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…     

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。     

19世纪电磁学史上的一座丰碑——麦克斯韦与电磁场理论的创立

麦克斯韦是科学史上最伟大的物理学家之一,他的电磁场理论被誉为19世纪的电磁学史上的一座丰碑,他不但将全部电磁现象所服从的规律概括为我们所熟知的麦克斯韦方程组,而且还预言了电磁波的存在.他所完成的不朽著作《电磁场通论》,对当代物理学家甚至对以后几代物理学家来说都是一个伟大而又不易达到的丰碑.同时,麦克斯韦对科学之外的远见卓识和物理学领域一样令人惊叹.     

麦克斯韦电磁场方程组的外微分形式

本文以三维欧几里得空间Ｒ３为限，简明扼要地阐述微分形式和外微分数学形式和数学理论的要点，并应用它表达电磁场方程，得麦克斯韦电磁场方程组的外微分形式．它与麦克斯韦电磁场方程组的微分形式与积分形式以及依张量分析为基础在闵可夫斯基四维空间中表达的麦克斯韦电磁场方程组的张量形式相比，有着自己的特点．列举了应用实例，得出：应用微分形式和外微分的数学工具是行之有效的，它简洁、紧凑，便于运算和处理。     

邮票上的物理学史——麦克斯韦的电磁理论

法拉第丰硕的实验成果和他新颖的场的观念为电磁现象的统一理论准备了条件．完成这一历史任务的是卓越的英国物理学家麦克斯韦（１８３１～１８７９年）．图１的邮票是圣马力诺１９９１年发行的纪念无线电百年系列邮票中的第一张．溯本探源,无线电的发明当然得从麦克斯韦电磁理论的提出算起．图中的花体字母是Ｃ＝Ｊ＋Ｄ,它是原来形式的麦克斯韦方程组的第一个方程．图２是发行这张邮票的首日邮戮．在麦克斯韦建立他的电磁理论之前,诺埃曼、韦伯等德国物理学家,继承了安培的超距作用观点,对电磁现象的研究作出过不少贡献,形成了电动力…     

麦克斯韦电磁场理论的建立

麦克斯韦(1831—1879)是继法拉第之后,集电磁学大成的伟大科学家.他全面地总结了电磁学研究的全部成果,并在此基础上提出了“感生电场”和“位移电流”的假说,建立了完整的电磁场理论体系. 一、《论法拉第力线》──麦克 斯韦的物理类比,电紧张态的 数学描述和感生电场的提出 在大学期间,麦克斯韦就阅读了法拉第的《电学实验研究》.1856年2月,他在剑桥哲学学报上发表了他的第一篇电磁学论文《论法拉第力线》.麦克斯韦环顾了当时电磁学研究的现状,指出虽然已经建立了很多实验定律和数学理论,但未能揭示各种电磁现象之间的联系.他写道:“电科…     

《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…     

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.     

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…     

一种建立麦克斯韦方程组的新途径

大学物理教学内容和手段的现代化问题,是近年来物理教育界的一个十分热门的话题。而教学内容的现代化问题不应简单理解成增加一些物理学前沿方面的知识,因为教材毕竟不是科学专著,不可能面面俱到,同时学时也不允许这样做。而对一些原有教学内容用近代物理学的观点、方法来推导论证,以达到对原有知识更深刻更全面的理解,从而建立一种全新的物理概念及模型,确实是一种事半功倍的方法。 一、新途径的来源 1905年,爱因斯坦在“物理年鉴”杂志上发表了题为《论运动物体的电动力学》的著名论文,提出了狭义相对论,并在此基础上导出了电磁场量的变换式,描述了电磁场的相对性。使我们除了可遵循法拉第、麦克斯韦所遵循的途径研究电磁场外,还可以从相对论的基本假设出发,再加上电荷不变性及库仑定律,推导出全部麦克斯韦方程,狭义相对论对电磁理论的讨论比麦克斯韦方法前进了一大步,它使得本来似乎互不相关的一些电磁基本定律有了内在的联系。本文将从后一种方法出发,给出一种物理意义明确又十分简便的推导麦氏方程组的方法。 二、电磁场量在不同惯性系之间的变换式 如图1所示,设在S系中有一沿x轴方向以速度     

邮票上的物理学史(20)--麦克斯韦的电磁理论

法拉第丰硕的实验成果和他新颖的场的观念为电磁现象的统一理论准备了条件.完成这一历史任务的是卓越的英国物理学家麦克斯韦(1831～1879年).图1的邮票是圣马力诺1991年发行的纪念无线电百年系列邮票中的第一张.溯本探源,无线电的发明当然得从麦克斯韦电磁理论的提出算起.图中的花体字母是C＝J+D,它是原来形式的麦克斯韦方程组的第一个方程.图2是发行这张邮票的首日邮戮.     

利用狭义相对论导出麦克斯韦方程组的一种尝试

本文利用狭义相对论，由静电场的基本性质出发，导出了匀速运动的电荷系的电磁场的麦克斯韦方程组．     

S.A.谢昆诺夫及其对波导理论的贡献

谢昆诺夫(S.A.Schelkunoff)是国际知名的电磁理论科学家.从1934年解决同轴线内电磁场结构开始,他在后来的三十年内,在工程电磁场、天线理论、波导理论等方面发表了数十篇论文和几本书,提出了许多定理、原理、概念、方法(它们之中有许多早已写人大学教材中),作出了重要的贡献.他使应用数学焕发出光采,许多工作带有奠基性质.就经典电动力学方法(即量子理论以外领域)而言,可以把他比作二十世纪的麦克斯韦.众所周知,电磁波的波导在微波技术中有广泛应用,也是当前光彼导(光纤)的前驱,因而介绍这方面的历史是有意义的.一 1897年1月27日,谢昆诺夫…     

麦克斯韦如何构建力学模型来解释电磁感应和发现位移电流

电磁学的核心就是麦克斯韦方程组,今天它被认为是物理学中最美的方程组之一.本文主要介绍了麦克斯韦当初如何通过构建力学模型来解释电磁感应定律和发现了位移电流,从而完整地发展出了麦克斯韦方程组.     

电磁理论大厦的缔造者——麦克斯韦

 在科学史上,一些重大的理论的创立,往往是一场接力跑。他要靠许多英才前赴后继、不辞劳苦的努力,才能达到成熟的境界。19世纪物理学爆发的电磁理论革命也是如此。从奥斯特、安培发现电流的磁效应开始,经过法拉第的奠基直到最后理论的完成前后共经历了半个多世纪,其中集这一理论之大成者,是英国杰出的数学物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。1831年6月麦克斯韦出生于英国苏格兰古都爱丁堡,与电话发明家贝尔算是同乡。那一年,恰好法拉第发现电磁感应,是电学史上值得纪念的一年麦克斯韦的父亲约翰·克拉克·麦克斯韦原是律师但他的主要兴趣是在制作各种机械和研究科学问题。     

关于麦克斯韦方程组教学的讨论

麦克斯韦方程组在普物课程讲授中有一定的难度。笔者认为麦氏方程对学生全面理解电磁场至关重要,因此一定要精讲。讲授麦氏方程要达到预期的效果,我们的体会是:将已有的定律运用数学进行变换时,注意变换的条件,每一步都要有清楚的交待,使学     

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。     

对麦克斯韦方程组的理解

对麦克斯韦方程组涵义做了全面的分析与阐述.     

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…     

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