасних електричних та комп'ютерних систем, 2) піддавати студентам достатню кількість прикладів, щоб зробити великі ідеї відчутними та стерти найбільш наївність щодо домінуючих додатків, 3) забезпечити обчислювальні досвід роботи з рівняннями Максвелла, достатніми для розгляду основних прикладів, 4) забезпечити розуміння та навички передумови для подальших предметів, і 5) посилити попередній вплив фізики, математики та електричних систем, щоб допомогти інтегрувати навчання студентів, включаючи вирішення проблем та проектування методи.

Перші дві глави є ядром тексту. Вони переглядають основну фізику електромагнітики та електромеханіки та вводять закон сили Лоренца, рівняння Максвелла, середовища, граничні умови, розв'язки статичного поля, рівномірні площинні хвилі та потужність та енергію. Хоча глави найкраще читати послідовно, чотири актуальні області, що слідують за ядром, можна прочитати в будь-якій послідовності і включати: 1) Глави 3, 5 та 6, які розглядають пристрої та схеми RLC; електромагнітні сили на зарядах, провідниках та носіях; і двигуни, 2) Глави 4, 7 та 8, які лікують квазістатика, розв'язки рівняння Лапласа та лінії ТЕА, включаючи узгодження, резонатори та перехідні процеси, 3) Розділи 4.1—4.3 плюс глава 9, які обробляють релаксацію поля, нерівномірні плоскі хвилі, відображення, хвилеводи та резонатори порожнини, і 4) Глави 10 і 11, які обробляють випромінювання, дріт та апертурні антени та такі додатки, як системи зв'язку та радар. Потім слідують дві глави «Capstone»: Глава 12 представляє оптичні хвилеводи, лазерні підсилювачі, лазерні генератори та інші оптичні пристрої (розділи 9 та 11 є передумовами), а глава 13 розглядає більшість хвильових явищ в акустичному контексті після того, як глави 7, 9 та 10 були висвітлені. Дана організація дозволяє використовувати текст в самих різних форматах, включаючи одно- і двосеместрові варіанти. Більшість передумов коротко розглядаються в Додатку або в тексті. Майбутні версії матимуть домашні проблеми та більше прикладів.

Особлива подяка зобов'язана багатьом викладачам MIT, які викладали цю тему та три його об'єднані попередники, обмінюючись своїми думками з автором протягом останніх сорока років. Без такої колегіальної участі обсяг і стислість цього тексту не були б - ix - можливими. Розділи, присвячені хвилям, оптиці, акустиці, резонаторам та статиці, особливо виграли від взаємодії з професорами Конгом та Хаусом, Іппеном та Берсом, Стівенсом та Піком, Смулліном та Хаусом та Заном відповідно. Скотт Бресслер та Лаура фон Бозау були особливо корисними у зменшенні графіки та тексту на друкованій сторінці.

Це попередня версія остаточного тексту, і тому будь-які коментарі щодо змісту або потенційних доповнень або виправлень будуть вдячні. Девід Стелін Січень 5, 2011