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麥克斯韋電磁場理論,麥克斯韋的電磁理論具體內容是什么?

2024-10-27 11:03分類: 教育知識 閱讀:

麥克斯韋電磁場理論,麥克斯韋的電磁理論具體內容是什么?

1、麥克斯韋的電磁理論具體內容是什么?

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,它們相互聯系、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,并做個解釋,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:

安培環路定理,就是磁場強度沿任意回路的環量等于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,電場強度的弦度等于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,等于該閉合面內部的總電荷量。麥克斯韋:電位移的散度等于電荷密度。

麥克斯韋電磁場理論,麥克斯韋的電磁理論具體內容是什么?

2、麥克斯韋提出了怎樣的電磁場理論

麥克斯韋關于電磁場理論的兩大假設是“感生電場”和“位移電流”的假說。

1、感生電場

感生電場對自由電荷的作用只是一種等效的猜想, 所以渦旋電場是一個虛擬的電場。變化的磁場周圍不存在這個渦旋電場,是附加給變化的磁場的。

2、位移電流

位移電流是電位移矢量隨時間的變化率對曲面的積分。但位移電流只表示電場的變化率,與傳導電流不同,它不產生熱效應、化學效應等。

1861年后他在電磁學方面的研究取得很大進展,這一年他發表了《論物理的力線》,設計了電磁作用的力學模型,并引入位移電流的概念。

1864年在皇家學會上宣讀了《電磁場的動力學理論》,進一步總結了電磁場理論,提出了電磁場的基本微分方程組,即著名的麥克斯韋方程組。

他在研究電磁場的基礎上預見了電磁波的存在,在惠更斯克的波動理論的基礎上提出光的電磁說,認為光就是具有一定頻率范圍的電磁波,且測得電磁波的速度十分接近光速。光的電磁說是人類對光的本性認識的一次飛躍。

來源:百度百科——電磁場理論

來源:百度百科——位移電流

來源:百度百科——渦旋電場

麥克斯韋電磁場理論,麥克斯韋的電磁理論具體內容是什么?

3、麥克斯韋電磁理論內容

麥克斯韋電磁理論內容:麥克斯韋方程組、電磁波的存在與傳播、電磁場的性質和電磁場的量子化。

1、麥克斯韋方程組

麥克斯韋電磁理論以麥克斯韋方程組為核心。這組方程包括四個基本方程,分別是:高斯定律、法拉第電磁感應定律、安培環路定律和麥克斯韋-安培定律。這些方程描述了電場、磁場和電荷之間的相互作用,并給出了電磁場的變化規律。

2、電磁波的存在與傳播

克斯韋方程組預言了電磁波的存在和傳播。通過麥克斯韋方程組的求解,可以得到電磁波方程,表明電場和磁場以光速傳播,且互相垂直并相互耦合。

3、電磁場的性質

麥克斯韋理論還描述了電磁場的性質。電場和磁場是通過電荷和電流相互生成的。電場的引力線由正電荷向外輻射,而磁場則形成磁力線環繞電流。

4、電磁場的量子化

麥克斯韋電磁理論為后來的量子電動力學(Quantum Electrodynamics,簡稱QED)奠定了基礎。麥克斯韋方程組的量子化形成了量子電磁場論,描述了電磁相互作用的量子特性。

電磁理論研究的主要歷史階段:

1、在古代

人們已經開始觀察和研究一些與靜電和磁性有關的現象。古希臘的哲學家如泰勒斯、安克里特、狄奧弗拉斯都曾對磁石吸引鐵之類的現象進行過探索。

2、17世紀末到18世紀初

眾多科學家如庫侖、安培、奧斯特發現了電荷的性質,并建立了靜電學和磁學的基本理論,開創了電磁學的研究。這些理論奠定了對電流、電荷和磁場的基本認識。

3、19世紀初

法拉第在研究電磁感應時提出了著名的法拉第電磁感應定律,奠定了電動勢和電磁感應的基礎。同時,法拉第的學生高斯和威倫也對電場和磁場進行了研究,建立了電場理論和勢理論。

