麦克斯韦与电磁理论的建立
近现代物理学的发展史
对学科的发展脉络进行梳理有助于了解其现状，展望其未来。
物理学的历史很长，不能样样都谈到，仅从牛顿开始，牛顿以前的很多先驱性的工作只好从略了。
20世纪前物理学的三大综合17世纪至19世纪，物理学经历了三次大的综合。
牛顿力学体系的建立标志着物理学的首次综合，第二次综合是麦克斯韦的电磁理论的建立，第三次则是以热力学两大定律确立并发展出相应的统计理论为标志。
第一次综合——牛顿力学17世纪，牛顿力学构成了完整的体系。
可以说，这是物理学第一次伟大的综合。
牛顿将天上行星的运动与地球上苹果下坠等现象概括到一个规律里面去了，建立了所谓的经典力学。
至于苹果下坠启发了牛顿的故事究竟有无历史根据，那是另一回事，但它说明了人们对于形象思维的偏爱。
牛顿力学的建立牛顿实际上建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律。
运动定律描述在力作用下物体是怎么运动的；万有引力定律则描述物体之间的基本相互作用。
牛顿将两个定律结合起来运用，因为行星的运动或者地球上的抛物体运动都受到万有引力的影响。
牛顿从物理上把这两个重要的力学规律总结出来的同时，也发展了数学，成为微积分的发明人。
他用微积分、微分方程来解决力学问题。
由运动定律建立的运动方程，可以用数学方法把它具体解出来，这体现了牛顿力学的威力——能够解决实际问题。
比如，如果要计算行星运行的轨道，可以按照牛顿所给出的物理思想和数学方法，求解运动方程就行了。
根据现在轨道上行星的位置，可以倒推千百年前或预计千百年后的位置。
海王星的发现就充分体现了这一点。
当时，人们发现天王星的轨道偏离了牛顿定律的预期，问题出在哪里呢？后来发现，在天王星轨道外面还有一颗行星，它对天王星产生影响，导致天王星的轨道偏离了预期的轨道。
进而人们用牛顿力学估计出这个行星的位置，并在预计的位置附近发现了这颗行星——海王星。
这表明，牛顿定律是很成功的。
按照牛顿定律写出运动方程，若已知初始条件——物体的位置和速度，就可以求出以后任何时刻物体的位置和速度。
【科学】自然科学史（38）麦克斯韦与电磁学理论
【科学】⾃然科学史（38）麦克斯韦与电磁学理论麦克斯韦与电磁学理论到1850年前后，电磁学的实验研究发展迅速，已经确⽴了库仑定律、⾼斯定律、安培定律、法拉第定律，提出了场和⼒线的概念，打破了电与磁是孤⽴现象的传统观念。
但到⽬前为⽌，电磁学实验和理论研究成果丰富却不全⾯，尚未建⽴起电学和磁学相统⼀的理论体系，迫切需要在更加普遍的观点下加以概括和总结。
⽽承担这⼀历史重任的⼈就是麦克斯韦。
2.1 麦克斯韦构建电磁学体系麦克斯韦于1831年6⽉13⽇出⽣在苏格兰爱丁堡的⼀个律师之家，从⼩便显露出数学天才，15岁时就在爱丁堡皇家学会刊物上发表了⼀篇数学论⽂。
1847年中学毕业后进⼊爱丁堡⼤学学习数学、物理学和哲学。
1850年转⼊剑桥⼤学三⼀学院，主攻数学和物理学。
1854年以优异成绩毕业，并留校任教。
麦克斯韦受到开尔⽂电学研究的启发，认真研究了法拉第的著作《电学实验研究》，领悟到了法拉第⼒线思想的价值，也看出其定性表述的不⾜。
1855年，他发表了第⼀篇电磁学论⽂《论法拉第的⼒线》。
在这篇论⽂中，使法拉第的⼒线概念获得了精确的数学形式，并且由此导出了库仑定律和⾼斯定律。
这篇⽂章还只是限于把法拉第的思想翻译成数学语⾔，还没有获得新的结论。
法拉第读过这篇论⽂后，⼤为赞赏，⿎励他进⼀步探究数学解释背后的本质。
1862年他发表了第⼆篇论⽂《论物理⼒线》，进⼀步发展了法拉第的思想，其中具有决定意义的⼀步，是引进了“位移电流”的概念，这是电磁学史上继法拉第揭⽰电磁感应的⼜⼀重⼤突破。
⽂中给出了著名的麦克斯韦电磁场⽅程组，从⽽引申出更为深刻的结论：磁场变化产⽣电场，电场变化产⽣磁场，由此预⾔了电磁波的存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭⽰了光的电磁本质。
电磁现象的规律终于被他⽤不可动摇的数学形式揭⽰出来，电磁学到这时才开始成为⼀种科学的理论。
