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旋電場

2021-05-05 23:27:24 字數 5296 閱讀 8122

1樓:匿名使用者

靜止電荷產生的電場是無旋的,也就是平常的電場,有一個標量電勢。你在這樣的電場中轉一圈,電勢變化為零。

變化磁場產生的電場就不這樣,它是有旋度的。或者說,繞此電場轉一圈,電勢變化非零。這樣,電勢的定義就失效了,或者說,是不完全的,因為他不能完全描述這樣的電場。

以後你還會學到矢勢,它和標勢共同描述有旋場。

形象的說,簡單的有旋場電場線中存在閉合的曲線。

均勻變化的勻強磁場,垂直磁場的平面內有環繞磁感線的圓形感生電場

2樓:

變化的磁場激起變化的電場(即渦旋電場),變化的電場再變化的磁場,這樣迴圈,向外散播,形成電磁波

誰能解釋一下《麥克斯韋電磁場理論》。

3樓:匿名使用者

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旋電場,變化的電場可以激發渦旋磁場;電場和磁場不是彼此孤立的,它們相互聯絡、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)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,而感應電場是渦旋場,它的電位移線是閉合的,對封閉曲面的通量無貢獻。

(2)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,它們的磁場都是渦旋場,磁感應線都是閉合線,對封閉曲面的通量無貢獻。

(3)描述了變化的磁場激發電場的規律。

(4)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,具體推導的話要用到微積分,高中沒學很難理解,我給你把涉及到的方程寫出來,並做個解釋,你要是還不明白的話也不用著急,等上了大學學了微積分就都能看懂了:

1. 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。

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

3.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。

4.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。

麥克斯韋電磁場方程的具體內容是什麼?

4樓:匿名使用者

麥克斯韋方程組 maxwell's equation

麥克斯韋方程組是麥克斯韋(james clerk maxwell)建立的描述電場與磁場的四個方程。

方程組的微分形式,通常稱為麥克斯韋方程。 在麥克斯韋方程組中,電場和磁場已經成為一個不可分割的整體。該方程組系統而完整地概括了電磁場的基本規律,並預言了電磁波的存在。

麥克斯韋提出的渦旋電場和位移電流假說的核心思想是:變化的磁場可以激發渦旋電場,變化的電場可以激發渦旋磁場;電場和磁場不是彼此孤立的,它們相互聯絡、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。

麥克斯韋方程組在電磁學中的地位,如同牛頓運動定律在力學中的地位一樣。以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論,是經典物理學最引以自豪的成就之一。它所揭示出的電磁相互作用的完美統一,為物理學家樹立了這樣一種信念:

物質的各種相互作用在更高層次上應該是統一的。另外,這個理論被廣泛地應用到技術領域。

歷史背景

2023年,關於電磁現象的三個最基本的實驗定律:庫侖定律(2023年),安培—畢奧—薩伐爾定律(2023年),法拉第定律(1831-2023年)已被總結出來,法拉第的「電力線」和「磁力線」概念已發展成「電磁場概念」。

場概念的產生,也有麥克斯韋的一份功勞,這是當時物理學中一個偉大的創舉,因為正是場概念的出現,使當時許多物理學家得以從牛頓「超距觀念」的束縛中擺脫出來,普遍地接受了電磁作用和引力作用都是「近距作用」的思想。

2023年至2023年,麥克斯韋在全面地審視了庫侖定律、安培—畢奧—薩伐爾定律和法拉第定律的基礎上,把數學分析方法帶進了電磁學的研究領域,由此導致麥克斯韋電磁理論的誕生。

積分形式

麥克斯韋方程組的積分形式:

這是2023年前後,麥克斯韋提出的表述電磁場普遍規律的四個方程。

其中:(1)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,而感應電場是渦旋場,它的電位移線是閉合的,對封閉曲面的通量無貢獻。

(2)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,它們的磁場都是渦旋場,磁感應線都是閉合線,對封閉曲面的通量無貢獻。

(3)描述了變化的磁場激發電場的規律。

(4)描述了變化的電場激發磁場的規律。

變化場與穩恆場的關係:當時,

方程組就還原為靜電場和穩恆磁場的方程:

在沒有場源的自由空間,即q=0, i=0,方程組就成為如下形式:

麥克斯韋方程組的積分形式反映了空間某區域的電磁場量(d、e、b、h)和場源(電荷q、電流i)之間的關係。

微分形式

麥克斯韋方程組微分形式:在電磁場的實際應用中,經常要知道空間逐點的電磁場量和電荷、電流之間的關係。從數學形式上,就是將麥克斯韋方程組的積分形式化為微分形式。

利用向量分析方法,可得:

注意:(1)在不同的慣性參照系中,麥克斯韋方程有同樣的形式。

(2) 應用麥克斯韋方程組解決實際問題,還要考慮介質對電磁場的影響。例如在各向同性介質中,電磁場量與介質特性量有下列關係:

在非均勻介質中,還要考慮電磁場量在介面上的邊值關係。在利用t=0時場量的初值條件,原則上可以求出任一時刻空間任一點的電磁場,即e(x,y,z,t)和b(x,y,z,t)。

科學意義

(一)經典場論是19世紀後期麥克斯韋在總結電磁學三大實驗定律並把它與力學模型進行類比的基礎上創立起來的。但麥克斯韋的主要功績恰恰是他能夠跳出經典力學框架的束縛:在物理上以"場"而不是以"力"作為基本的研究物件,在數學上引入了有別於經典數學的向量偏微分運算子。

這兩條是發現電磁波方程的基礎。這就是說,實際上麥克斯韋的工作已經衝破經典物理學和經典數學的框架,只是由於當時的歷史條件,人們仍然只能從牛頓的經典數學和力學的框架去理解電磁場理論。

