کتاب الکترومغناطیس میدان و موج
تایپ شده با کیفیت بالا
ترجمه اختصاصی 
نویسندگان: دیوید چنگ
ترجمه :آلا بحرانی,اسما بحرانی
۹۲۵ صفحه
فرمت :پی دی اف

دانلود کتاب

بخشی از متن کتاب:

کتاب­های بسیاری در زمینه الکترومغناطیسی مقدماتی را می­توان تقریباً به دو گروه اصلی تقسیم کرد. گروه اول توسعه سنتی را در نظر می­گیرند: شروع با قوانین تجربی، تعمیم آن­ها در مراحل، و در نهایت ترکیب آن­ها در قالب معادلات ماکسول. این یک رویکرد استقرایی است. گروه دوم توسعه بدیهی را در نظر می­گیرند: با معادلات ماکسول شروع می­کنند، هر کدام را با قانون تجربی مناسب شناسایی می­کنند، و معادلات کلی را به موقعیت­های ایستا و متغیر زمان برای تجزیه و تحلیل اختصاص می­دهند. این یک رویکرد قیاسی است. چند کتاب با بررسی نظریه نسبیت خاص شروع می­شود و تمام نظریه الکترومغناطیسی را از قانون نیرو کولن توسعه می­دهد. اما این رویکرد ابتدا مستلزم بحث و درک نظریه نسبیت خاص است و شاید بهترین گزینه برای یک دوره در سطح پیشرفته باشد.

دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ ترجمه فارسی

طرفداران توسعه سنتی استدلال می­کنند که این روشی است که نظریه الکترومغناطیسی از نظر تاریخی کشف شده است (از قوانین تجربی خاص گرفته تا معادلات ماکسول)، و پیروی از آن برای دانش آموزان از روش­های دیگر آسان­تر است. با این حال، من احساس می­کنم که روشی که مجموعه­ای از دانش کشف شد، لزوماً بهترین راه برای آموزش این موضوع به دانش آموزان نیست. موضوعات تمایل به تکه تکه شدن دارند و نمی­توانند از مختصر بودن حساب برداری بهره کامل ببرند. دانش‌آموزان متحیر می‌شوند، و اغلب یک بلوک ذهنی برای معرفی بعدی عملیات گرادیان، واگرایی و کرل ایجاد می‌کنند. به عنوان فرآیندی برای فرمول‌بندی یک مدل الکترومغناطیسی، این رویکرد فاقد انسجام و ظرافت است.

توسعه بدیهی معمولاً با مجموعه چهار معادله ماکسول، به صورت دیفرانسیل یا انتگرال، به عنوان فرضیات اساسی آغاز می­شود. این معادلات پیچیدگی قابل توجهی هستند و تسلط بر آن­ها دشوار است. آن­ها احتمالاً باعث ایجاد حیرت و مقاومت در دانش آموزانی می­شوند که در ابتدای کتاب با همه آن­ها برخورد می­کنند. دانش آموزان هوشیار در مورد معنای بردارهای میدان و در مورد ضرورت و کفایت این معادلات کلی تعجب خواهند کرد. دانش آموزان در مرحله اولیه در رابطه با مفاهیم مدل الکترومغناطیسی گیج می­شوند و هنوز با به کارگیری ریاضی مرتبط راحت نیستند. در هر صورت، معادلات کلی ماکسول به زودی برای اعمال میدان­های استاتیک ساده می­شوند، که امکان در نظر گرفتن میدان­های الکترواستاتیک و میدان­های مغناطیسی استاتیک را به طور جداگانه فراهم می­کند. پس چرا باید کل مجموعه چهار معادله ماکسول در ابتدا معرفی شود؟

دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ فارسی

ممکن است استدلال شود که قانون کولن اگرچه مبتنی بر شواهد تجربی است، اما در واقع یک فرض است. دو شرط قانون کولن را در نظر بگیرید: این­که اجسام باردار در مقایسه با فاصله جدایی آن­ها بسیار کوچک هستند و نیروی بین اجسام باردار با مجذور فاصله آن­ها نسبت معکوس دارد. این سوال در مورد شرط اول مطرح می­شود: اجسام باردار چقدر باید کوچک باشند تا در مقایسه با فاصله آن­ها “بسیار کوچک” در نظر گرفته شوند؟ در عمل، اجسام باردار نمی­توانند دارای اندازه­های ناپدید شونده باشند (بارهای نقطه ایده آل)، و در تعیین فاصله “واقعی” بین دو جسم با ابعاد محدود مشکل وجود دارد. برای اندازه‌های جسم مشخص، دقت نسبی در اندازه‌گیری‌های فاصله زمانی بهتر است که جداسازی بزرگ‌تر باشد. با این حال، ملاحظات عملی (ضعف نیرو، وجود اجسام باردار خارجی و غیره) فاصله قابل استفاده جداسازی در آزمایشگاه را محدود می‌کند و نمی‌توان از عدم دقت تجربی به طور کامل اجتناب کرد. این منجر به سوال مهم­تری در مورد رابطه معکوس مربع شرط دوم می­شود. حتی اگر اجسام باردار دارای اندازه‌های ناپدید شونده بودند، اندازه‌گیری‌های تجربی نمی‌توانستند از دقت بی‌نهایتی برخوردار باشند، صرفنظر از این­که یک آزمایشگر چقدر ماهر و محتاط بود. پس چگونه ممکن بود کولن بداند که نیرو دقیقاً با مربع (نه توان ۲.۰۰۰۰۰۱ یا ۱.۹۹۹۹۹۹) فاصله جدایی نسبت معکوس دارد؟ این سوال را نمی توان از دیدگاه تجربی پاسخ داد، زیرا بعید است که آزمایشات در زمان کولن تا رتبه هفتم دقیق باشد. بنابراین باید نتیجه بگیریم که قانون کولن خود یک فرض است و این یک قانون طبیعت است که بر اساس آزمایشات او با دقت محدودی کشف و فرض شده است (به بخش ۳-۲ مراجعه کنید).

