麦克斯韦电磁场理论,麦克斯韦的电磁理论具体内容是什么?
1、麦克斯韦的电磁理论具体内容是什么?
麦克斯韦电磁场理论的核心思想是:变化的磁场可以激发涡旋电场,变化的电场可以激发涡旋磁场;电场和磁场不是彼此孤立的,它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。麦克斯韦进一步将电场和磁场的所有规律综合起来,建立了完整的电磁场理论体系。这个电磁场理论体系的核心就是麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组是由四个微分方程构成,:
(1)描述了电场的性质。在一般情况下,电场可以是库仑电场也可以是变化磁场激发的感应电场,而感应电场是涡旋场,它的电位移线是闭合的,对封闭曲面的通量无贡献。
(2)描述了磁场的性质。磁场可以由传导电流激发,也可以由变化电场的位移电流所激发,它们的磁场都是涡旋场,磁感应线都是闭合线,对封闭曲面的通量无贡献。
(3)描述了变化的磁场激发电场的规律。
(4)描述了变化的电场激发磁场的规律。
麦克斯韦方程都是用微积分表述的,具体推导的话要用到微积分,高中没学很难理解,我给你把涉及到的方程写出来,并做个解释,你要是还不明白的话也不用着急,等上了大学学了微积分就都能看懂了:
安培环路定理,就是磁场强度沿任意回路的环量等于环路所包围电流的代数和。
2.法拉第电磁感应定律,即电磁场互相转化,电场强度的弦度等于磁感应强度对时间的负偏导。
3.磁通连续性定理,即磁力线永远是闭合的,磁场没有标量的源,麦克斯韦表述是:对磁感应强度求散度为零。
4.高斯定理,穿过任意闭合面的电位移通量,等于该闭合面内部的总电荷量。麦克斯韦:电位移的散度等于电荷密度。
2、麦克斯韦提出了怎样的电磁场理论
麦克斯韦关于电磁场理论的两大假设是“感生电场”和“位移电流”的假说。
1、感生电场
感生电场对自由电荷的作用只是一种等效的猜想, 所以涡旋电场是一个虚拟的电场。变化的磁场周围不存在这个涡旋电场,是附加给变化的磁场的。
2、位移电流
位移电流是电位移矢量随时间的变化率对曲面的积分。但位移电流只表示电场的变化率,与传导电流不同,它不产生热效应、化学效应等。
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1861年后他在电磁学方面的研究取得很大进展,这一年他发表了《论物理的力线》,设计了电磁作用的力学模型,并引入位移电流的概念。
1864年在皇家学会上宣读了《电磁场的动力学理论》,进一步总结了电磁场理论,提出了电磁场的基本微分方程组,即著名的麦克斯韦方程组。
他在研究电磁场的基础上预见了电磁波的存在,在惠更斯克的波动理论的基础上提出光的电磁说,认为光就是具有一定频率范围的电磁波,且测得电磁波的速度十分接近光速。光的电磁说是人类对光的本性认识的一次飞跃。
来源:百度百科——电磁场理论
来源:百度百科——位移电流
来源:百度百科——涡旋电场
3、麦克斯韦电磁理论内容
麦克斯韦电磁理论内容:麦克斯韦方程组、电磁波的存在与传播、电磁场的性质和电磁场的量子化。
1、麦克斯韦方程组
麦克斯韦电磁理论以麦克斯韦方程组为核心。这组方程包括四个基本方程,分别是:高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培环路定律和麦克斯韦-安培定律。这些方程描述了电场、磁场和电荷之间的相互作用,并给出了电磁场的变化规律。
2、电磁波的存在与传播
克斯韦方程组预言了电磁波的存在和传播。通过麦克斯韦方程组的求解,可以得到电磁波方程,表明电场和磁场以光速传播,且互相垂直并相互耦合。
3、电磁场的性质
麦克斯韦理论还描述了电磁场的性质。电场和磁场是通过电荷和电流相互生成的。电场的引力线由正电荷向外辐射,而磁场则形成磁力线环绕电流。
4、电磁场的量子化
麦克斯韦电磁理论为后来的量子电动力学(Quantum Electrodynamics,简称QED)奠定了基础。麦克斯韦方程组的量子化形成了量子电磁场论,描述了电磁相互作用的量子特性。
电磁理论研究的主要历史阶段:
1、在古代
人们已经开始观察和研究一些与静电和磁性有关的现象。古希腊的哲学家如泰勒斯、安克里特、狄奥弗拉斯都曾对磁石吸引铁之类的现象进行过探索。
