전자기학의 명문 시라큐스 대학교의

명쾌한 전자기학 강의를 국내에서 만난다!

【누구를 위한 책인가?】

이 책의 원서는 저자가 10여 년 전부터 집필하기 시작해 매년 강의를 하며 내용을 다듬고, 수차례 검증을 하여 출간되었다. 현재 미국 시라큐스 대학교(Syracuse University)의 전자기학 교재로 사용되고 있다. 저자는 어렵지만 중요한 전자기학 이론들과 개념들을 빠뜨리지 않으면서도 학생들이 쉽게 이해할 수 있는 방법을 찾으려고 노력했다. 그 결과로 엄선한 다양한 예제들과 중요한 내용을 간추려 정리한 표, 정해진 방법 외의 여러 가지 해석 방식을 제시함으로써 학생들로 하여금 방대하고 어려운 전자기학의 개념들을 명확하게 이해하고 응용하는 능력을 갖출 수 있게 했다.

또한 이 책에는 다른 책에서는 좀처럼 볼 수 없는 전자기학 분야의 큰 인물들의 일대기와 전자기학 기본 이론의 발견에 얽힌 이야기가 담겨 있다. 이야기를 읽다 보면 어렵게만 보이던 이론의 배경을 이해할 수 있을 뿐만 아니라 과학자들의 삶을 통해 학문에 임하는 자세를 배울 수 있을 것이다.

【무엇을 다루는가?】

Chapter 01 벡터 해석

1.1｜개요

   1.1.1 깁스와 벡터 해석의 발전

1.2｜벡터 대수

   1.2.1 벡터의 기본 연산

   1.2.2 직각 좌표계에서의 벡터 대수

   1.2.3 삼중곱

1.3｜좌표계

   1.3.1 좌표계의 구성

   1.3.2 미소길이, 미소면적, 미소부피

   1.3.3 좌표계 변환

   1.3.4 벡터함수의 적분

1.4｜벡터 미적분

   1.4.1 정의

   1.4.2 기울기(Gradient)

   1.4.3 발산(Divergence)

   1.4.4 회전(Curl)

   1.4.5 발산 정리와 스토크스 정리(Divergence Theorem and Stokes’ Theorem)

   1.4.6 벡터 항등식

   1.4.7 고차 벡터 미분 함수

1.5｜헬름홀츠 정리(Helmholtz’s Theorem)

   : : 연습문제

Chapter 02 정전기장과 전위

2.1｜개요

2.2｜전하

2.3｜정전기장의 기본 법칙

2.4｜쿨롱과 쿨롱 법칙의 발견

2.5｜가우스 법칙(Gauss’ Law)

2.6｜임의의 전하분포가 만드는 전기장

2.7｜스칼라 전위 V (Scalar Electric Potential)

2.8｜임의의 전하분포가 만드는 전위

2.9｜도체(Conductor)

2.10｜전기 쌍극자(Electric Dipole)

   : : 연습문제

Chapter 03 유전체

3.1｜개요

3.2｜편극(Polarization)

3.3｜편극된 유전체의 전기장

3.4｜변위벡터 D

3.5｜경계조건(Boundary Conditions)

3.6｜커패시턴스(Capacitance)

3.7｜프랭클린과 전기학

3.8｜전기장 안에 놓인 도체에 작용하는 힘

3.9｜정전기장 속의 에너지와 힘

   3.9.1 점전하 모임의 에너지

   3.9.2 연속전하분포의 에너지

   3.9.3 에너지로 표현된 힘과 돌림힘

   : : 연습문제

Chapter 04 특수한 풀이법

4.1｜개요

4.2｜라플라스 방정식과 푸아송 방정식

   4.2.1 1차원 라플라스 방정식

   4.2.2 유일성 정리(Uniqueness Theorem)

   4.2.3 라플라스

4.3｜영상법(Method of Images)

   4.3.1 도체판 근처에 놓여 있는 점전하

   4.3.2 원통 도체 근처에 나란히 놓여 있는 선전하

   4.3.3 접지된 도체 구 근처에 놓여 있는 점전하

4.4｜변수 분리법(Method of Separation of Variables)

   4.4.1 직각 좌표계에서의 경계값 문제

   4.4.2 원통 좌표계에서의 경계값 문제

   4.4.3 구 좌표계에서의 경계값 문제

   : : 연습문제

Chapter 05 정상전류와 전도성 물질

5.1｜개요

5.2｜전류(Electric Current)

5.3｜연속방정식(Equation of Continuity)

5.4｜옴의 법칙과 전도성 물질

5.5｜옴과 옴의 법칙의 발견

5.6｜전력 : 줄의 법칙

5.7｜완화시간(Relaxation Time)

5.8｜정상전류의 경계조건

5.9｜커패시턴스와 저항 사이의 관계

   : : 연습문제

Chapter 06 정자기장

6.1｜개요

6.2｜자기장

6.3｜정자기학의 기본 법칙

6.4｜암페어 법칙(Ampere’s Law)

6.5｜임의의 전류분포가 만드는 자기장 : 자기 벡터 퍼텐셜과 비오-사바르 법칙

6.6｜자기 쌍극자(Magnetic Dipole)

