麦克斯韦创立的电磁理论究竟讲了什么 电磁感应定律( 二 )


而吉布斯则奠定了化学热力学的基础,他创立了向量分析并将其引入数学物理之中,更将麦克斯韦方程组引入物理光学的研究 。这两个人合理构建了我们现在所看到的麦克斯韦表达形式!

麦克斯韦一般主要有积分形式和微分形式,其中方程组中H为磁场强度,D为电通量密度,E为电场强度,B为磁通密度 。J为电流密度,,ρ为电荷密度 。在采用其他单位制时,方程中有些项将出现一常数因子,如光速c等 。

积分形式的麦克斯韦方程组是描述电磁场在某一体积或某一面积内的数学模型,其中第一个公式式是由安培环路定律推广而得的全电流定律,第二个公式是法拉第电磁感应定律的表达式,第三个公式是表示磁通连续性原理,最后一个公式是高斯定律的表达式 。
麦克斯韦方程组的积分形式既描述了电场的性质,也描述了磁场的性质,也描述了变化的磁场激发电场的规律,更描述了传导电流和变化的电场激发磁场的规律 。
它反映了空间某区域的电磁场量(D、E、B、H)和场源(电荷q、电流I)之间的关系 。在电磁场的实际应用中,经常要知道空间逐点的电磁场量和电荷、电流之间的关系 。而微分形式就是麦克斯韦方程组积分形式在数学形式下的转化!

麦克斯韦方程组准确地描绘出电磁场的特性及其相互作用的关系 。这样他就把混乱纷纭的现象归纳成为一种统一完整的学说 。

然而由于当时的历史条件,人们仍然只能从牛顿的经典数学和力学的框架去理解电磁场理论,这也是为什么当时大家并不了解麦克斯韦电磁学理论的原因 。
直到赫兹经过反复实验,发明了一种电波环,用这种电波环作了一系列的实验,终于在1888年发现了人们怀疑和期待已久的电磁波 。
【麦克斯韦创立的电磁理论究竟讲了什么 电磁感应定律】

赫兹的实验公布后,轰动了全世界的科学界,由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论,至此才取得了决定性的胜利 。
赫兹实验装置
麦克斯韦方程在理论和应用科学上都已经广泛应用一个世纪,可以说麦克斯韦方程组推开了现代文明的大门 。
尽管麦克斯韦方程组构建了电磁理论的基石,但却和牛顿的经典力学产生了矛盾 。麦克斯韦建立的电动力学,有一个结果就是光速在不同惯性系是不变的,这个结果和经典力学的伽利略变换是相矛盾的 。
伽利略变换是经典力学中用以在两个只以均速相对移动的参考系之间变换的方法,属于一种被动态变换 。伽利略变换构建了经典力学的时空观 。

伽利略变换认为,在同一参照系里,两个事件同时发生,在其他惯性系里,两个事件也一定同时发生,时间间隔的测量是绝对的,长度测量也具有绝对性,经典力学定律在任何惯性参考系中数学形式不变,换言之,所有惯性系都是等价的(相对性原理);伽利略变换构建了经典力学中的绝对时空观,时间和空间均与参考系的运动状态无关、时间和空间是不相联系的,是绝对的 。

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