非常感谢您的信任和邀请麦克斯韦。
我尽量尝试通俗一点吧麦克斯韦。
咱们中学都学过一元一次方程麦克斯韦,一元二次方程,二元方程组这样的数学基础。其实每个方程背后都可以有对应的物理含义。比如二元一次方程,可以看做是物理的直线运动方程;二元二次方程可以看做是曲线运动方程,用来解决抛物线、行星运动这类问题。这就是物理的数学方法。
在研究电磁学的过程中,在麦克斯韦方程组出现之前,实验室里研究的都是那些电容、电感的常见现象。电容就是平行的两块导体之间存在电场的情况、电感就是一组带绝缘层的导电线圈形成的磁场。
麦克斯韦这个人当时想,既然有电容和电感,那就应该存在着涡旋电场和磁场,同时因为电场能激发出磁场,那么涡旋电场就应该能激发出来涡旋磁场。
顺着这个思路,涡旋电场和磁场就能不断地相互激发下去,他就预言了,可能存在电磁波。
当时麦克斯韦为了研究涡旋电磁场的规律,在其他科学家研究的电磁场的规律的基础上用一组方程来描述自己猜想的涡旋电磁场的规律。这组方程就叫做麦克斯韦方程组。
最早期的这个方程组是很复杂的,有20来个方程组成,小编没看过,所以写不出来,这个方程后来经过一个科学家简化形成现在的四个方程组成的方程组,就是咱们今天看到的麦克斯韦方程组。
我是郭哥论道,一个致力于科普相对论、量子力学、计算机、数学,让深奥的科学理论通俗易懂起来、让科学更有趣的科普搬运工。
麦克斯韦方程组是由四个方程共同组成的,分别是高斯定律、高斯磁定律、法拉第感应定律和麦克斯韦-安培定律。高斯定律描述电场与空间中电荷分布的关系;高斯磁定律表明磁单极子实际上并不存在;法拉第感应定律描述时变磁场怎样感应出电场;麦克斯韦-安培定律阐明磁场可以用两种方法生成,一种是靠传 导电流即原本的安培定律,另-种是靠时变电场,或称位移电流,也就是麦克斯韦修正项。
扩展资料历史背景:
麦克斯韦诞生前的半个多世纪,人类对电磁现象的认识取得了很大的进展。1785年,法国物理学家C. A.库仑(Charles A. Coulomb)在扭秤实验结果的基础上,建立了说明两个点电荷之间相互作用力的库仑定律。1820年,H. C.奥斯特 (Hans Christian Oersted)发现电流能使磁针偏转,从而把电与磁联系起来。其后,A. M.安培(Andre Marie Ampère)研究了电流之间的相互作用力,提出了许多重要概念和安培环路定律。M.法拉第(Michael Faraday)在很多方面有杰出贡献,特别是1831年发表的电磁感应定律,是电机、变压器等设备的重要理论基础。
1845年,关于电磁现象的三个最基本的实验定律:库仑定律(1785年)、毕奥-萨伐尔定律(1820年)、法拉第电磁感应定律(1831 ~ 1845年)已被总结出来,法拉第的“电力线”和“磁力线”(现在也叫做“电场线”与“磁感线”)概念已发展成“电磁场概念”。1855年至1865年,麦克斯韦在全面地审视了库仑定律、毕奥—萨伐尔定律和法拉第定律的基础上,把数学分析方法带进了电磁学的研究领域,由此导致麦克斯韦电磁理论的诞生。
在麦克斯韦之前,关于电磁现象的学说都以超距作用观念为基础,认为带电体、磁化体或载流导体之间的相互作用,都是可以超越中间媒质而直接进行并立即完成的,即认为电磁扰动的传播速度无限大。在那个时期,持不同意见的只有法拉第。他认为上述这些相互作用与中间媒质有关,是通过中间媒质的传递而进行的,即主张间递学说。
麦克斯韦继承了法拉第的观点,参照流体力学的模型,应用严谨的数学形式总结了前人的工作,提出了位移电流的假说,推广了电流的涵义,将电磁场基本定律归结为四个微分方程,这就是著名的麦克斯韦方程组。他对这组方程进行了分析,预见到电磁波的存在,并断定,电磁波的传播速度为有限值(与光速接近),且光也是某种频率的电磁波。上述这些,他都写入题为《论电与磁》的论文中。
1887年,H. R.赫兹(Heinrich R. Hertz) 用实验方法产生和检测到了电磁波,证实了麦克斯韦的预见。1905~1915年间,A.爱因斯坦(Albert Einstein)的相对论进一步论证了时间、空间、质量、能量和运动之间的关系,说明电磁场就是物质的一种形式,间递学说得到了公认。
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