这⼀年，麦克斯韦才31岁，取得了他⼀⽣中最辉煌的成就。
1864年他的第三篇论⽂《电磁场的动⼒学理论》，从⼏个基本实验事实出发，运⽤场论的观点，以数学演绎⽅法进⼀步完善了麦克斯韦⽅程组，建⽴了完整系统的电磁理论。
14.4-5--麦克斯韦电磁场理论-电磁波
三、麦克斯韦方程组的积分形式
稳恒 情况 的电 磁场 规律
DdS qi
任意电场
Edl 0
BdS 0
变化磁场 产生电场 任意电流
变化电场
H dl Ii 产生磁场
DdS qi EEdldl(EeEiB)tdldS
B dS 0 BdS 0
BdS 0
☆人们赞美
麦克斯韦方程组 象一首美丽的诗 !
1.麦克斯 韦方程组：
D dS qi
(1)
BEHdddSll0IBtDdtSdS
(2) (3) (4)
2.各方程的物理意义：
Id所激发的磁场H(B)与其成右手螺旋关系：
jd
D
H (B)
D
t
0
jd // D
jd
D
H (B)Leabharlann 4、传导电流与位移电流的比较
D t
0
jd D
共同点—— Ic 和Id以共同的形式激发磁场。
不同点—— 1. 传位导移电电流流IIcd和的电实荷质的是宏变观化定电向场运！动D有t 关0,,而jD 0 2. Ic产生焦耳热而Id不产生焦耳热！
dq dt
q S2 极板
dq极板 dt
d dt
s2 DdS
I
S1
S2
2若.定S义2面：不随Id 时 间dIdst1t变D 化s2：DtDtdSdS
d s2
dt 位移电流
有电流 的量纲
位移电流密度：
jd
D
麦克斯韦与电磁理论
合．
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麦克斯韦方程组
• 麦克斯韦电磁场理论的核心思想是：变化的磁场 可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁 场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、 相互激发组成一个统一的电磁场。麦克斯韦进一 步将电场和磁场的所有规律综合起来，建立了完 整的电磁场理论体系。这个电磁场理论体系的核 心就是麦克斯韦方程组。
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2
历史的前奏
• 在麦克斯韦以前，解释电磁相互作用有两种相互对立的观 点．一种是超距作用学说．即在研究两个电荷之间相互作 用力时，忽略中介空间的作用，电荷会超越空间距离而互 相作用，库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说 来解释电磁相互作用的．这种学说当时拥有数学基础．
• 另一种是媒递作用学说．认为空间有一种能传递电力的媒 质（称作以太）存在，电荷间通过媒质互相作用．法拉弟 通过实验揭露了空间媒质的重要作用，他认为在空间媒质 中充满了电力线，即通过场来传递，但媒递作用学说还没 有数学基础，不易被人接受．也使其发展受到了阻碍．
• 麦克斯韦方程组发表在著名论文《电磁场的动力 学理论》．他最先是以分量形式给出的，而且物 理量的名称和符号都与现代采用的不一样．经后 人加以整理，电磁场的方程得到进一步完善，形 成如今称为麦克斯韦方程组的形式．
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• 麦克斯韦方程组是由四个微分方程构成：
• （1）描述了电场的性质。在一般情况下，电场可 以是库仑电场也可以是变化磁场激发的感应电场， 而感应电场是涡旋场，它的电位移线是闭合的，对 封闭曲面的通量无贡献。
麦克斯韦创立电磁场理论
• 麦克斯韦创立电磁场理论可分为三个阶段
• 第一阶段：统一已知电磁定律
• 第二阶段：提出位移电流概念
物理学史3.9麦克斯韦电磁场理论
3.9 麦克斯韦电磁场理论的建立3.9.1 法拉第的力线思想法拉第从广泛的实验研究中构想出描绘电磁作用的“力线” 图象。
他认为电荷和磁极周围的空间充满了力线，靠力线（包括电力线和磁力线）将电荷（或磁极）联系在一起。
