麦克斯韦如何建立涡旋电场的概念

麦克斯韦建立电磁场理论的最重要、最惊人之处是:电磁场的扰动以波动(横波)形式传播。即变化的电场产生变化的磁场(位移电流概念),变化的磁场产生变化的电场(涡旋电场概念),二者在空间交替变化传播构成了电磁相互作用的完整图象——电磁波。然     

走向统一的自然力电力与磁力的统一(Ⅲ)

 19 世纪60 年代中期, 麦克斯韦在总结前人工作的基础上, 连续发表了3 篇论文:《论法拉第力线》、《论物理力线》和《电磁场的动力学理论》。一方面, 他在法拉第发现的电磁感应现象的基础上提出了“变化的磁场产生涡旋电场”;另一方面, 他创造性地引入“位移电流”代替安培环路定理中的稳恒“传导电流”来描述“变化的电场产生涡旋磁场”, 从而建立了完整的电磁场理论。1887 年, 赫兹通过一系列实验发现了麦克斯韦预言存在的电磁波, 并证实了光与电磁波的同一性, 为麦克斯韦电磁场理论提供了有力的实验验证。     

麦克斯韦怎样建立起位移电流概念

麦克斯韦建立电磁场理论最重要的贡献之一是提出了位移电流假说。位移电流的中心思想是变化着的电场激发涡旋磁场,这一假说和涡旋电场假说(变化着的磁场产生变化的电场)构成了电磁相互作用中完整的波动图象——电磁波。 众所周知,位移电流是麦克斯韦给予法拉第的场观点以数学表述时作出的一个重要发展。麦克斯韦第一次提出位移电流假说并不象通常教科书所叙述的那样,是用安培环路定理讨论非稳恒情形时发现矛盾后提出的。实际上麦克斯韦是在得出电磁场方程之前,即在他关于电磁场理论的第二篇论文《论物理的力线》(1861—1862)中就提出了位移电流的概念。尔后,麦克斯韦在第三篇论文《电磁场的动力学理论》(1865)中再次给出了位移电流的定量形式。下面我们来看看麦克斯韦是如何提出位移电流概念的。 麦克斯韦建立电磁场理论的第一篇论文《论法拉第的力线》(1855—1856)受到汤姆逊的启发,根据流体、热现象与法拉第力线相似性,运用类比方法给予法拉第电流状态以数学表述。后来在第二篇论文中他感到有必要对力线的分布和力线的应力性质给予机理性的说明,在此过程中麦克斯韦提出了位移电流概念。     

对麦克斯韦电磁波传播图像的详解

电磁学的知识是高中物理教学的重要内容,学过的学生会对麦克斯韦电磁场理论深深着迷,“变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场”的规律充分体现了物理规律的对称美、和谐美．     

从麦克斯韦方程组到电磁波方程

<正>麦克斯韦方程组的威名可谓如雷贯耳,是经典电磁学的最高成就。先来看看麦克斯韦方程组的样子:方程组写成以上形式,需要一个前提:空间中的媒质是各向同性的(即,媒质中的每一点的物理性质不随方向改变)。方程组的一式描述了电荷产生电场的高斯定律,二式描述了变化的磁场产生电场的法拉第电磁感应定律,三式描述了磁单极子不存在的高斯磁定律,四式描述了电流和变化的电场产生磁场的麦克斯韦-安培环路定律。有物理意义上的场必定存在物理意义上的源,因此,我们可以发现,麦克斯韦方程组等式的左边是场,     

《电磁学》自学辅导材料(七)——麦克斯韦电磁理论和电磁波

简要的历史回顾 1785年确立了库仑定律,这是静电学的实验定律,由此导出了一整套静电场的规律.1820年前后经过多位物理学家的共同努力,确立了毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律,这是静磁学实验定律,由此得出了一套稳恒磁场的规律.1831年法拉弟经过长期研究发现了以他的名字命名的电磁感应定律.1862年麦克斯韦提出位移电流和涡旋电场两个假说.随后,1864年麦克斯韦系统地提出了电磁场的统一理论——麦克斯韦方程组,由此预言了电磁波的存在.1887年赫兹用实验证实了电磁波的存在. §1电磁场的基本规律 麦克斯韦位移电流的假说 我们知道,H的环流定理 内只…     