現代數學,h空間中的數學分析是在19世紀與20世紀之交的時候才出現的。而量子力學的物質波的概念則在更晚的時候才被發現,特別是對於現代數學與量子物理學之間的不可分割的數理邏輯聯絡至今也還沒有完全被人們所理解和接受。從麥克斯韋建立電磁場理論到現在,人們一直以歐氏空間中的經典數學作為求解麥克斯韋方程組的基本方法。

(二) 我們從麥克斯韋方程組的產生,形式,內容和它的歷史過程中可以看到:第一,物理物件是在更深的層次上發展成為新的公理表達方式而被人類所撐握,所以科學的進步不會是在既定的前提下演進的,一種新的具有認識意義的公理體系的建立才是科學理論進步的標誌。第二,物理物件與對它的表達方式雖然是不同的東西,但如果不依靠合適的表達方法就無法認識到這個對 象的"存在"。

由此,第三,我們正在建立的理論將決定到我們在何種層次的意義上使我們的物件成為物理事實,,這正是現代最前沿的物理學所給我們帶來的困惑。

(三) 麥克斯韋方程組揭示了電場與磁場相互轉化中產生的對稱性優美,這種優美以現代數學形式得到充分的表達。但是,我們一方面應當承認,恰當的數學形式才能充分展示經驗方法中看不到的整體性(電磁對稱性),但另一方面,我們也不應當忘記,這種對稱性的優美是以數學形式反映出來的電磁場的統一本質。因此我們應當認識到應在數學的表達方式中"發現"或"看出" 了這種對稱性,而不是從物理數學公式中直接推演出這種本質。

5樓:匿名使用者

麥克斯韋方程組

關於靜電場和穩恆磁場的基本規律,可總結歸納成以下四條基本定理:

靜電場的高斯定理:

靜電場的環路定理:

穩恆磁場的高斯定理:

磁場的安培環路定理:

上述這些定理都是孤立地給出了靜電場和穩恆磁場的規律,對變化電場和變化磁場並不適用。

麥克斯韋在穩恆場理論的基礎上,提出了渦旋電場和位移電流的概念:

1. 麥克斯韋提出的渦旋電場的概念,揭示出變化的磁場可以在空間激發電場,並通過法拉第電磁感應定律得出了二者的關係,即

上式表明,任何隨時間而變化的磁場,都是和渦旋電場聯絡在一起的。

2. 麥克斯韋提出的位移電流的概念,揭示出變化的電場可以在空間激發磁場,並通過全電流概念的引入,得到了一般形式下的安培環路定理在真空或介質中的表示形式,即

上式表明,任何隨時間而變化的電場,都是和磁場聯絡在一起的。

綜合上述兩點可知,變化的電場和變化的磁場彼此不是孤立的,它們永遠密切地聯絡在一起,相互激發,組成一個統一的電磁場的整體。這就是麥克斯韋電磁場理論的基本概念。

在麥克斯韋電磁場理論中,自由電荷可激發電場 ,變化磁場也可激發電場 ,則在一般情況下,空間任一點的電場強度應該表示為

又由於,穩恆電流可激發磁場 ,變化電場也可激發磁場 ,則一般情況下,空間任一點的磁感強度應該表示為

因此,在一般情況下,電磁場的基本規律中,應該既包含穩恆電、磁場的規律,如方程組(1),也包含變化電磁場的規律,

根據麥克斯韋提出的渦旋電場和位移電流的概念,變化的磁場可以在空間激發變化的渦旋電場,而變化的電場也可以在空間激發變化的渦旋磁場。因此,電磁場可以在沒有自由電荷和傳導電流的空間單獨存在。變化電磁場的規律是:

1.電場的高斯定理 在沒有自由電荷的空間,由變化磁場激發的渦旋電場的電場線是一系列的閉合曲線。通過場中任何封閉曲面的電位移通量等於零,故有:

2.電場的環路定理 由本節公式(2)已知,渦旋電場是非保守場,滿足的環路定理是

3.磁場的高斯定理 變化的電場產生的磁場和傳導電流產生的磁場相同,都是渦旋狀的場,磁感線是閉合線。因此,磁場的高斯定理仍適用,即

4.磁場的安培環路定理 由本節公式(3)已知,變化的電場和它所激發的磁場滿足的環路定理為

在變化電磁場的上述規律中,電場和磁場成為不可分割的一個整體。

將兩種電、磁場的規律合併在一起,就得到電磁場的基本規律,稱之為麥克斯韋方程組,表示如下

上述四個方程式稱為麥克斯韋方程組的積分形式。

將麥克斯韋方程組的積分形式用高等數學中的方法可變換為微分形式。微分形式的方程組如下

上面四個方程可逐一說明如下:在電磁場中任一點處

(1)電位移的散度 等於該點處自由電荷的體密度 ;

(2)電場強度的旋度 等於該點處磁感強度變化率 的負值;

(3)磁場強度的旋度 等於該點處傳導電流密度 與位移電流密度 的向量和;

(4)磁感強度的散度 處處等於零。

麥克斯韋方程是巨集觀電磁場理論的基本方程,在具體應用這些方程時,還要考慮到介質特性對電磁場的影響,

即 ,以及歐姆定律的微分形式 。

方程組的微分形式,通常稱為麥克斯韋方程。

在麥克斯韋方程組中,電場和磁場已經成為一個不可分割的整體。該方程組系統而完整地概括了電磁場的基本規律,並預言了電磁波的存在。

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麥克斯韋方程組的積分和微分形式的詳細推導過程

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