力线就象是从电荷（或磁极）发出、又落到电荷（或磁极）的一根根皮筋一样，具有在长度方向力图收缩，在侧向力图扩张的趋势。
他以丰富的想象力阐述电磁作用的本质。
法拉第研究了电介质对电力作用的影响，认识到这一影响表明电力不可能是超距作用，而是通过电介质状态的变化；即使没有电介质，空间也会产生某种变化，布满了力线。
后来，法拉第又进一步研究了磁介质，解释了顺磁性和反磁性。
电磁感应现象则解释为磁铁周围存在某种“电应力状态”（electro －tonic state ），当导线在其附近运动时，受到应力作用而有电荷作定向运动；回路中产生电动势则是由于穿过回路的磁力线数目发生了变化。
法拉第的力线思想实际上就是场的观念，这是近距理论的核心内容。
3.9.2. W. 汤姆生的类比研究在法拉第力线思想的激励下，W.汤姆生对电磁作用的规律也进行过有益的尝试。
他深感有必要把法拉第的力线思想翻译成数学公式，定量地作出表述，于是利用类比方法，从弹性理论和热传导理论得到借鉴。
法国科学家傅里叶在1824 年发表《热的分析理论》（Theorieanalytique de la chaleur ），详细地研究了在介质中热流的传播问题，建立了热传导方程。
这本书对W汤姆生有很深的影响。
1842年，W；汤姆生发表了第一篇关于热和电的数学论文，题为：《论热在均匀固体中的均匀运动及其与电的数学理论的联系》，他论述了热在均匀固体中的传导和法拉第电应力在均匀介质中传递这两种现象之间的相似性。
他指出电的等势面对应于热的等温面，而电荷对应于热源。
利用傅里叶的热分析方法，他把法拉第的力线思想和拉普拉斯、泊松等人已经建立的完整的静电理论结合在一起，初步形成了电磁作用的统一理论。
电磁场理论的发展史
电磁场理论的发展史LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】电磁场理论发展史引言载法拉弟发现电磁感应现象的那一年，英国诞生了一位伟大的科学家——麦克斯韦，他因创立电磁场理论而成为十九世纪最伟大的物理学家．麦克斯韦创立电磁场理论系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。
一、历史的前奏在麦克斯韦以前，解释电磁相互作用有两种相互对立的观点．一种是超距作用学说．即在研究两个电荷之间相互作用力时，忽略中介空间的作用，电荷会超越空间距离而互相作用，库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说来解释电磁相互作用的．这种学说当时拥有数学基础．另一种是媒递作用学说．认为空间有一种能传递电力的媒质（称作以太）存在，电荷间通过媒质互相作用．法拉弟通过实验揭露了空间媒质的重要作用，他认为在空间媒质中充满了电力线，即通过场来传递，但媒递作用学说还没有数学基础，不易被人接受．也使其发展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的发展．他中学时曾在数学和诗歌比赛中获第一名，这显示了他的数学才华与丰富的想象力方面的潜力．他年轻时曾读过法拉弟的《电学实验研究》，对法拉弟的物理思想（如电力线和场的思想）十分推崇，同时也发现了它的弱点．麦克斯韦对电磁相互作用的超距观点早就表示“不能接受即时传播的思想”，在法拉弟的物理思想影响下，他决心“为法拉弟的场概念提供数学方法的基础”．二、麦克斯韦创立电磁场理论麦克斯韦创立电磁场理论可分为三个阶段：第一阶段，统一已知电磁定律麦克斯韦于1856年发表了他的第一篇论文《论法拉弟的力线》，在这篇文章中，他试图用数学语言精确地表述法拉弟的力线概念，他采用数学推论与物理类比相结合的方法，以假想流体的力学模型去模拟电磁现象．他说：“借助于这种类比，我试图以一种方便的和易于处理的形式为研究电现象提供必要的数学观念”他的目标是想据此统一已知的电磁学定律．麦克斯韦为达到此目的，他运用了“建立力学模型——引出基本公式——进行数学引伸推导”的解决科学问题的思路和方法．第一步，建立力学模型首先运用类比方法，麦克斯韦把电磁现象和力学现象做了类比，认为可以建立一种不可压缩流体的力学模型来模拟电磁现象．