平面横电磁波模的初值问题

经典理论所描述的电场和磁场处处同相的平面电磁波模并不存在.Maxwell方程组的解依赖于 电磁场的初始值或边界条件,根据不同的初始条件解得的平面电磁波模是不同的.结果表明 ,平面电磁波是横波,在不同的位置,由变化的电场激发的磁场或由变化的磁场激发的电场 振幅不同,电场与磁场的相位差也不同. 关键词： Maxwell方程组 最优微分方程 初始条件 平面电磁波     

读“等效的磁荷观点”有感

文章在假想的“磁荷世界”中修改了麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式.由磁的库仑定律出发,并根据磁荷与电荷产生的电磁场的等效性,得到真空中静磁场的高斯定理和环路定理.仿照“电荷世界”中的电流定义了磁流强度,又根据磁场的相对论变换,由毕奥—萨伐尔定律和法拉第电磁感应定律得到稳恒电场D的高斯定理和环路定理.     

大学生对麦克斯韦方程组的理解研究

本研究通过收集麦克斯韦方程组概念测试题的课堂讨论录音及书面回答,获得物理专业大学生对麦克斯韦方程组的错误理解,总结出学生常见的错误概念为不清楚方程式来源、对电场和磁场的相互关系理解有误、将电场和磁场进行不恰当类比、不能正确理解平行板间电磁场的来源、对感生电场和位移电流理解不到位等,对此提出有针对性的教学建议,为电磁学教学提供参考.     

不同功率下无工质微波推力器的推力预估

基于经典电动力学理论,从麦克斯韦方程组和麦克斯韦张量出发,推导出无工质微波推力器的推力计算方程. 应用有限元分析软件,计算了特定谐振模式下的特定圆台谐振腔在不同功率条件下的电磁场分布;根据推导出的理论计算公式,计算了不同功率条件下推力器的总推力. 计算结果表明:推力与功率成正比,而且磁场力决定着总推力的大小;圆台谐振腔消耗20–200 W电磁波功率时所产生的推力在20–250 mN范围内. 关键词： 电磁波 麦克斯韦张量     

椭圆区域变化磁场激发涡旋电场的分布

根据法拉第电磁感应定律的微分形式和磁场区域椭圆对称的特点，判知垂直于椭圆区域的变化磁场 激发的涡旋电场的电力线是位于与磁场垂直的平面内、 长短半轴之比与磁场区域的边界椭圆长短半轴之比相等的一系列同心椭圆；进而运用电场的高斯定理和环路积分，导出磁场区域内外涡旋电场的强度计算式，从而对椭圆区域变化磁场所产生的涡旋电场获得全面 的知识．     

磁单极和电磁对偶性

根据狄拉克-麦克斯韦方程组和推广的洛伦兹力公式,讨论了磁单极和电磁对偶性的基本概念和物理意义.麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式可以通过对偶变化转化为电荷与磁荷并存的形式;但是狄拉克磁单极假设改变了麦克斯韦方程组的结构,任何对偶变换都不能将狄拉克-麦克斯韦方程组简化为只有电荷而没有磁荷的原始形式.采用推广的洛伦兹力公式,还证明了狄拉克-麦克斯韦电磁场的能量密度和玻印亭矢量,以及动量密度和动量流张量形式不变.最后,我们还将狄拉克-麦克斯韦方程组分解为仅仅分别包含电荷与磁荷的两组麦克斯韦方程,传统的电动力学理论可以直接推广应用于磁单极问题.     

