麥克斯韋方程組的歷史地位與應用誰幫我解釋一下麥克斯韋方程組的意義及實際應用

2021-03-05 09:21:41 字數 5780 閱讀 5286

1樓:

[4] 與此文有關的觀點可以參見周劍銘「中國傳統文化的二個難題與中西文化的命運」和「論中國思想」系列文章。

2樓:百度使用者

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。

麥克斯韋在穩恒場理論的基礎上,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,組成乙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乙個整體。

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乙個不可分割的整體。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。

應用麥克斯韋方程組

maxwell's equations

描述電磁場性質、特徵和運動規律的一組方程。19世紀中葉,描述電磁現象的基本實驗規律:庫侖定律、畢-薩-拉定律、安培定律、歐姆定律、法拉第電磁感應定律等已經先後得出,建立統一電磁理論的課題擺在了物理學家面前。

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為庫侖力和運動電荷之間的作用力(韋伯力),認為是超越空間無需媒質傳遞也無需傳遞時間的直接作用 。這種理論雖然統一地解釋了靜電現象、電流相互作用和電磁感應,但是既未能提出任何有價值的預言,又存在機制上的根本困難,終於成為歷史的遺跡。

j.c.麥克斯韋繼承了m.

法拉第的近距作用觀點,認為電磁作用是以場為媒介傳遞的,需要傳遞時間,把客觀存在的場作為研究物件,從而開闢了物理學研究的新天地。麥克斯韋審查了當時已知的全部電磁學定律、定理的基礎,提取了其中帶有普遍意義的內容,拓寬了它們的成立條件。麥克斯韋提出了有旋電場的概念和位移電流的假設,揭示了電磁場的內在聯絡和相互依存,完成了建立電磁場理論的關鍵性突破。

麥克斯韋熟練地運用了當時正在發展的向量分析,找到了表述電磁場 (空間連續分布的客體)的適當數學工具 。2023年麥克斯韋終於建立了包括電荷守恆定律、介質方程以及電磁場方程在內的完備方程組。後經h.

r.赫茲、o.亥維賽、h.

a.洛倫茲等人進一步的加工,得出了下述電磁場方程組——麥克斯韋方程組 (採用國際單位制):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(指帶電體產生的電場與變化磁場產生的有旋電場之和)和磁場(指電流產生的磁場與變化電場即位移電流產生的磁場之和)的電場強度、磁感應強度、電位移、磁場強度;q、ρ為自由電荷、自由電荷體密度;i、j為傳導電流強度和傳導電流密度。

四個公式分別是電場、磁場的高斯定理、電磁感應定律以及安培環路定理。成立條件拓寬了,最為關鍵的是第四式中補充了位移電流密度項。

和e、b和h、j和e的關係稱為介質方程,對於線性各向同性介質,介質方程為:式中ε、μ、σ分別是介質的電容率 (介電常量)、磁導率和電導率。介質方程與上述電磁場方程組聯立,構成完備的方程組。

麥克斯韋方程組關於電磁波等的預言為實驗所證實,證明了位移電流假設和電磁場理論的正確性。這個電磁場理論對電磁學、光學、材料科學以及通訊、廣播、電視等等的發展都產生了廣泛而深遠的影響。它是物理學中繼牛頓力學之後的又一偉大成就。

參考資料

誰幫我解釋一下麥克斯韋方程組的意義及實際應用 20

3樓:神州傲

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。

麥克斯韋在穩恒場理論的基礎上,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,組成乙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乙個整體。

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乙個不可分割的整體。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。

麥克斯韋方程組及其應用?

