麦克斯韦方程组是什么?
麦克斯韦方程组,是英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。它由四个方程组成:描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。
从麦克斯韦方程组,可以推论出电磁波在真空中以光速传播,并进而做出光是电磁波的猜想。麦克斯韦方程组和洛伦兹力方程是经典电磁学的基础方程。从这些基础方程的相关理论,发展出现代的电力科技与电子科技
麦克斯韦方程组的四个基本定理?
麦克斯韦方程组是由四个方程(定理)共同组成的,分别是高斯定律、高斯磁定律、法拉第感应定律和麦克斯韦-安培定律。
高斯定律描述电场与空间中电荷分布的关系;高斯磁定律表明磁单极子实际上并不存在;法拉第感应定律描述时变磁场怎样感应出电场;麦克斯韦-安培定律阐明磁场可以用两种方法生成,一种是靠传导电流即原本的安培定律,另一种是靠时变电场,或称位移电流,也就是麦克斯韦修正项。
麦克斯韦方程组的宇宙含义?
“麦克斯韦方程组”,它揭示着全宇宙发展规律的一个数学公式,指的是宇宙的万物是建立在数学的逻辑上的,也就是说只要掌握这事物发展的根本规律,就可以看到宇宙运行的真实面目。
这个数学公式就是以他的发明者命名的,麦克斯韦从小都对数学有着极大的兴趣,而长大后更是就读知名的剑桥大学继续攻读数学,那个时期的麦克斯韦已经在电磁学领域取得一席之地,而他在前人法拉第的基础上对电磁学进行了完善与发展,并且建立了麦克斯韦方程组,正是因为他对于电磁学的伟大贡献,所以才与爱因斯坦和牛顿并列为伟大的物理学家。但是他的方程组直到20年后的德国物理学家赫兹证实。
而麦克斯韦方程组具有一定的通用性,因为宇宙中发现的一切光电现象都可以用其来解释和验证,它不仅总结了电磁学还对光学进行了一定的归纳。所以在物理学界,麦克斯韦方程组具有一定的地位。而我们总是希望能够对外太空的生物取得一定的联系,那么就这一结果而言,我们只能通过电磁学的公式作为与宇宙中其他生物文明沟通搭建的桥梁。
麦克斯韦方程组的积分形式及其方程的物理意义?
麦克斯韦方程组 (采用国际单位制):式中左、右列分别是方程组的积分、微分形式;E、B、D、H分别是描述电场(指带电体产生的电场与变化磁场产生的有旋电场之和)和磁场(指电流产生的磁场与变化电场即位移电流产生的磁场之和)的电场强度、磁感应强度、电位移、磁场强度;q、ρ为自由电荷、自由电荷体密度;I、J为传导电流强度和传导电流密度。四个公式分别是电场、磁场的高斯定理、电磁感应定律以及安培环路定理。成立条件拓宽了,最为关键的是第四式中补充了位移电流密度项。
和E、B和H、J和E的关系称为介质方程,对于线性各向同性介质,介质方程为:式中ε、μ、σ分别是介质的电容率 (介电常量)、磁导率和电导率。介质方程与上述电磁场方程组联立,构成完备的方程组。
麦克斯韦方程组关于电磁波等的预言为实验所证实,证明了位移电流假设和电磁场理论的正确性。这个电磁场理论对电磁学、光学、材料科学以及通讯、广播、电视等等的发展都产生了广泛而深远的影响。它是物理学中继牛顿力学之后的又一伟大成就。
麦克斯韦方程组包含哪些定理及假设?
