麦克斯韦方程

麦克斯韦方程

麦克斯韦方程是19世纪英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦为描述电场、磁场和电荷密度与电流密度之间的关系而创建的一组偏微分方程。它由四个方程组成：高斯定律描述电荷如何产生电场;高斯磁定律在磁单极中不存在;麦克斯韦-安培定律描述电流和时变电场如何产生磁场;法哈迪感应定律描述时变磁场如何产生电场。

从麦克斯韦的方程系统中可以推断出电磁波在真空中以光速传播，然后猜测光是电磁波。麦克斯韦方程和洛伦茨力方程是经典电磁学的基本方程。从这些基本方程的相关理论，发展几代电力技术和电子技术。麦克斯韦在1865年提出的原始方程形式由20个方程和20个变量组成。1873年，他试图用四重奏，但没有成功。现在使用的数学形式在1884年由奥利弗·赫维赛德和约西亚·吉布斯以矢量分析的形式重新表达。

历史背景：

在麦克斯韦诞生前半个多世纪，对电磁现象的认识已经取得重大进展。1785年，法国物理学家Char charles A. Coulomb根据扭曲尺度实验的结果，建立了库仑定律，说明了两个点电荷之间的相互作用。1820年，汉斯·克里斯蒂安·欧斯特德发现电流偏转磁针，将电与磁性联系起来。后来，A.M.安培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定律。Michael Faraday在很多方面做出了杰出的贡献，特别是1831年出版的电磁感应定律，它是电机和变压器等设备的重要理论基础。

1845年，《库仑定律》（1785年）、《生物萨瓦尔定律》（1820年）、法拉第电磁感应定律（1831-1845年）和法拉第的"电线"和"电磁线"概念被概括为"电磁场概念"。从1855年到1865年，麦克斯韦在全面研究库仑定律、生物萨法尔定律和法拉第定律的基础上，将数学分析引入电磁学领域，从而催生了麦克斯韦的电磁理论。

在麦克斯韦之前，电磁现象理论是以超距离作用的概念为基础的，认为带电、磁力或载波导体之间的相互作用可以直接直接和直接在中间介质之外进行，即电磁干扰的传播速度被认为是无限的。当时，是法拉第不同意。他认为，这些互动与中间媒体有关，是通过中间媒体的传播，即相互宣传的理论进行的。

麦克斯韦继承了法拉第的观点，运用流体力学模型，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，普及了电流的含义，电磁场的基本定律被简化为四个微分方程，这就是著名的麦克斯韦方程。他分析了这些方程，预见到电磁波的存在，并得出结论，电磁波的传播速度是有限的（接近光速），光也是一定频率的电磁波。以上所有内容，他在一篇题为"关于电和磁"的论文中写道。

1887年，海因里希·赫兹通过实验方法产生并探测电磁波，证实了麦克斯韦的预测。1905年至1915年，阿尔伯特·爱因斯坦的相对论进一步证明了时间、空间、质量、能量和运动之间的关系，表明电磁场是物质的一种形式，传递理论得到了认可。