電動力學導論(英文註釋版·原書第4版)

導讀
第1章 向量分析1
11 向量代數 1
111 向量操作 1
112 向量代數：分量形式 4
113 三重積 7
114 位置、位移與分離向量 8
115 向量如何變換 10
12 微分運算 13
121 普通導數 13
122 梯度 13
123 Δ算符 16
124 散度 17
125 旋度 18
126 乘積規則 20
127 二階導數 22
13 積分運算 24
131 線、面和體積分 24
132 微積分的基本定理 29
133 有關梯度的基本定理 29
134 有關散度的基本定理 31
135 有關旋度的基本定理 34
136 分部積分 36
14 曲線坐標系 38
141 球坐標系 38
142 柱坐標系 43
15 狄拉克δ函數 45
151 /r2的散度 45
152 一維狄拉克δ函數 46
153 三維δ函數 50
16 向量場理論 52
161 亥姆霍茲定理 52
162 勢函數 53
第1章補充習題 55

導讀
第2章 靜電學59
21 電場 59
211 引言 59
212 庫侖定律 60
213 電場 61
214 連續電荷分佈 63
22 靜電場的散度和旋度 66
221 電場線、電通量、高斯定律 66
222 E的散度 71
223 高斯定律的應用 71
224 E的旋度 77
23 電勢 78
231 勢的概念 78
232 有關勢的評注 80
233 泊松方程與拉普拉斯方程 83
234 局域電荷分佈的勢 84
235 邊界條件 88
24 靜電場的能量與做功 91
241 移動電荷所需做的功 91
242 點電荷分佈的能量 92
243 連續電荷分佈的能量 94
244 有關靜電場能量的評注 96
25 導體 97
251 基本性質 97
252 誘導電荷 99
253 表面電荷和導體受到的力 103
254 電容 105
第2章補充習題 108

導讀
第3章 勢113
31 拉普拉斯方程 113
311 引言 113
312 一維拉普拉斯方程 114
313 二維拉普拉斯方程 115
314 三維拉普拉斯方程 117
315 邊界條件和唯一性定理 119
316 導體和第二唯一性定理 121
32 鏡像法 124
321 典型鏡像問題 124
322 誘導表面電荷 125
323 力和能量 126
324 其他鏡像問題 127
33 分離變數法 130
331 直角坐標 131
332 球座標 141
34 多極矩展開 151
341 遠距離處的近似勢 151
342 單極與偶極項 154
343 多極展開中的座標原點 157
344 偶極子的電場 158
第3章補充習題 160

導讀
第4章 物質中的電場167
41 極化 167
411 電介質 167
412 誘導偶極子 167
413 極性分子的排列 170
414 極化強度 172
42 極化物體的場 173
421 束縛電荷 173
422 束縛電荷的物理解釋 176
423 電介質內部的場 179
43 電位移向量 181
431 有電介質時的高斯定律 181
432 易誤解的類似性 184
433 邊界條件 185
44 線性電介質 185
441 極化率、介電常數、相對介電常數 185
442 線性電介質的邊界值問題 192
443 介電系統的能量 197
444 作用在電介質上的力 202
第4章補充習題 205

導讀
第5章 靜磁學 211
51 洛倫茲力定律 211
511 磁場 211
512 磁力 213
513 電流 217
52 畢奧-薩伐爾定律 224
521 穩恒電流 224
522 穩恒電流的磁場 225
53 B的散度與旋度 230
531 直線電流 230
532 B的散度與旋度 232
533 安培定律 234
534 靜磁學與靜電學的比較 242
54 磁矢勢 244
541 矢勢 244
542 邊界條件 250
543 矢勢的多極展開 253
第5章補充習題 257

導讀
第6章 物質中的磁場 267
61 磁化 267
611 反磁體、順磁體、鐵磁體 267
612 作用在磁偶極矩上的力和力矩 267
613 磁場對原子軌道的效應 272
614 磁化強度 274
62 磁化物體的場 275
621 束縛電流 275
622 束縛電流的物理解釋 278
623 介質內的磁場 280
63 輔助場H 280
631 磁介質中的安培定律 280
632 易誤解的類似性 284
633 邊界條件 285
64 線性與非線性介質 285
641 磁化率與磁導率 285
642 鐵磁性 289
第6章補充習題 293

