電磁理論

電磁理論

自人們發現電現象、磁現象、電磁感應現象以來,對電、磁和電磁感應現象進行了深入廣泛的研究,發現了電磁之間的關係及其規律,形成了完整、系統的電磁理論。電磁理論促進了科學技術的發展,有力的推動了社會的進步。電磁理論認為:變化著的電場伴隨變化著的磁場,變化著的磁場也伴隨變化著的電場。

定義

麥克斯韋電磁理論基礎的電學和磁學的經驗定律包括:靜電學的庫侖定律,涉及磁性的定律,關於電流的磁性的安培定律,法拉第電磁感應定律。麥克斯韋把這四個定律予以綜合,導出麥克斯韋方程,該方程預言:變化的電磁場以波的形式向空間傳播。

核心思想

麥克斯韋電磁場理論的核心思想是:變化的磁場可以激發渦鏇電場,變化的電場可以激發渦鏇磁場;電場和磁場不是彼此孤立的,它們相互聯繫、相互激發組成一個統一的電磁場。麥克斯韋進一步將電場和磁場的所有規律綜合起來,建立了完整的電磁場理論體系。這個電磁場理論體系的核心就是麥克斯韋方程組。

麥克斯韋方程組是由四個微分方程構成:

(1)∇·E=ρ/ε描述了電場的性質。在一般情況下,電場可以是庫侖電場也可以是變化磁場激發的感應電場,而感應電場是渦鏇場,它的電位移線是閉合的,對封閉曲面的通量無貢獻。

(2)∇·B=0,描述了磁場的性質。磁場可以由傳導電流激發,也可以由變化電場的位移電流所激發,它們的磁場都是渦鏇場,磁感應線都是閉合線,對封閉曲面的通量無貢獻。

(3)∇×E=-∂B/∂t,描述了變化的磁場激發電場的規律。

(4)∇×B=μJ+1/c *∂E/∂t (c =1/με),描述了變化的電場激發磁場的規律。

麥克斯韋方程都是用微積分表述的,涉及到的方程包括:

1.高斯定理,穿過任意閉合面的電位移通量,等於該閉合面內部的總電荷量。麥克斯韋:電位移的散度等於電荷密度。

2.磁通連續性定理,即磁力線永遠是閉合的,磁場沒有標量的源,麥克斯韋表述是:對磁感應強度求散度為零。

3.法拉第電磁感應定律,即電磁場互相轉化,電場強度的鏇度等於磁感應強度對時間的負偏導。

4.安培環路定理,就是磁場強度沿任意迴路的環量等於環路所包圍電流的代數和。

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