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…     

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。     

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…     

麦克斯韦的治学方法与电磁学方面的科学成就──纪念麦克斯韦逝世一百周年

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)是十九世纪中叶一位杰出的英国物理学家,1831年6月13日生于爱丁堡,1879年11月5日,病逝于剑桥,到现在正好是一百周年.他虽然只活了48岁,却在科学上作出了巨大贡献.他写了一百余篇科学论文,内容范围很广泛,其中最突出的是在电磁场理论方面.他在总结前人工作的基础上,创造性地提出了系统化的电磁场理论,他提出的方程组称为麦克斯韦方程组,预言了电磁波的存在并提出了光的电磁学说,探明了电磁场的奥妙,对于人类进一步认识并利用自然规律作出了划时代的贡献. 麦克斯韦的科学成就不是从天而降的,…     

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.     

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     

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…     

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.     

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…     

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。     

《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…     

下一代的电网——智能电网

 自人类进入文明社会以来,电的发明是人类最伟大的发明之一。1831 年,法拉第发现了电磁感应。1864 年,麦克斯韦用纯数学的方法将全部电磁现象规律归结表述为两组方程,以优美的数学组合方式表达了电磁场的存在。1888 年,特斯拉发明了交流多相电力传输系统,标志着现代电网雏形的形成,掀起并推动了第二次工业革命的浪潮,在短短一百年的时间内,使人类的生活发生了天翻地覆的变化。     

关于麦克斯韦速率分布律的几点分析

对于初学普通物理的人来说,关于麦克斯韦速率分布律(以下简称麦氏分布)的研究,是自从学习力学、热学以来所遇到的一种崭新的研究方法.这里剖析几个与该定律有关的重要概念,并进一步分析这一定律的性质、特点和成立条件,以帮助读者较深入地认识此定律、正确地运用它去处理实际问题.一.麦克斯韦速率分布函数及其应用 1.麦氏分布函数 麦克斯韦(J.C.Maxwell,1831—1879)是分子运动论的奠基人之一.他是第一个认识到分子的速率各不相同,并首先从理论上导出速率分布律的人.由于技术条件所限,大约过了七十年之后,该定律才得到实验验证. 麦氏分布给…     

分子速度分布律的实验验证

分子速度分布律是分子运动论和统计力学的重要理论基础.1959年由麦克斯韦(1831-1879)首先提出[1,2],这是他对物理理论的又一重大贡献.人们为了验证这条基本规律,做了大量实验,包括间接的和直接的,终于在1955年得到了精确的结果. 一、速度分布律的间接验证 18 60年,麦克斯韦用速度分布律和平均自由程的理论推算气体的输运过程,得到了预想不到的结果:气体粘滞系数与密度(或压强)无关,随绝对温度的升高而增大.极稀薄的气体和浓密的气体粘滞系数竟无差别,这确实难以理解.有人以此作为理由,对速度分布律进行攻击.于是麦克斯韦在1865年和他的夫人…     

电磁场的复矢量表示

在麦克斯韦方程组及洛伦兹力密度公式基础上引入电磁场复矢量,讨论了电磁场普遍规律的新公式,包括对复矢量电磁场的建立,电荷守恒定律,能量守恒定律,电磁场矢势与标势,电磁场动量、能量、张量、相对论协变性等的研究,并和电动力学相比较,得出一些结论.     

塞曼效应的发现

 荷兰物理学家塞曼(PieterLeeman,1865-1943)由于发现光谱的磁致分裂现象,与洛仑兹(H.A.Lorentz,1853-1928)共获1902年诺贝尔物理奖.塞曼坚持研究磁光效应是由于受到了法拉第的启示,因此我们首先介绍一下法拉第的工作.一、法拉第效应的发现大家都知道,法拉第是一位伟大的实验物理学家,他的一生对人类作了许多贡献,最重要的应该是电磁感应现象的发现.他本着自然力的统一性这一信念,坚持探索电与磁的联系,经过十年的反复试验,终于在1831年发现了一系列电磁感应现象,并且进一步总结得出了这些现象的基本规律.     

法拉第手征介质反射电磁波的极化特性研究

从麦克斯韦方程出发严格推导了均匀介质与法拉第手征介质交界面处电磁波反射公式.通过解析的方法讨论了不同极化状态下反射电磁波的极化特性与法拉第手征介质电磁参数之间的关系.针对部分具体实例进行了计算,计算结果与理论预测相符合. 关键词： 法拉第手征介质 反射电磁波 极化特性     

詹姆斯·克提克·麦克斯韦

詹姆斯·克提克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)1831年11月13日出生在英国苏格兰古都爱丁堡的格连奈尔一个机械设计师的家庭里。他的父亲是他的科学启蒙良师。麦克斯韦从他父亲那里秉承了许多良好的科学素质,对他在以后光辉的科学生涯中起了很大的影响。     

实验在物理学发展史上的作用——几位物理学家的伟大成就

这里要介绍的是:法拉第、麦克斯韦、爱因斯坦、卢瑟福和玻尔。先谈法拉第(Faraday):法拉第的出身为印刷工人的学徒。他得到戴维允许做戴的实验室的实验员。在实验室工作中创造出许多物理和化学方面的贡献后,形成一个基本信念,即自然界的光、电、磁、引力不是互不相关而是紧密相联的。他认为电流周围存在着磁场,那磁极在线圈中运动也会发电。作者在伦敦亲眼看到法拉第的研究笔记。法拉第从十九世纪二十年代到三十年代进行他的实验长达十年之久,天天在日记本上写个No