導讀
第7章 電動力學297
71 電動勢 297
711 歐姆定律 297
712 電動勢 304
713 動生電動勢 306
72 電磁感應 313
721 法拉第定律 313
722 感生電場 318
723 電感 322
724 磁場的能量 329
73 麥克斯韋方程組 333
731 麥克斯韋之前的電動力學 333
732 麥克斯韋如何修改安培定律 335
733 麥克斯韋方程組 338
734 磁荷 339
735 介質中的麥克斯韋方程組 341
736 邊界條件 343
第7章補充習題 345

導讀
第8章 守恆定律 357
81 電荷和能量 357
811 連續性方程 357
812 坡印亭定理 358

這是一本關於電與磁的教科書，適合於大學三年級或四年級的本科生。它可以在兩個學期內輕鬆講完，甚至還可以有剩餘的時間講授一些其他專題（如AC電路、數值方法、等離子體物理、傳輸線、天線理論等）。若為一學期的課程，可以僅講授前七章的內容。與量子力學和熱物理（比如）課程不同，對如何講授電動力學，人們的見解相當一致，如應當包含什麼內容，甚至連講解的次序，都沒有什麼分歧，教科書的區別僅在於各自的風格。與大多數教材相比，我的寫法更加自由一些，我認為這樣做可以使難點更加有趣和容易被接受。

對本書第4版我做了大量的小的改動，以使內容更清晰和精美。對第3版中某些地方的錯誤我也做了相應修改，並增加了一些例題和習題（也刪除了少數效果不佳的）。我也增加了更多的容易查到的參考文獻（特別是American Journal of Physics 雜誌上的）。當然，我知道大多數的讀者沒有時間或者不喜歡去查閱這些文獻，但是我還是認為查文獻是值得的。需要強調的是，儘管電動力學歷史悠久，但它仍然是一個非常有活力的學科，有趣的新發現層出不窮。我希望也許有些問題可以激發你的好奇心，促使你查閱文獻—其中一些確實是珍寶。

我保留了三個非正規符號：

笛卡兒座標單位向量是、和（通常，所有單位向量都繼承相應座標的字母）。

柱座標中與z軸的距離用s表示，以避免與r（與原點的距離和球座標中的徑向座標）混淆。

某些讀者希望我放棄斜體字母 ，從源點r'到場點r的向量，而用更明顯的(r_r')。但是，這將使很多方程變得很繁瑣，特別是涉及單位向量 時。我從自己的教學經驗知道，粗心的學生試圖把 當作r—這顯然會使積分容易！我已在第1章中插入了一段去解釋這個符號，我希望這會有幫助。如果你是學生，請記住：≡r r'，它與r不一樣。我認為它是一個好符號，但是必須要細心對待。一

在前面的版本中，我區分了兩類不同的習題，其中一些具有特定的教學目的，應該在學習完本節後立即演做。這些習題與本章節的主要內容密切相關，我將這些習題放在本章的相關節點上。（有少數情況，習題的結論在課文後面會用到；在這些習題的左邊空白處用（）標記。）較長的習題，或者那些有更一般性質的習題將放在每一章的後面。當我授課時，我會佈置它們中的一些給學生，少數題目也會放在課堂上講授。極不尋常有挑戰性的習題用感嘆號（!）來標記。許多讀者曾要求在書後附上習題解答；遺憾的是，也有許多人強烈反對。我取折中方案，對有些似乎特別適當的習題提供了答案。完整的習題解答手冊可向出版商索要（僅對教師）；請訪問培生教育出版公司網站訂購。

從與許多同事的討論中我受益匪淺—這裡我無法一一列出他們的名字。但是我想要感謝對本書第4版做出了貢獻的人，他們是：Burton Brody （巴德學院）、Catherine Crouch （斯沃斯莫爾學院）、Joel Franklin（裡德學院）、Ted Jacobson（馬里蘭學院）、Don Koks（阿德萊德大學）、Charles Lane（巴德學院）、Kirk McDonald二（普林斯頓大學）、Jim McTavish（利物浦學院）、Rich Saenz（加州州立理工大學）、Darrel Schroeter（裡德學院）、Herschel Snodgrass（路易克拉克學院）、Larry Tankersley（美國海軍學院）。 事實上，我對電動力學每部分內容的瞭解—當然也包括如何講授電動力學—應該歸功於愛德華·珀塞爾（Edward Purcell）。

大衛·J格里菲斯