2、17世纪末到18世纪初
众多科学家如库仑、安培、奥斯特发现了电荷的性质,并建立了静电学和磁学的基本理论,开创了电磁学的研究。这些理论奠定了对电流、电荷和磁场的基本认识。
3、19世纪初
法拉第在研究电磁感应时提出了著名的法拉第电磁感应定律,奠定了电动势和电磁感应的基础。同时,法拉第的学生高斯和威伦也对电场和磁场进行了研究,建立了电场理论和势理论。
4、19世纪中期
苏格兰物理学家麦克斯韦发展了电场理论和磁场理论,并将它们统一在一起,提出了麦克斯韦方程组,形成了麦克斯韦电磁理论。这一理论预言了电磁波的存在和传播,并确立了电磁学的基本公式。
4、经典电磁场理论是谁建立的
经典电磁场理论是麦克斯韦建立的。
电磁场理论是研究电磁场中各物理量之间的关系及其空间分布和时间变化的理论。库仑定律揭示了电荷间的静电作用力与它们之间的距离平方成反比。安培等人又发现电流元之间的作用力也符合平方反比关系。麦克斯韦全面地总结了电磁学研究的全部成果,建立了完整的电磁场理论体系。以麦克斯韦方程组为核心的电磁理论,是经典物理学最引以自豪的成就之一。
理论要点:变化的磁场可以激发涡旋电场,变化的电场可以激发涡旋磁场,电场和磁场不是彼此孤立的,它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。
电磁场对物质的影响与物质的性质有关。电磁场理论不仅是物理学的重要组成部分,也是电工技术的理论基础。
电磁感应:
法拉第的电磁感应实验将机械功与电磁能联系起来,证明二者可以互相转化。麦克斯韦进一步提出:电磁场中各处有一定的能量密度,即能量定域于场中。
根据这个理论,J.H.坡印廷1884年提出在时变场中能量传播的坡印廷定理,矢量E×H代表场中穿过单位面积上单位时间内的能量流。这些理论为电能的广泛应用开辟了道路,为制造发电机、变压器、电动机等电工设备奠定了理论基础。
麦克斯韦预言的电磁辐射,在1887年由H.R.赫兹的实验所证实。电磁波可以不凭借导体的联系,在空间传播信息和能量。这就为无线电技术的广泛应用创造了条件。
电磁场理论给出了场的分布及变化规律,若已知电场中介质的性质,再运用适当的数学手段,即可对电工设备的结构设计、材料选择、能量转换、运行特性等,进行分析计算,因而极大地促进电工技术的进步。
电磁场理论所涉及的内容都属于大量带电粒子共同作用下的统计平均结果,不涉及物质构造的不均匀性及能量变化的不连续性。它属于宏观的理论,或称为经典的理论。
涉及个别粒子的性质、行为的理论则属于微观的理论,不能仅仅依赖电磁场理论去分析微观起因的电磁现象,例如有关介质的电磁性质、激光、超导问题等。这并不否定在宏观意义上电磁场理论的正确性。电磁场理论不仅是物理学的重要组成部分,也是电工技术的理论基础。
研究历史:
人们注意到电磁现象首先是从它们的力学效应开始的。库仑定律揭示了电荷间的静电作用力与它们之间的距离平方成反比。 A.-M.安培等人又发现电流元之间的作用力也符合平方反比关系,提出了安培环路定律。
基于这与牛顿万有引力定律十分类似,S.D.泊松、C.F.高斯等人仿照引力理论,对电磁现象也引入了各种场矢量,如电场强度、电通量密度(电位移矢量)、磁场强度、磁通密度等,并将这些量表示为空间坐标的函数。但是当时对这些量仅是为了描述方便而提出的数学手段,实际上认为电荷之间或电流之间的物理作用是超距作用。
直到M.法拉第,他认为场是真实的物理存在,电力或磁力是经过场中的力线逐步传递的,最终才作用到电荷或电流上。他在1831年发现了著名的电磁感应定律,并用磁力线的模型对定律成功地进行了阐述。1846年,M.法拉第还提出了光波是力线振动的设想。
J.C.麦克斯韦继承并发展了法拉第的这些思想,仿照流体力学中的方法,采用严格的数学形式,将电磁场的基本定律归结为4个微分方程,人们称之为麦克斯韦方程组。在方程中麦克斯韦对安培环路定律补充了位移电流的作用,他认为位移电流也能产生磁场。
根据这组方程,麦克斯韦还导出了场的传播是需要时间的,其传播速度为有限数值并等于光速,从而断定电磁波与光波有共同属性,预见到存在电磁辐射现象。静电场、恒定磁场及导体中的恒定电流的电场,也包括在麦克斯韦方程中,只是作为不随时间变化的特例。
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