4、19世紀中期

蘇格蘭物理學家麥克斯韋發展了電場理論和磁場理論,并將它們統一在一起,提出了麥克斯韋方程組,形成了麥克斯韋電磁理論。這一理論預言了電磁波的存在和傳播,并確立了電磁學的基本公式。

4、經典電磁場理論是誰建立的

經典電磁場理論是麥克斯韋建立的。

電磁場理論是研究電磁場中各物理量之間的關系及其空間分布和時間變化的理論。庫侖定律揭示了電荷間的靜電作用力與它們之間的距離平方成反比。安培等人又發現電流元之間的作用力也符合平方反比關系。麥克斯韋全面地總結了電磁學研究的全部成果,建立了完整的電磁場理論體系。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。

理論要點: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,它們相互聯系、相互激發組成一個統一的電磁場。

電磁場對物質的影響與物質的性質有關。電磁場理論不僅是物理學的重要組成部分,也是電工技術的理論基礎。

電磁感應:

法拉第的電磁感應實驗將機械功與電磁能聯系起來,證明二者可以互相轉化。麥克斯韋進一步提出:電磁場中各處有一定的能量密度,即能量定域于場中。

根據這個理論,J.H.坡印廷1884年提出在時變場中能量傳播的坡印廷定理,矢量E×H代表場中穿過單位面積上單位時間內的能量流。這些理論為電能的廣泛應用開辟了道路,為制造發電機、變壓器、電動機等電工設備奠定了理論基礎。

麥克斯韋預言的電磁輻射,在1887年由H.R.赫茲的實驗所證實。電磁波可以不憑借導體的聯系,在空間傳播信息和能量。這就為無線電技術的廣泛應用創造了條件。

電磁場理論給出了場的分布及變化規律,若已知電場中介質的性質,再運用適當的數學手段,即可對電工設備的結構設計、材料選擇、能量轉換、運行特性等,進行分析計算,因而極大地促進電工技術的進步。

電磁場理論所涉及的內容都屬于大量帶電粒子共同作用下的統計平均結果,不涉及物質構造的不均勻性及能量變化的不連續性。它屬于宏觀的理論,或稱為經典的理論。

涉及個別粒子的性質、行為的理論則屬于微觀的理論,不能僅僅依賴電磁場理論去分析微觀起因的電磁現象,例如有關介質的電磁性質、激光、超導問題等。這并不否定在宏觀意義上電磁場理論的正確性。電磁場理論不僅是物理學的重要組成部分,也是電工技術的理論基礎。

研究歷史:

人們注意到電磁現象首先是從它們的力學效應開始的。庫侖定律揭示了電荷間的靜電作用力與它們之間的距離平方成反比。 A.-M.安培等人又發現電流元之間的作用力也符合平方反比關系,提出了安培環路定律。

基于這與牛頓萬有引力定律十分類似,S.D.泊松、C.F.高斯等人仿照引力理論,對電磁現象也引入了各種場矢量,如電場強度、電通量密度(電位移矢量)、磁場強度、磁通密度等,并將這些量表示為空間坐標的函數。但是當時對這些量僅是為了描述方便而提出的數學手段,實際上認為電荷之間或電流之間的物理作用是超距作用。

直到M.法拉第,他認為場是真實的物理存在,電力或磁力是經過場中的力線逐步傳遞的,最終才作用到電荷或電流上。他在1831年發現了著名的電磁感應定律,并用磁力線的模型對定律成功地進行了闡述。1846年,M.法拉第還提出了光波是力線振動的設想。

J.C.麥克斯韋繼承并發展了法拉第的這些思想,仿照流體力學中的方法,采用嚴格的數學形式,將電磁場的基本定律歸結為4個微分方程,人們稱之為麥克斯韋方程組。在方程中麥克斯韋對安培環路定律補充了位移電流的作用,他認為位移電流也能產生磁場。

根據這組方程,麥克斯韋還導出了場的傳播是需要時間的,其傳播速度為有限數值并等于光速,從而斷定電磁波與光波有共同屬性,預見到存在電磁輻射現象。靜電場、恒定磁場及導體中的恒定電流的電場,也包括在麥克斯韋方程中,只是作為不隨時間變化的特例。

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