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。
在麦克斯韦方程组中,电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律,并预言了电磁波的存在。
麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是: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。
方程意义
场概念的产生,也有麦克斯韦的一份功劳,这是当时物理学中一个伟大的创举,因为正是场概念的出现,使当时许多物理学家得以从牛顿“超距观念”的束缚中摆脱出来,普遍地接受了电磁作用和引力作用都是“近距作用”的思想。
麦克斯韦方程组在电磁学中的地位,如同牛顿运动定律在力学中的地位一样。
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。
它所揭示出的电磁相互作用的完美统一,为物理学家树立了这样一种信念:物质的各种相互作用在更高层次上应该是统一的。
这个理论被广泛地应用到技术领域。
麦克斯韦方程有几个方程组成
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:
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