4樓:砂鍋修補匠

maxwell's equations

描述電磁場性質、特徵和運動規律的一組方程。19世紀中葉,描述電磁現象的基本實驗規律:庫侖定律、畢-薩-拉定律、安培定律、歐姆定律、法拉第電磁感應定律等已經先後得出,建立統一電磁理論的課題擺在了物理學家面前。

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為庫侖力和運動電荷之間的作用力(韋伯力),認為是超越空間無需媒質傳遞也無需傳遞時間的直接作用 。這種理論雖然統一地解釋了靜電現象、電流相互作用和電磁感應,但是既未能提出任何有價值的預言,又存在機制上的根本困難,終於成為歷史的遺跡。

j.c.麥克斯韋繼承了m.

法拉第的近距作用觀點,認為電磁作用是以場為媒介傳遞的,需要傳遞時間,把客觀存在的場作為研究物件,從而開闢了物理學研究的新天地。麥克斯韋審查了當時已知的全部電磁學定律、定理的基礎,提取了其中帶有普遍意義的內容,拓寬了它們的成立條件。麥克斯韋提出了有旋電場的概念和位移電流的假設,揭示了電磁場的內在聯絡和相互依存,完成了建立電磁場理論的關鍵性突破。

麥克斯韋熟練地運用了當時正在發展的向量分析,找到了表述電磁場 (空間連續分布的客體)的適當數學工具 。2023年麥克斯韋終於建立了包括電荷守恆定律、介質方程以及電磁場方程在內的完備方程組。後經h.

r.赫茲、o.亥維賽、h.

a.洛倫茲等人進一步的加工,得出了下述電磁場方程組——麥克斯韋方程組 (採用國際單位制):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(指帶電體產生的電場與變化磁場產生的有旋電場之和)和磁場(指電流產生的磁場與變化電場即位移電流產生的磁場之和)的電場強度、磁感應強度、電位移、磁場強度;q、ρ為自由電荷、自由電荷體密度;i、j為傳導電流強度和傳導電流密度。

四個公式分別是電場、磁場的高斯定理、電磁感應定律以及安培環路定理。成立條件拓寬了,最為關鍵的是第四式中補充了位移電流密度項。

和e、b和h、j和e的關係稱為介質方程,對於線性各向同性介質,介質方程為:式中ε、μ、σ分別是介質的電容率 (介電常量)、磁導率和電導率。介質方程與上述電磁場方程組聯立,構成完備的方程組。

麥克斯韋方程組關於電磁波等的預言為實驗所證實,證明了位移電流假設和電磁場理論的正確性。這個電磁場理論對電磁學、光學、材料科學以及通訊、廣播、電視等等的發展都產生了廣泛而深遠的影響。它是物理學中繼牛頓力學之後的又一偉大成就。

關於麥克斯韋方程組問題,如何由麥克斯韋方程組推導出電荷守恆定律

麥克斯韋方程組 百科名片 關於熱力學的方程,詳見 麥克斯韋關係式 麥克斯韋方程組 物理化學 關於兩個摩爾熱容與麥克斯韋方程組的關係。老師給了,有乙個等號不明白如何等過去的。求解釋 du tds pdv,兩邊對t求偏導在v一定情況下dv 0,所以得到第一式。dh tds vdp,兩邊對t求偏導在p一定...

麥克斯韋方程組的積分形式和微分形式二者適用範圍有何區別

是等效的。通常,積分方程適合處理靜電場或靜磁場問題。微分方程則適合所有場合。為什麼有微分形式和積分形式的麥克斯韋方程組,分別用於什麼地方 1 微分形式 differential form描述的某點的 某時刻的點對點的關係,也就是,是空間上某點的物理量跟其他物理量的關係,是instantaneous瞬...

想看懂麥克斯韋方程需要什麼程度的數學能力

至少高三水平,因為要學會牛頓小朋友的微積分。想弄明白麥克斯韋方程組需要什麼數學水平還有物理水平?大概是單色波的麥克斯韋方程組,即設e r,t e r exp j t h r,t h r exp j t 將其代入麥克斯韋方程組,這裡,j是虛數,是角頻率。本人目前高三畢業,要想看懂麥克斯韋方程組,需要哪...