麦克斯韦方程是英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。麦克斯韦方程由描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律等四个方程组成。它反映在场源(电荷密度ρ及电流密度J)给定的前提下电场E和磁场B随时间的演化所遵从的规律,即描述场源如何影响电磁场的演化。但是,电磁场反过来又会按洛仑兹力公式对场源(带电粒子)施加作用。
麦克斯韦方程组并不是由麦克斯韦本人发现的,而是他在前人总结关于电磁现象基本规律的基础上提出的。奥斯特、安培等人提出了电场产生磁场的理论,而法拉第则提出了磁场产生电场的法拉第电磁感应定律。在这些理论的基础上,麦克斯韦又提出了“位移电流”假说。在此基础上,提出了麦克斯韦方程组,至此电和磁达到了完全的统一,形成了全新的电磁场理论。电磁领域的辉煌时代就此开启。这个方程组所要说明的问题可以简单的概括为两句话:“变化的磁场产生电场(法拉第电磁感应定律)”、“变化的电场产生磁场(位移电流假说)”。
在介质中,麦克斯韦方程组的微分形式为:
在麦克斯韦方程组中,E和B是电磁场的基本物理量,它们代表介质中总的宏观电磁场,而D和H只是引进的两个辅助场量.E和D、B和H的关系与电磁场所在物质的性质有关。对于各同性线性物质,它们有如下简单关系:
麦克斯韦方程组分别有哪几个方程?
麦克斯韦方程组是由四个方程共同组成的,分别是高斯定律、高斯磁定律、法拉第感应定律和麦克斯韦-安培定律。高斯定律描述电场与空间中电荷分布的关系;高斯磁定律表明磁单极子实际上并不存在;法拉第感应定律描述时变磁场怎样感应出电场;麦克斯韦-安培定律阐明磁场可以用两种方法生成,一种是靠传 导电流即原本的安培定律,另-种是靠时变电场,或称位移电流,也就是麦克斯韦修正项。
扩展资料
历史背景:
麦克斯韦诞生前的半个多世纪,人类对电磁现象的认识取得了很大的进展。1785年,法国物理学家C. A.库仑(Charles A. Coulomb)在扭秤实验结果的基础上,建立了说明两个点电荷之间相互作用力的库仑定律。1820年,H. C.奥斯特 (Hans Christian Oersted)发现电流能使磁针偏转,从而把电与磁联系起来。其后,A. M.安培(Andre Marie Ampère)研究了电流之间的相互作用力,提出了许多重要概念和安培环路定律。M.法拉第(Michael Faraday)在很多方面有杰出贡献,特别是1831年发表的电磁感应定律,是电机、变压器等设备的重要理论基础。
1845年,关于电磁现象的三个最基本的实验定律:库仑定律(1785年)、毕奥-萨伐尔定律(1820年)、法拉第电磁感应定律(1831 ~ 1845年)已被总结出来,法拉第的“电力线”和“磁力线”(现在也叫做“电场线”与“磁感线”)概念已发展成“电磁场概念”。1855年至1865年,麦克斯韦在全面地审视了库仑定律、毕奥—萨伐尔定律和法拉第定律的基础上,把数学分析方法带进了电磁学的研究领域,由此导致麦克斯韦电磁理论的诞生。
在麦克斯韦之前,关于电磁现象的学说都以超距作用观念为基础,认为带电体、磁化体或载流导体之间的相互作用,都是可以超越中间媒质而直接进行并立即完成的,即认为电磁扰动的传播速度无限大。在那个时期,持不同意见的只有法拉第。他认为上述这些相互作用与中间媒质有关,是通过中间媒质的传递而进行的,即主张间递学说。
麦克斯韦继承了法拉第的观点,参照流体力学的模型,应用严谨的数学形式总结了前人的工作,提出了位移电流的假说,推广了电流的涵义,将电磁场基本定律归结为四个微分方程,这就是著名的麦克斯韦方程组。他对这组方程进行了分析,预见到电磁波的存在,并断定,电磁波的传播速度为有限值(与光速接近),且光也是某种频率的电磁波。上述这些,他都写入题为《论电与磁》的论文中。
1887年,H. R.赫兹(Heinrich R. Hertz) 用实验方法产生和检测到了电磁波,证实了麦克斯韦的预见。1905~1915年间,A.爱因斯坦(Albert Einstein)的相对论进一步论证了时间、空间、质量、能量和运动之间的关系,说明电磁场就是物质的一种形式,间递学说得到了公认。