这种流体模型为：一是没有惯性，因而也就没有质量；二是不可压缩；三是可以从无产生，又可消失．显然这是一种假设理想流体．麦克斯韦在这篇文章中写道：“我企图把一个在空间画力线的清楚概念摆在一个几何学家的面前，并利用一个流体的流线的概念，说明如何画出这些流线来”“力线的切线方向就是电场力的方向，力线的密度表示电场力的大小”．他企图阐明电力线和电力线所在空间之间的几何关系．他还试图通过类比凭借已知的力学公式推导出电磁学公式，寻求这两种不同的现象在数学形式上的类似．第二步，引出基本公式早在1842年，W·汤姆逊就曾把拉普拉斯的势函数的二阶微分方程，普遍用于热、电和磁的运动，建立了这三种相似现象的数学联系．1847年，他又在不可压缩流体的流线连续性基础上，论述了电磁现象和流体力学现象的共同性．麦克斯韦正是吸收了W·汤姆逊这种类比方法，把它发展成为研究各种力线的重要工具．例如麦克斯韦把电学中的势等效于流电势麦克斯韦据此方式相继推导出了静电磁场、稳恒电磁场以至瞬变电磁场的基本公式．其中最重要的一个就是电场的泊松方程：2V=－4πρ (2)式中V为电势，ρ为自由电荷密度．第三步，进行数学引伸根据电场的泊松公式可直接写出稳恒电磁场的两个基本方程：(ε0E)= ·D=4πρ? (3)▽B=0? (4)对于瞬变电场，麦克斯韦类比了力学中的惯性力公式，从假想流体的由此推出磁场产生电场的公式：结合电场的泊松公式，可得运动电荷产生磁场的公式：× =4πj (6)在上述公式中，式(3)说明了静电场的性质（是一种无旋场）；式(4)说明了磁场的性质（是一种涡旋场）；式(5)说明了电场可以由随时间变化的磁场产生；式(6)说明了磁场可以由运动的电荷产生．从(3)、(4)、(5)、(6)方程看，这已基本具备了麦克斯韦方程组的雏形，只是未列入位移电流．第二阶段，提出位移电流概念麦克斯韦在完成了统一已知电磁学定律的第一阶段工作后，又投入到第二阶段工作中．他于1862年发表了具有决定意义的论文《论物理学的力线》．麦克斯韦在这篇着作中，突破了法拉弟的电磁观念，创造性地提出了自己理论的核心部分——位移电流的概念．在这一工作中，他一方面结合数学推论以逻辑手段揭示了旧电磁理论的内在矛盾，另一方面则构造了一个与以前的流体力学模型不同的、新的电磁以太模型．麦克斯韦按照电磁学和动力学的类比关系发现，交变电流通过含有电容器的电路时，按照原有的认识，由于电荷不能在电容器极板之间移动，因此传导电流将中断，这同实际电流的连续性发生矛盾．而且如果电流仅限于导体，电磁场也就失去了意义．为了解决这些矛盾，他依据电磁学与动力学的类比关系和电磁现象的对称性，认为在交变电流电路中，电容器一个极板上变化的电场会引起感生磁场，变化的磁场又会在电容器的另一极板上引起感生电场，产生交变电流，故变化电场的作用就相当于传送电流，但它不是电荷的传导，而是电荷的位移．这样麦克斯韦就在无导体存在的磁场中引入了“位移电流”的概念．这样位移电流和传导电流迭加起来在电容电路中的总流线是闭合的．位移电流概念的引入，是麦克斯韦理论的关节点，也是他的重大发现，即发现了电场变化激发磁场变化的现象．而法拉弟的电磁感应定律，是说明磁场变化激发电场的现象．这样，一个变化的电场和磁场以对称的形式联系起来，是法拉弟电生磁、磁生电思想的精确化和完善化．为了在电磁场中形象地勾勒出位移电流的形状，必须给它塑造一个模型．麦克斯韦说：“电解质被电流带动在固定方向上的迁移和偏振光受到磁力作用在固定方向上旋转，就是曾经启发我把磁考虑为一种旋转现象而把电流当作平移现象的事实．”麦克斯韦根据这两个基本条件假设电磁场介质中充满着涡旋分子（在真空中则是涡旋以太），在这些涡旋分子之间夹着许多小的电粒子．涡旋轴代表磁力线的方向，涡旋旋转速度表示磁场强度的大小．在两个同向旋转的分子中间的电粒子起着隋性轮的作用，这些电粒子只会转动而不会产生平移；在两个旋转方向的分子间，电粒子不发生转动而产生平动，从而形成电流．如右图，六方形表示涡旋分子，小圆圈表示电粒子，磁场方向由“＋”“－”表示．“＋”表示磁场穿出纸面，“－”穿入纸面．放在A→B 线上形成了位移电流．麦克斯韦从这个涡旋模型出发，利用它进行唯象的思考，从物理意义一项，实现玻恩所说的“数学上的完美”．