6.7｜자기장 속에 놓여 있는 전류가 받는 힘과 돌림힘

6.8｜암페어의 힘 법칙

6.9｜앙페르와 정상전류의 자기장

6.10｜홀 효과

   : : 연습문제

Chapter 07 물질 속의 정자기장

7.1｜개요

7.2｜자화(Magnetization)

7.3｜자화된 물질의 자기장 B

7.4｜자기장 H

7.5｜경계조건

7.6｜인덕턴스(Inductance)

7.7｜헨리와 자기유도의 발견

7.8｜자기 에너지

7.9｜자기력과 돌림힘

7.10｜자성체

   : : 연습문제

Chapter 08 시변 전자기장 : 패러데이 법칙과 맥스웰 방정식

8.1｜개요

8.2｜정전기학 법칙과 정자기학 법칙 : 요약

8.3｜패러데이 법칙(Faraday’s Law)

   8.3.1 패러데이 법칙의 일반형

   8.3.2 자기장 속의 움직임의 영향

   8.3.3 패러데이 법칙의 적분형과 회로형

   8.3.4 렌츠의 법칙

8.4｜패러데이의 유명한 실험들

8.5｜맥스웰 방정식(Maxwell’s Equations)

   8.5.1 변위전류(Displacement Current)

   8.5.2 맥스웰 방정식

   8.5.3 파동방정식(전자기파)

   8.5.4 맥스웰(James Clerk Maxwell)

8.6｜시변 전자기장에 대한 경계조건

8.7｜전자기 전력의 흐름 : 포인팅 정리(Poynting Theorem)

   : : 연습문제

Chapter 09전자기파

9.1｜개요

9.2｜원천이 없는 영역에서의 파동방정식(Wave Equation)

   9.2.1 1차원 파동방정식

9.3｜시간조화 전자기장(Time-Harmonic Electromagnetic Fields)

   9.3.1 시간조화 전자기장의 페이저 표현

   9.3.2 시간조화 전자기장에 대한 맥스웰 방정식

   9.3.3 복소 포인팅 정리 : 실제 전력 흐름

9.4｜손실이 없는 매질에서의 균일 평면파(Uniform Plane Wave)

   9.4.1 임의의 방향으로 전파하는 균일 평면파

9.5｜손실이 있는 매질에서의 균일 평면파

   9.5.1 파의 감쇠(Attenuation of Waves)

   9.5.2 양호한 유전체 대 양호한 도체

9.6｜파의 분산(Dispersion of Waves) : 군속도(Group Velocity)

9.7｜전자기파의 편파(Polarization of Waves)

   : : 연습문제

Chapter 10 전자기파의 반사와 투과

10.1｜개요

10.2｜유전체 경계면에 수직으로 입사하는 전자기파

10.3｜유전체 경계면에 비스듬히 입사하는 전자기파

   10.3.1 수직 편파(Perpendicular Polarization)

   10.3.2 평행 편파(Parallel Polarization)

10.4｜전반사(Total Internal Reflection)

10.5｜브루스터 각(Brewster’s Angle)

10.6｜완전도체에서의 반사 : 정지파(Standing Wave)

   : : 연습문제

Chapter 11 도파관과 공진기와 전송선로

11.1｜개요

11.2｜균일 도파로의 해석 방법

11.3｜평행판 도파로(Parallel-Plate Waveguide)

   11.3.1 TM 모드 해

   11.3.2 TE 모드 해

11.4｜직사각형 도파관(Rectangular Waveguide)

   11.4.1 전자기장의 일반해

   11.4.2 TM 모드 해

   11.4.3 TE 모드 해

11.5｜직사각형 공동 공진기(Rectangular Cavity Resonator)

   11.5.1 TM 모드 해

   11.5.2 TE 모드 해

   11.5.3 공동 공진기의 품질계수(Quality Factor)

11.6｜동축 케이블(Coaxial Cable)

   11.6.1 TEM 모드 해

11.7｜전송선로(Transmission Lines)

   11.7.1 전송선로 방정식 : 집중회로 모형

   11.7.2 장 이론에서 유도하는 전송선로 방정식

   11.7.3 전송선로 회로 파라미터

   11.7.4 부하가 연결된 유한한 길이의 전송선로

   : : 연습문제

Chapter 12 방사와 안테나

12.1｜개요

12.2｜퍼텐셜 공식 : 방사 문제 풀이법

   12.2.1 지연 퍼텐셜(Retarded Potential)

   12.2.2 시간조화장에 대한 지연 벡터 퍼텐셜

   12.2.3 안테나 전자기장 구하기

12.3｜기본 쌍극자 안테나 : 헤르츠 쌍극자(Hertzian Dipole)

   12.3.1 헤르츠 쌍극자의 방사 전자기장

   12.3.2 헤르츠 쌍극자의 근거리장

12.4｜선형 안테나 : 긴 쌍극자(Linear Dipole Antenna)

   12.4.1 반 파장 쌍극자

12.5｜안테나 배열(Antenna Arrays)

   12.5.1 2소자 배열

   12.5.2 균일 선형 배열

   : : 연습문제

Appendix A｜자주 사용하는 기호와 단위

Appendix B｜벡터 해석 표와 전자기학 법칙

Appendix C｜참고문헌