电磁学18-Maxwell电磁场方程

第七章电磁场与电磁波

•电磁理论的集大成－Maxwell 电磁场理论•电磁波的初步理论

§7.1 Maxwell电磁场理论

麦克斯韦之前的电磁学定律•18世纪末到19世纪中，电磁学领域重要的实验结果相继出现：

–库仑：电荷间的作用力公式；磁极之间的作

用力

–奥斯特：电流的磁效应现象

–毕奥、萨伐尔：电流对磁极的磁作用。（后

经拉普拉斯完善成为电流元对磁极的作用力公式）

–安培：电流之间的磁相互作用，给出了电流

元之间的作用力公式。

–法拉第：电磁感应现象（运动的磁铁、变化

的电流、运动的导体…）

麦克斯韦之前对电磁现象的理解•源派：将电磁现象解释为电荷间、电流

间的相互作用。认为这种作用是“超距”的，即认为这种作用可以跨过一定的距

离直接作用于对方。

•场派：法拉第的特殊理解：空间存在“力线”这种物质，电磁作用通过“力线”在空

间“连锁传递”的。即作用是“近距”发生的。•对电磁现象的理解的难题：

–源派在解释电磁感应现象中遇到了无法克服

的困难。

–法拉第的“力线”物质的观点难以被接受，且

只有形象的描绘，没有定量表示。

：

麦克斯韦对电磁场理论的贡献•利用矢量的数学方法，对电磁“场”进行了定量的描述，给出了电磁场遵守的定律。将法拉第的“力线”思想发扬广大，上升为真正的物理定律。

•将恒定条件下的电磁场理论推广到非恒定条件；为此做出了“涡旋电场”的假设和“位移电流”的假设，提出了磁场的变化产生电场，电场的变化产生磁场这个电磁场在非恒定条件下的特殊规律。

–其后的大量的实验结果都支持这样的假设。

•由此他完成了描述一般电磁场规律的普遍成立的方程组。

在故磁介质中边界条件的结论不变

•同理，考虑涡旋电场后电介质中的边界条件结论不变

a

b )

(11E H v

v t

ˆt ˆ

§7.2 电磁波

电磁波

•电磁波是麦克斯韦电磁场理论的重要推

论或预言。

•麦克斯韦电磁场理论在描述非恒定条件

下的电磁场理论时引入的新的物理机制：–变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。•不难想像，这样的机制会造成电磁场的

交互变化，造成电磁场的空间“传播”：

–比如，某点的变化的电磁场会在临近的点产

生新的场，新的场又会在它的临近点产生新

的场，依此类推，电磁场会以这种方式传播

开来，这就是“电磁波”

赫兹的电磁波验证实验

•

赫兹的试验振子空隙中产生火花，谐

振器空隙中也会产生火花直行和聚集反射折射驻波

参考陈秉乾《电磁学》北京大学出版社2003年P332

H.R.Hertz,

1857─1894德国

电磁波谱•γ射线波长小于1 Å

•X射线波长0.01 Å～100Å•紫外线波长50 Å~4000 Å•可见光波长4000 Å~ 7600 Å•红外光波长7600 Å~ 0.1mm •无线电波波长0.1mm～100km –波长50m ～1km的称中波

–波长10m～50m的称短波

–波长几十cm～10m的称超短波

–波长小于几十cm的称微波