麦克斯韦进一步以位移电流的概念为物理基础，根据力学定律进行数学模拟，以弹性力学中的力、粒子流密度、及对旋涡转速的影响分别模拟电场强度、传导电流和磁场强度，从而建立起全电流的电磁场方程：第三阶段，揭示电磁场动力学本质1864年，麦克斯韦又发表了第三篇着名的论文《电磁场的动力理论》．在这篇论文中，麦克斯韦舍弃了他原来提出的力学模型而完全转向场论的观点，并明确论述了光现象和电磁现象的统一性，奠定了光的电磁理论的基础．麦克斯韦首先谈到由于电磁相互作用不仅与距离有关，而且依赖于相对速度，不应以超距作用为出发点．他仍然假设产生电磁现象的作用力是同样在空间媒质中和在电磁物质中进行的，在真空中有以太媒质存在，这种以太媒质弥漫整个空间，渗透物体内部，具有能量密度，并能够以有限速度传播电磁作用．麦克斯韦借助于以太媒质这种力学图象来描述真空场的概念，把以太媒质作为介电常数ε=1（真空场）的“电介质”．当电介质极化时，在分子范围内发生微观电荷移动的现象，这种微观电荷移动产生一种瞬息电流．他假设在真空中，由于以太媒质的存在，电场变化时同样也有位移电流出现．位移电流和传导电流一样，也按照毕奥——萨伐尔定律的规律产生磁场．位移电流和传导电流叠加起来的总电流（即全电流）线是闭合的．在真空位移电流概念的基础上，麦克斯韦建立了由二十个分量方程组成的电磁场方程组．麦克斯韦还采用拉格朗日与哈密顿的数学方法，推导出电磁场的波动方程．方程表明，电场和磁场以波动形式传播，二者相互垂直并都垂直于传播方向．若在空间某一区域中的电场发生了变化，在它邻近的区域就会产生变化的磁场；这个变化的磁场又会在较远的区域产生变化的电场，变化的电场与变化的磁场不断相互产生，就会以波的形式在空间散开，即以波的形式传播，称为电磁波．电场与磁场具有不可分割的联系，是一个整体，即电磁场．在麦克斯韦推出的方程中，他引入了一个电磁场能量方程，他指出，在超距作用理论中，能量只能存在于带电体、电路和磁体中，而根据新的理论，能量则存在于电磁场和这些物体中．这样，能量就被定域于整个电磁场空间，从而深刻地揭示了电磁场的物质实在性．它同时还说明了电磁波就是能量的传播过程．从平面电磁波的定量研究中，麦克斯韦证明了决定电磁波传播速度的“弹性模量”与电介质的性质相联系，“介质密度”与磁介质的性质相联系，从而求出了电磁波的传播速度公式，得到了与《论物理的力线》中相同的结论，即真空中电磁波的速度恰好等于光速，这使麦克斯韦得出了：“光是一种按照电磁定律在场内传播的电磁扰动”的结论．1868年，麦克斯韦发表了一篇论文《关于光的电磁理论》，明确地创立了光的电磁学说．他说：“光也是电磁波的一种，光是一种能看得见的电磁波．”这样，麦克斯韦就把原来相互独立的电、磁和光都统一起来了，成为十九世纪物理学上实现的一次重大理论综合．1873年麦克斯韦出版电磁理论的经典着作《论电和磁》在这部着作中，麦克斯韦对电磁理论作了全面系统和严密的论述，并从数学上证明了方程组解的唯一性，从而表明这个方程组是能够精确地反映电磁场的客观运动规律的完整理论．这样，经几代人的努力，电磁场理论的宏伟大厦终于建立起来了，从而实现了物理学史上的第二次理论大综合．三、麦克斯韦方程组的内容麦克斯韦在1864年发表的着名论文《电磁场的动力学理论》一文中提出了一套完整的方程组．他最先是以分量形式给出的，而且物理量的名称和符号都与现代采用的不一样．经后人加以整理，电磁场的方程得到进一步完善，形成如今称为麦克斯韦方程组的形式．1．麦克斯韦方程组的微分形式流密度．2．麦克斯韦方程组的积分形式三个描述介质性质的方程式．对于各向同性介质来说，有：=εrε0=μrμ0=σ式中εr，μr和σ分别是介质的相对介电常数相对磁导率和电导率．总结麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。
麦克斯韦与电磁场理论的创立
麦克斯韦与电磁场理论的创立摘要：麦克斯韦是科学史上最伟大的物理学家之一，他的电磁场理论被誉为19世纪的电磁学史上的一座丰碑，他不但将全部电磁现象所服从的规律概括为我们所熟知的麦克斯韦方程组，而且还预言了电磁波的存在。
