麥克斯韋方程組的積分和微分形式(麥克斯韋方程組)
哈嘍,小天來(lái)為大家解答以下的問(wèn)題,關(guān)于麥克斯韋方程組的積分和微分形式,麥克斯韋方程組這個(gè)很多人還不知道,那么現(xiàn)在讓我?guī)е蠹乙黄饋?lái)看看吧!
描述電磁場(chǎng)性質(zhì)、特征和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一組方程。
19世紀(jì)中葉,描述電磁現(xiàn)象的基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律:庫(kù)侖定律、畢-薩-拉定律、安培定律、歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等已經(jīng)先后得出,建立統(tǒng)一電磁理論的課題擺在了物理學(xué)家面前。
以W.韋伯、F.E.諾埃曼為代表的超距作用電磁理論把各種電磁作用歸結(jié)為庫(kù)侖力和運(yùn)動(dòng)電荷之間的作用力(韋伯力),認(rèn)為是超越空間無(wú)需媒質(zhì)傳遞也無(wú)需傳遞時(shí)間的直接作用 。
這種理論雖然統(tǒng)一地解釋了靜電現(xiàn)象、電流相互作用和電磁感應(yīng),但是既未能提出任何有價(jià)值的預(yù)言,又存在機(jī)制上的根本困難,終于成為歷史的遺跡。
J.C.麥克斯韋繼承了M.法拉第的近距作用觀點(diǎn),認(rèn)為電磁作用是以場(chǎng)為媒介傳遞的,需要傳遞時(shí)間,把客觀存在的場(chǎng)作為研究對(duì)象,從而開(kāi)辟了物理學(xué)研究的新天地。
麥克斯韋審查了當(dāng)時(shí)已知的全部電磁學(xué)定律、定理的基礎(chǔ),提取了其中帶有普遍意義的內(nèi)容,拓寬了它們的成立條件。
麥克斯韋提出了有旋電場(chǎng)的概念和位移電流的假設(shè),揭示了電磁場(chǎng)的內(nèi)在聯(lián)系和相互依存,完成了建立電磁場(chǎng)理論的關(guān)鍵性突破。
麥克斯韋熟練地運(yùn)用了當(dāng)時(shí)正在發(fā)展的矢量分析,找到了表述電磁場(chǎng) (空間連續(xù)分布的客體)的適當(dāng)數(shù)學(xué)工具 。
1865年麥克斯韋終于建立了包括電荷守恒定律、介質(zhì)方程以及電磁場(chǎng)方程在內(nèi)的完備方程組。
后經(jīng)H.R.赫茲、O.亥維賽、H.A.洛倫茲等人進(jìn)一步的加工,得出了下述電磁場(chǎng)方程組——麥克斯韋方程組 (采用國(guó)際單位制):式中左、右列分別是方程組的積分、微分形式;E、B、D、H分別是描述電場(chǎng)(指帶電體產(chǎn)生的電場(chǎng)與變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的有旋電場(chǎng)之和)和磁場(chǎng)(指電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與變化電場(chǎng)即位移電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)之和)的電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電位移、磁場(chǎng)強(qiáng)度;q、ρ為自由電荷、自由電荷體密度;I、J為傳導(dǎo)電流強(qiáng)度和傳導(dǎo)電流密度。
四個(gè)公式分別是電場(chǎng)、磁場(chǎng)的高斯定理、電磁感應(yīng)定律以及安培環(huán)路定理。
成立條件拓寬了,最為關(guān)鍵的是第四式中補(bǔ)充了位移電流密度項(xiàng)。
和E、B和H、J和E的關(guān)系稱(chēng)為介質(zhì)方程,對(duì)于線(xiàn)性各向同性介質(zhì),介質(zhì)方程為:式中ε、μ、σ分別是介質(zhì)的電容率 (介電常量)、磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率。
介質(zhì)方程與上述電磁場(chǎng)方程組聯(lián)立,構(gòu)成完備的方程組。
麥克斯韋方程組關(guān)于電磁波等的預(yù)言為實(shí)驗(yàn)所證實(shí),證明了位移電流假設(shè)和電磁場(chǎng)理論的正確性。
這個(gè)電磁場(chǎng)理論對(duì)電磁學(xué)、光學(xué)、材料科學(xué)以及通訊、廣播、電視等等的發(fā)展都產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響。
它是物理學(xué)中繼牛頓力學(xué)之后的又一偉大成就。
關(guān)于靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)的基本規(guī)律,可總結(jié)歸納成以下四條基本定理: 靜電場(chǎng)的高斯定理: 靜電場(chǎng)的環(huán)路定理: 穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理: 磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理: 上述這些定理都是孤立地給出了靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)的規(guī)律,對(duì)變化電場(chǎng)和變化磁場(chǎng)并不適用。
麥克斯韋在穩(wěn)恒場(chǎng)理論的基礎(chǔ)上,提出了渦旋電場(chǎng)和位移電流的概念: 1. 麥克斯韋提出的渦旋電場(chǎng)的概念,揭示出變化的磁場(chǎng)可以在空間激發(fā)電場(chǎng),并通過(guò)法拉第電磁感應(yīng)定律得出了二者的關(guān)系,即 上式表明,任何隨時(shí)間而變化的磁場(chǎng),都是和渦旋電場(chǎng)聯(lián)系在一起的。
2. 麥克斯韋提出的位移電流的概念,揭示出變化的電場(chǎng)可以在空間激發(fā)磁場(chǎng),并通過(guò)全電流概念的引入,得到了一般形式下的安培環(huán)路定理在真空或介質(zhì)中的表示形式,即 上式表明,任何隨時(shí)間而變化的電場(chǎng),都是和磁場(chǎng)聯(lián)系在一起的。
綜合上述兩點(diǎn)可知,變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)彼此不是孤立的,它們永遠(yuǎn)密切地聯(lián)系在一起,相互激發(fā),組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)的整體。
這就是麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本概念。
本文分享完畢,希望對(duì)大家有所幫助。
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