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。     

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。     

略谈麦克斯韦的电磁场理论

1831年,麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831-1879年)诞生于苏格兰一个农庄家庭,他的父亲是爱丁堡皇家学会的会员.麦克斯韦年幼时求知欲强,受过严格的家庭教育,有良好的思维习惯.他16岁人爱丁堡大学,19岁考入剑桥大学的三一学院.他在大学期间特别喜欢阅读法拉第的《电学实验研究》,深深地被法拉第的电磁场论的思想所吸引.1854年他在剑桥大学数学竞赛中第一个证明了斯托克斯公式,名列第二,与E.J.Routh分享史密斯奖[1]这个公式在他以后研究电磁场的过程中发挥了重要的作用.他在1855—1856年间发表的第一篇电磁学论—“论法拉第力线”(On Pa…     

位移电流的验证

引言 1862年麦克斯韦(Maxwell 1831～1879)在英国《哲学杂志》上发表了论文《论物理的力线》,文中具有决定意义的一步是引进了“位移电流”的概念。这是电磁学上继法拉第电磁感应之后的一项重大突破,根据这一科学假设,最后,麦克斯韦导出高度抽象的微分和积分方程组,其中积分方程之一     

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.     

一类轴向均匀变化磁场中感生电场问题研究

先研究《电磁学(拓展篇)》中一道例题,纠正并完善原题中答案与解析,接着对矩形边界感生电场进行研究,最后对无穷大边界感生电场问题进行了一定程度的分析.     

E=ΔΦ/Δt定量教学演示实验的研究

长期以来，在高中物理教学中，一直缺乏“法拉第电磁感应定律”实验的定量演示，《E=ΔΦ/Δt的定量教学研究》一文设计了一个“动生电”的定量实验。本文利用计算机辅助物理实验系统定量演示了“感生电”的E=ΔΦ/Δt的教学实验。     

在自由空间里的运动磁场和时变磁场都没有产生电场

在自由空间里,磁场运动时没有产生电场、时变磁场的辐射运动也没有产生电场.故,“磁生电”的真实原因是：金属电子在广义洛伦兹磁力的作用下的流动而形成Ic,却不是法拉第-麦克斯韦-爱因斯坦在自由空间里虚构的位移电流Id.基于唯物主义自然观,联系电磁感应的物质是洛伦兹的金属电子,却不是法拉第-麦克斯韦-爱因斯坦的真空以太.     

M.法拉第和他的科学成就——纪念M.法拉第诞辰二百周年

今年9月22日,是伟大的英国物理学家、化学家M.法拉第(Michael Faraday 1791-1867)诞辰二百周年纪念日.我怀着崇敬的心情撰写此文. 法拉第出身贫寒,自学成才,工作勤奋,热心科普工作,是一位实验大师.他发现了电磁感应现象.法拉第用电解定律和磁致旋光效应,研究了物质的抗磁性和顺磁性,提出了力线和场的概念,主张自然界的各种力相互有关,并反对超距作用的观点.他的工作为J.C.麦克斯韦建立电磁场理论打下了基础[1]. 一、青少年时代与早期的科学工作 法拉第出生于萨里群纽因顿,他的父亲是位铁匠,家境贫寒.五岁时随父母到伦敦.13岁时,他就到一家…     

建立麦克斯韦方程组的其他途径

麦克斯韦方程组是电磁场遵从的基本规律,是经典电磁现象的理论基础.十九世纪六十年代,麦克斯韦根据库仑、安培和法拉第等人分别在特定条件下获得的实验定律,经过分析推广到普遍情形,发现存在着不协调的因素,在此基础上作了两个重要的假设:变化的磁场产生涡旋电场,变化的电场产生涡旋磁场,从而建立了电磁场的统一理论,其基础就是电磁场普遍遵从的麦克斯韦方程组. 在麦克斯韦以后,许多物理学家研究从别的方面建立麦克斯韦方程组的可能性,取得一些成果.本文拟介绍三种建立麦克斯韦方程组的其他途径:(1)根据能量原理和近距作用原理建立麦克斯韦…     

大学物理电磁学“从头开始”的物理思想和相应的教学方法探讨

法拉第和麦克斯韦发现,“电磁力”是不同于万有引力、需要“从头开始”研究的对象．电磁学中从静电学开始渗透的“从头开始”的物理学思想和方法是在电磁学的教学中必须加以关注的．电磁学“从头开始”思想方法的主要表现有哪些？它渗透的思想方法究竟与力学、热学有什么不同？在相应的教学方法上要作出怎样的改进？本文从六个方面进行了探讨．     

感生电场作用下的电流变化问题的思考与分析

“电磁感应”一章的第5节内容有这么一句话,“英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发一种电场,这种电场与静电场不同,它不是由电荷产生的,我们把它叫做感生电场.如果此刻空间存在闭合导体,导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下定向运动,形成电流.”这句话引出了自己的一个思考,感生电场是闭合的,电荷是不是就不断地加速下去了呢,一圈又一圈,直至光速?当时很随意的一个想法,后来随着思考的深入有了更进一步的认识,下面就这个问题做一些展开.     

