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高中物理
第十二章 电场振荡与电磁波
麦克斯韦电磁场理论
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2025-06-01 20:59
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麦克斯韦电磁场理论
21 世纪是信息化时代,电磁波的使用越来越多,越来越广。电磁波用于无线广播、遥感、控制、加热食品、检查身体、探索宇宙奥秘等。手机也是通过电磁波实现通信和互联的。电磁波已经深入到我们生活的各个角落。我们就生活在电磁波的“海洋”里。 ## 麦克斯韦电磁场理论 科学理论,是人类智慧最璀璨的结晶。一项重大的科学发现,往往不是一个人所能完成的,需要许多人甚至几代人的共同努力。电磁场理论的构建和统一就是一场伟大的科学接力的过程。 电磁场理论既涉及电场,也涉及磁场,更包括电场和磁场的紧密联系。 ## 电磁场理论建立的基础 人们对电和磁现象的认识有着很长的历史,但直至 19 世纪 20 年代,以奥斯特发现电流的磁效应为开端,人们经过大量的实验发现了一系列重要的规律,才逐步揭示了电与磁的内在联系和转化关系。 为了合理地解释电磁相互作用,法拉第提出电荷和磁体周围存在着一种由电荷和磁体本身产生的连续的介质,称为“场”(图 8–1),通过这种介质,电磁相互作用得以传递。 {width=300px} 8–1 法拉第描绘的两个带电导体球间的电场 场的概念使人们意识到物质的存在有两种形态,一种是分子、原子等实物粒子,另一种则是场。可以说,场的观念是牛顿时代以来,在物理学基础理论方面最重要的变革和发展. 法拉第借用电场线和磁感线形象地描述场的性质,但因为缺乏精确的数学描述而无法反映电磁现象的内在规律,因而受到了人们的质疑。在同一时期,许多科学家,如德国物理学家韦伯、英国物理学家开尔文等,都在电磁学领域取得突破,这些都为麦克斯韦的电磁学研究准备了良好的条件,为电磁场的数学理论提供了充分的实践和理论基础。 ## 麦克斯韦电磁场理论的主要观点 1854 年,麦克斯韦通过阅读法拉第的《电学的实验研究》,对电磁学产生了浓厚的兴趣。经过长达十余年的努力,他深入研究了电场、磁场的内在联系,建立了统一的电磁场理论。该理论系统地总结了前人的成果,特别是总结了从库仑到安培、法拉第等人的电磁学说的全部成就。麦克斯韦“变化的磁场产生电场”“变化的电场产生磁场”的假说,是电磁场理论的两个重要思想。 ### 1.变化的磁场在周围空间产生电场 如图 8–2(a)所示,一个闭合导体回路处于变化的磁场中,由于穿过回路的磁通量发生变化,根据法拉第发现的电磁感应现象,回路中会产生
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