با توجه به اینکه در سالیان اخیر، خروج از کشور امکان تدریس و فعالیت در زمینه الکترومغناطیس را از بنده سلب نموده است، همواره به دنبال این بودم تا فایل کامل کتاب ”الکترومغناطیس مهندسی: تئوری، کاربردها و روش حل مسأله“ را در اختیار همگان قرار دهم. چنین امری به دلیل مشغله کاری و تا حدی کم توجهی بنده، پیش از این مقدور نشده بود؛ به پیوست نسخه الکترونیک کتاب را با کیفیت اصلی به شما تقدیم می‌کنم. علاوه بر این، پاسخ سئوالات بخش الکترومغناطیس کنکور کارشناسی ارشد سال‌های ۱۳۸۷ تا ۱۳۹۲ که در قالب کتاب ”بانک سوالات مهندسی برق ۸۸-۹۲“ بوسیله انتشارات آزاده چاپ شده بود، به انتهای مجموعه افزوده شده است. چنانچه مطالب این کتاب را مفید یافتید، از پیشنهاد آن به دیگران دریغ نکنید. برای همه خوانندگان این کتاب آرزوی سلامت، سرافرازی و موفقیت دارم.
در درس الکترومغناطیس با کمیتهای فیزیکی مختلفی مواجه خواهیم شد، چگونگی بیان و محاسبه این کمیت‌ها (و بعضاً ارتباط بین آنها) از لوازم اساسی این درس است. از طرفی، می‌دانیم که در حالت کلی کمیتهای فیزیکی به دو دسته اسکالر و برداری تقسیم می‌شوند. کمیتهای اسکالر فقط دارای اندازه بوده و کار با آنها بسیار ساده است، با این حال کمیتهای برداری، علاوه بر اندازه دارای جهت بوده و عملیات انجام شده بر روی آنها از قواعد مرسوم برای کمیتهای اسکالر پیروی نمی‌کنند.
با توجه به اینکه بیشتر کمیتهای الکترومغناطیسی قالبی برداری دارند، در این فصل به بررسی آنالیز برداری خواهیم پرداخت. در ضمنِ فصل، قصد داریم با مرور ساده مطالبی که در درس ریاضیات پایه با آنها آشنا شده‌اید و سپس ارتباط آنها با مباحث فیزیکی، مسیر را برای درک تئوری الکترومغناطیس آماده سازیم. لذا از ذکر مباحث تئوریک و پیچیده ریاضی، خودداری کرده و فقط آنچه را که لازم است، ارائه می‌کنیم. آشنایی با آنالیز برداری اولین مسیر در درک الکترومغناطیس است ولی مهمترین نیست! پس تاکید می‌کنیم که فقط مطالب کاربردی‌ِ آنالیز برداری (که در ضمنِ فصل به آنها اشاره خواهیم کرد) را فرا گرفته و از صرف زمان بیش از حد در این قسمت خودداری کنید.