略论电磁波的发现

一些技术史文献试图从技术的角度来阐述电磁波发现的过程,但都无法单一地从技术方面说清它的理论渊源及与理论预言的实验证明的过程.本文试图从电磁学的历史背景、麦克斯韦的理论预言和赫兹的实验证明等方面,来初步讨论发现电磁波的全过程. 一、安培超距论电动力学和 法拉第电磁场论的诞生 1820年4月,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应,它标志着电磁学的开始. 自从库仑时代以来,法国物理学家们一反其祖辈笛卡尔的涡旋运动的思想,跟随拉普拉斯的物理学简略纲领,将一切物理现象都简化为粒子间的吸引或排斥的力学现象.“电学中的牛顿”──…     

麦克斯韦（Maxwell,James Clerk．1831-1879）英国物理学家（Physicist,England）

麦克斯韦19岁时已在皇家学会发表了两篇论文。1850年到剑桥大学，不久转到了三一学院，1854年以优异的成绩毕业于数学专业。他创立的麦克斯韦方程组，是电磁学中场的基本理论。他把带电物体周围的空间看作是电场的所在，从这个观点出发，场的概念有了广泛重要性。虽然场的理论的起源应归功于法拉弟心，但法拉弟不精通数学，他没有能发展这个概念。经过麦克斯韦之手，电场理论得到了精确的描述。     

法拉第定律和安培定律

本文提出:在初级课程中,讲授由法拉第定律所给出的静止电路中感生电动势的起源时,如果把重点放在随时间变化的磁场所生的感生电场的几何学上,而不放在此电场沿一闭合途径的线积分上,或沿此途径的电动势上,对初学的学生可能更清楚些。如果把法拉第定律写成∮E·ds=-φ,而不写成(?)=-φ的形式,则该定律就可以有与安培定律∮B·ds==μ_0I相同的形式,而两个定律都简单地变成麦克斯韦方程curlE=-B,curlH=J D的积分形式。能够清楚地了解随时间变化的磁场所生的感生电场的本性是重要的,这一点就是对初级的学生也似乎不须要再着重指出,但是在很多     

关于一道感生电动势例题计算的思考

对于感生电动势的理解和计算是学习电磁学过程中的重难点,现有电磁学教材中关于感生电动势的计算方法大多分为法拉第电磁感应定律计算法与定义法.但是在使用定义法计算时,大多教材在感生电动势例题的解题过程中,没有明确指明不同变量的矢量方向以及微分变化方向的关系.因此在求解感生电动势时,如果不留意各矢量变化关系往往会导致方向混乱、...     

试论法拉第场论：纪念法拉第诞辰200周年

爱因斯坦在1931年说过:“自从牛顿奠定理论物理学的基础以来,物理学的公理基础——换句话说,就是我们关于实在的结构的概念——的最伟大的变革,是由法拉第和麦克斯韦在电磁现象方面的工作引起的”.这里所说的“公理基础”就是指19世纪机械论赖以存在的原子论和超距论.从1831年起,法拉第就开始致力于破除这两论,代之以场论,后被麦克斯韦发展形成法拉第-麦克斯韦电磁场论.这一理论在1888年导致了电磁波的发现.毫无疑问,法技第对19世纪机械论的公理基础的“最伟大的变革”,是最具有纪念意义的. 一、揭示超距电动力学的局限 在奥斯特(H.C.Oers…     

法拉第奇迹探源

 迈克尔·法拉第是杰出的物理学家和化学家。他不仅发现了电磁感应现象、电磁感应定律、电解定律、磁致旋光效应,还提出了场、力线和电介质的概念,并首次用“冰桶”实验证明了电荷守恒定律。通过实验,他发现了氯气液化的方法,发现了苯,发现了同分异构体的事实。他不仅发表了很多有价值的论文,而且还出版了三卷本的《电学的实验研究》、八卷本的《法拉第日记》和《化学操作》等畅销书。迈克尔·法拉第是科学史上罕见的高产科学家,而仅受过两年正规学校教育的法拉第,为什么会取得如此辉煌的成就呢?感兴趣的目标1791年9月,法拉第出生在英国伦敦市郊,全家6口人就靠父亲打铁为生。     

一种组合式天线辐射电磁波的可视化研究

通过形象、直观的组合式天线演示实验,让初次接触电磁波的新手“看见”电磁波,掌握麦克斯韦电磁理论精髓和实质.首先搭建一种组合式发射天线,即馈电电小磁偶极子天线,它与理想的磁偶极子天线的远场辐射有一定的差异.然后应用电磁学中的电场叠加原理,讨论这种组合式天线与理想的磁偶极子天线在3个特殊方向上远场辐射的能流密度的差异性.     

多普勒效应与MTI雷达

一、雷达的诞生与发展 雷达这个名称是美国海军在第二次世界大战的１９４０年使用的一个保密代号．它是“无线电探测和测距”（Ｒａｄｉｏ Ｄｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）这句英文的缩写．军事上的需要和物理学的进展是导致雷达诞生的两个直接原因． 自从１８３１年８月２９日,英国物理学家法拉第发现了电磁感应效应后,电磁学理论得到迅速发展．首先是法拉第于１８５１年建立了电磁感应定律并提出了场的概念;接着麦克斯韦于１８６４年建立起完整的电磁学理论并预言了电磁波的存在,１８７３年又发表了电磁辐射理论．为无线电…