دانلود کتاب الکترومغناطیس چنگ

این کتاب مدل الکترومغناطیسی را با استفاده از رویکرد بدیهی در مراحل می‌سازد: ابتدا برای میدان‌های الکتریکی ساکن (فصل ۳)، سپس برای میدان‌های مغناطیسی ساکن (فصل ۶)، و در نهایت برای میدان‌های متغیر با زمان منتهی به معادلات ماکسول (فصل ۷). مبنای ریاضی برای هر مرحله، قضیه هلمهولتز است، که بیان می­کند که یک میدان برداری در یک ثابت افزایشی تعیین می­شود اگر هم واگرایی و هم کرل آن در همه جا مشخص شود. بنابراین، برای توسعه مدل الکترواستاتیکی در فضای آزاد، تنها لازم است یک بردار واحد (یعنی شدت میدان الکتریکی E) با مشخص کردن واگرایی و کرل آن به عنوان فرضیه تعریف شود. همه روابط دیگر در الکترواستاتیک برای فضای آزاد، از جمله قانون کولن و قانون گاوس، می­توانند از دو اصل نسبتاً ساده استخراج شوند. روابط در رسانه­های مواد را می­توان از طریق مفهوم توزیع بار معادل دی الکتریک­های قطبی شده توسعه داد. به طور مشابه، برای مدل مغناطواستاتیک در فضای آزاد، لازم است تنها یک بردار چگالی شار مغناطیسی B را با مشخص کردن واگرایی و کرل آن به عنوان فرضیه تعریف کنیم. تمام فرمول­های دیگر را می­توان از این دو اصل استخراج کرد. روابط در رسانه­های مادی را می­توان از طریق مفهوم چگالی جریان معادل توسعه داد. البته، اعتبار فرضیه­ها در توانایی آن­ها برای به دست آوردن نتایجی است که با شواهد تجربی مطابقت دارد.

برای میدان­های متغیر با زمان، شدت میدان الکتریکی و مغناطیسی با هم جفت می­شوند. فرض کرل E برای مدل الکترواستاتیک باید اصلاح شود تا با قانون فارادی مطابقت داشته باشد. علاوه بر این، فرض کرل B برای مدل مغناطیسی نیز باید اصلاح شود تا با معادله پیوسته سازگار باشد. بنابراین، ما چهار معادله ماکسول را داریم که مدل الکترومغناطیسی را تشکیل می­دهند. من معتقدم که این توسعه تدریجی مدل الکترومغناطیسی مبتنی بر قضیه هلمهولتز جدید، سیستماتیک، از نظر آموزشی صحیح است و به راحتی توسط دانش آموزان پذیرفته می­شود.

در ارائه مطالب برای شفافیت و وحدت و جریان روان و منطقی ایده­ها تلاش می­کنم. بسیاری از مثال­های کار شده برای تأکید بر مفاهیم اساسی و نشان دادن روش­هایی برای حل مسائل معمولی گنجانده شده است. کاربرد روابط مشتق شده برای فناوری­های مفید (مانند چاپگرهای جوهر افشان، صاعقه گیر، میکروفون­های الکترت، طراحی کابل، سیستم­های چندرسانا، محافظ الکترواستاتیک، رادار داپلر، طراحی رادوم، فیلترهای پولاروید، سیستم­های ارتباطی ماهواره­ای، فیبرهای نوری و خطوط میکرواستریپ) مورد بحث قرار می­گیرند. سؤالات مروری در پایان هر فصل ظاهر می‌شوند تا میزان یادداشت و درک دانش‌آموزان از مطالب ضروری در فصل را آزمایش کنند. مسائل در هر فصل برای تقویت درک دانش‌آموزان از روابط متقابل بین مقادیر مختلف در فرمول‌ها و گسترش توانایی آن‌ها در استفاده از فرمول‌ها برای حل مسائل عملی طراحی شده‌اند. در تدریس، سؤالات مروری را وسیله­ای بسیار مفید برای برانگیختن علاقه دانش آموزان و هوشیار نگه داشتن آن­ها در کلاس یافته­ام.