فهرست :
فصل اول – آنالیز برداری
مقدمه
جمع و تفریق برداری
ضرب بردارها
ضرب عددی یا داخلی
ضرب خارجی
ضرب سه بردار
دستگاه های متعامد
مختصات کارتزین
مختصات استوانه ای
ضریب متریک
تغییرات طول در دستگاه استوانه ای
تغییرات دیفرانسیل سطح
تبدیل مختصات استوانه ای به کارتزین
محاسبه ضریب متریک با استفاده از روش تحلیلی
مختصات کروی
رابطۀ بین بردارهای یکه در دستگاه استوانه ای و کروی
تبدیل مختصات در دستگاه کروی
ضریب متریک
تغییرات طول در دستگاه کروی
تغییرات دیفرانسیل سطح
گرادیان یک میدان عددی
دیورژانس یک میدان برداری
مفهوم فیزیکی دیورژانس در الکترومغناطیس
قضیۀ دیورژانس
کرل یک میدان برداری
تعبیر فیزیکی کرل
چرا دیورژانس نمی تواند منابع برداری را شناسایی و مشخص کند؟
مفهوم فیزیکی کرل در الکترومغناطیس
قضیۀ استوکس
انتگرال هایی شامل توابع برداری
انتگرال مسیر
انتگرال سطح
انتگرال حجم
عملگرهای برداری مکرر
لاپلاسین
لاپلاسین اسکالر
لاپلاسین برداری
دو اتحاد صفر : دسته بندی میدان های برداری
اتحاد Ι
اتحاد ΙΙ
قضیۀ هلم هولتز
توابع برداری کنسرواتیو
تئوری انتگرال گرین
انتگرالهای مهم
مسائل پایان فصل
فصل دوم – الکترواستاتیک
مقدمه
قانون کولن و فرضیات اصلی الکتریسیته ساکن
رهیافت کلی حل مسائل الکترواستاتیک، آرایش های مختلف بار
اصول روش
میدان های ناشی از بار نقطه ای
میدان های ناشی از بار خطی
میدان های ناشی از بار سطحی
میدان های ناشی از بار حجمی
محاسبۀ جهت نهایی میدان
قانون گاوس
چگالی شار الکتریکی
پتانسیل الکتریکی
پتانسیل الکتریکی ناشی از بارهای نقطه ای
پتانسیل الکتریکی ناشی از بارهای خطی
خطوط هم پتانسیل
پتانسیل الکتریکی ناشی از بارهای سطحی
پتانسیل الکتریکی ناشی از بارهای حجمی
بررسی فیزیکی مفهوم پتانسیل الکتریکی در توزیع متقارن کروی
رابطۀ پتانسیل و توزیع بار
هادی ها در میدان الکتریکی ساکن
شرایط مرزی در فصل مشترک هادی– فضای آزاد
دی الکتریک ها در میدان الکتریکی ساکن
توزیع های بار معادل در عایق های قطبیده
چگالی شار الکتریکی و ضریب دی الکتریک
میدان در عایق و قانون گاوس
قطبش متقارن و میدان الکتریکی
هیچ بار آزادی در فضا نباشد
فضا دارای بار آزاد متقارن است
فضا داری بار آزاد غیر متقارن است
شرایط مرزی میدان های الکتریکی ساکن
بررسی شرایط مرزی بردار پلاریزاسیون
شرایط مرزی بردار پلاریزاسیون در صورت وجود بار پلاریزه در مرز
یک شرایط مرزی بردار پلاریزاسیون در عایق های خطی
مقاومت دی الکتریک
دوقطبی معادل
خازن و ظرفیت
روش دیفرانسیلی
تعمیم یافتۀ روش دیفرانسیلی محاسبۀ خازن
انرژی
انرژی بارهای گسسته
انرژی بارهای پیوسته
بررسی فیزیکی تغییر انرژی سیستم های خازنی
چگالی انرژی قطبش
نیرو و گشتاور
نیروی وارد بر واحد سطح هادی
نیرو و گشتاور وارد بر دوقطبی
خطوط میدان الکتریکی
روش کار مجازی برای محاسبۀ نیرو
ضرایب پتانسیل و ظرفیت
ضرایب پتانسیل کره های هادی هم مرکز
ضرایب پتانسیل استوانه های هادی خارج هم
ضرایب پتانسیل کره های هادی خارج هم
محافظت الکتریسیته ساکن
مسائل پایان فصل
فصل سوم – روش های خاص حل مسائل الکترواستاتیک و تئوری جریان های دائم
مقدمه
روش تصویر
روش تصویر در هادی ها