赫兹对经典电磁场理论发展的贡献及其影响

文章根据赫兹的日记、书信和论文集，对赫兹在电磁场理论研究方面的主要论著进行了深入分析，对他在经典电磁场理论发展过程中所起到的重要作用和历史地位给予了更为客观的评价．文章指出，赫兹所发表的电磁学理论研究论文不仅促进了麦克斯韦理论在德国的传播和认同，而且对麦克斯韦方程组的理论基础进行了合理的重建和拓展，并给予更为清晰的逻辑论证，从而对经典电磁场理论的发展和最终完善起到了重要作用．文章还指出，赫兹在电磁场理论研究方面的成就对洛伦兹电子论的建立起到了一定的启发作用，对爱因斯坦早期物理学研究也产生了直接的影响。     

安培环路定理的演示装置

安培环路定理是电磁场理论的重要内容.但是在电磁学教学中,这个定理的证明不够充分.一般教材中只是对一特殊情况(无限长直载流导线)根据华奥-萨伐尔定律作出简单证明,对于任意形状栽流回路的普遍情况,由于数学上的困难,未加证明.麦克斯韦提出位移电流假设以后,又将此定理推广到变化电磁场的一般情况,得到麦克斯韦方程组的一个重要方程.鉴于安培环路定理的重要性,我们在教学中,配合讲授用演示实验加以辅助证明,显著提高了教学效果.一、基本原理 在非稳恒电流情况下,电磁场的环路定理可以表示如下:上式右端第一项 ,为穿过任意回路L的传导电流…     

浅析圆柱形均匀变化磁场所产生的电场——对人教版高中物理选择性必修2插图4.2-1的修改建议

根据麦克斯韦电磁理论，变化的磁场可以产生电场，但是这个电场对应的电场线是什么形状?人教版高中物理选择性必修2插图4.2-1给出了一种答案，但是这个图片的正确性存在商榷之外，笔者经过分析给出图片修改建议.     

声诱导电磁场的赫兹矢量表示与多极声电测井模拟

在假设声场不受电磁场影响的前提下，将Pride声电耦合方程组化为具有电流源的麦克斯韦方程组.与空间位置固定的电流源产生的电磁场不同，孔隙地层中声波诱导的电磁场是由空间波动的电流源产生的.通过引入赫兹矢量，将求解麦克斯韦方程组问题转化为求解关于赫兹矢量的非齐次矢量赫姆霍兹方程组.通过求解该方程组，得出电磁场表达式.利用此方法，针对声电效应测井，分别计算了由单极声源、偶极声源、四极声源激发的井内声场及其诱导电磁场的全波波形. 关键词： 孔隙介质 诱导电磁场 测井 多极声源     

介绍一道电磁感应的练习题

电磁学中关于涡旋电场的练习题不多较典型的习题可见哈里德、瑞斯尼克《物理学》二卷一分册(287页)的一题. 磁感应强度为B的均匀磁场,充满在半径为R的圆柱形体积内(见图1).有一金属棒l,放在磁场中,设B以速度变化,求证由变化的磁场所产生的并作用在棒的两端的电动势由 教学中选用该题的目的在于让学生掌握:(1)由于对称性以及高斯定理对涡旋电场仍有效,E旋·sd=0本例中局限于圆柱体内的变化磁场所激发的涡旋电场的电力线,是在与轴线垂直的平面内,是一些与圆柱体同心的圆周.方向可由楞次定律来确定.并且,同一圆周上各点涡旋电场的大小均相等.…     

变速旋转带电圆柱体的空间电磁场计算

本文利用变速旋转带电圆柱体电磁场的轴对称性,巧妙联合运用麦克斯韦方程组,以轴线上的磁场为初值,通过反复迭代的方法,获得了变速旋转带电圆柱体空间电磁场的无穷级数表达式.     

在电磁学体系下讨论运动电荷的电场与磁场的联系

本文以点电荷相对导体圆环运动为例，在麦克斯韦电磁理论的体系下，阐明导体圆环系下电场与磁场之间的联系，以揭示电磁场的相对性。     

圆形区域变化磁场激发 涡旋电场的问题剖析及案例分析

剖析涡旋电场的分布以及涡旋电场中非导体约束和导体约束条件下的电势问题, 给出在限定的圆形区 域内均匀变化磁场中的涡旋电场、 感生电动势与电势的分布规律, 以及在这限定的圆形区域内均匀变化的磁场中, 非导体约束和导体约束条件下电势的计算与比较. 通过在涡旋电场中对电源、 电势及电压等概念的引入,澄清了一 些在大学物理教学中涉及涡旋电场的容易模糊、 难于理解的概念. 对涡旋电场的一个具体案例进行了详细分析