بار نقطه ای و صفحات هادی
دوقطبی و صفحۀ هادی
بار خطی و استوانۀ هادی و موازی
بار نقطه ای و کره هادی
بار نقطه ای و کره هادی زمین شده
بار نقطه ای و کره هادی با پتانسیل مشخص
بار نقطه ای و کره هادی با میزان بار مشخص
بار سطحی کروی و کره هادی
کره باردار و صفحۀ زمین شده
موارد ترکیبی
تئوری تصاویر در عایق ها
بار نقطه ای و فضای عایق
قضیۀ اول
قضیۀ دوم
قضیۀ سوم
بار نقطه ای و کره عایق
قضیۀ هم پاسخی گرین
بیان اول قضیۀ هم پاسخی
بیان دوم قضیۀ هم پاسخی
معادلات لاپلاس و پواسون
اصل یکتایی جواب
معادلات لاپلاس در دستگاه های متعامد
حل معادله لاپلاس یک متغیره
دو هادی مسطح موازی
دو استوانۀ هم محور
دو نیم صفحه با لبۀ مشترک
دو کره هم مرکز
دو مخروط هم محور و هم راس
حل معادلۀ لاپلاس در دو بعد
حل معادلۀ لاپلاس دو بعدی در دستگاه کارتزین
حل معادلۀ لاپلاس دوبعدی در دستگاه استوانه ای
حل معادلۀ لاپلاس دوبعدی در دستگاه کروی
حل معادلۀ لاپلاس در سه بعد
تئوری نقطۀ میانی
تئوری جریان های الکتریکی دائم
انواع جریان های الکتریکی
چگالی های جریان
جریان های ناشی از حرکت بار= جریان های انتقالی
جریان های دائم
رسانندگی
توان اتلافی
شرایط مرزی چگالی جریان
مقاومت
شروع با پتانسیل
شروع با جریان
استفاده از روش دیفرانسیلی
استفاده از ظرفیت خازنی برای محاسبۀ مقاومت و بر عکس
سیستم های مقاومتی خازنی
اصل بقای بار و معادلۀ پیوستگی
مسائل پایان فصل
فصل چهارم – مغناطیس ساکن
مقدمه
اصول موضوعی مغناطیس ساکن در فضای آزاد
قانون بیوساوار
میدان های ناشی از توزیع جریان های خطی
میدان های ناشی از توزیع جریان های سطحی
میدان ناشی از یک صفحۀ بی نهایت حامل جریان
حل توزیع های خطی با توزیع های سطحی
میدان های ناشی از توزیع جریان های حجمی
قانون مداری آمپر و کاربردهای آن
شار مغناطیسی
پتانسیل مغناطیسی برداری
استفاده از تناظر بین الکترواستاتیک و مغناطیس برای محاسبۀ پتانسیل
استفاده از معادلات لاپلاس و نتایج آن برای محاسبۀ پتانسیل مغناطیسی
استفاده از میدان و حل پواسون برداری برای محاسبۀ پتانسیل مغناطیسی
استفاده از میدان مغناطیسی برای محاسبۀ پتانسیل مغناطیسی
دوقطبی مغناطیسی
مغناطیس شدگی و چگالی های جریان معادل
مغناطیس شدگی
چگالی های جریان معادل
شدت میدان مغناطیسی و نفوذ پذیری نسبی
پتانسیل مغناطیسی اسکالر و چگالی های بار مغناطیسی معادل
انواع مواد مغناطیسی و چگونگی تغییر خواص آنها در حضور میدان
شرایط مرزی میدان های مغناطیسی ساکن
دو کاربرد ابزاری از مغناطیسی ساکن
اندوکتانس
اندوکتانس خودی
اندوکتانس متقابل
مدار مغناطیسی
روش رلوکتانسی
قانون مداری آمپر
انرژی مغناطیسی
نیروی مغناطیسی
نیروی مغناطیسی وارد بر بار متحرک
نیروی مغناطیسی وارد بر سیستم حامل جریان
نیروی مغناطیسی وارد بر اجسام
گشتاور مغناطیسی
دوگانی بین الکترواستاتیک و مغناطیس ساکن
مسائل پایان فصل
فصل پنجم میدان های متغیر با زمان
مقدمه
قانون اول: قانون القای فارادی
هادی متحرک در میدان مغناطیسی ساکن
قانون دوم ماکسول
دیگر معادلات ماکسول
ولتاژهای القایی در مدارهای مغناطیسی
مسائل پایان فصل
پیوست نمونه سوالات کنکور کارشناسی ارشد سال ۱۳۹۰