他所完成的不朽著作《电磁场通论》，对当代物理学家甚至对以后几代物理学家来说都是一个伟大而又不易达到的丰碑。
同时，麦克斯韦对科学之外的远见卓识和物理学领域一样令人惊叹。
关键词：麦克斯韦麦克斯韦方程组电磁波《电磁场通论》Maxwell and The Creation of ElectromagneticField TheoryAbstract:The history of science Maxwell is one of the greatest physicist of his electromagnetic theory of electromagnetism known asthe 19th-century history of a monument, not only he will obey all thelaws of electromagnetic phenomena summarized as Maxwell's equationswe know group, but also predicted the existence of electromagnetic waves. Completed his monumental book "General Theory of Electromagnetic Fields", and even after several generations of contemporary physicists for physicists, is a great and easy to reach the monument. Meanwhile, Maxwell on the science of physics beyond thefield of vision and the same is amazing.Keywords: Maxwell Maxwell's equations Electromagnetic waves "General Theory of Electromagnetic Fields"目录1 引言 (3)2 麦克斯韦的初期经历 (3)3 划时代的三篇论文 (6)3.1论文的前期准备 (6)3.2《论法拉第的力线》的发表 (7)3.3《论物理力线》的发表——位移电流 (8)3.4《电磁场的动力学理论》 (9)4 格伦莱尔的悠闲与《电磁场通论》的出版 (10)4.1格伦莱尔的悠闲 (10)4.2 《电磁场通论》的创作 (11)5 麦克斯韦电磁理论对后世的影响 (12)结论 (13)致谢 (14)参考文献 (15)麦克斯韦与电磁场理论的创立一、引言:1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，这标志着电磁学的开始；随后法国物理学家安培在奥斯特实验的基础上于1820年至1827年创立了超距论的电动力学；1831年，英国物理学家法拉第）发现电磁感应定律；1845年至1846年，德国物理学家纽曼和韦伯发展了安培的电动力学，创立了德国电动力学体系，在欧洲大陆风靡一时。
物理学的革命——麦克斯韦电磁场理论的建立
物理学的革命——麦克斯韦电磁场理论的建立科学理论，是人类智慧活动最璀璨的结晶。
一项重大的科学发现，往往不是一个人、一代人所能完成的，需要许多人甚至几代人的共同努力。
电磁理论的构建和统一就是一场伟大的接力跑。
法拉第的力线思想电荷之间、磁极之间及电流元之间的相互作用，跟质点之间的万有引力一样，都不是接触力，而且同样遵守着“力的大小与距离平方成反比的规律”（简称平方反比律），就像四个孪生兄弟一样。
对于万有引力，牛顿认为，物体间的相互吸引力的传递，是不需要通过任何介质、不需要时间。
在电磁学的发展过程中，许多著名的物理学家如富兰克林、库仑、安培也认为电荷间的相互作用是超距的。
法拉第研究了电介质对电力作用的影响，认识到这一影响表明电力不可能是超距作用。
而是通过电介质状态的变化进行作用传递，即使没有电介质，空间也会产生某种变化。
他从广泛的实验研究中提出：电荷和磁体周围并不是空无一物，而是存在着一种由电荷和磁体本身产生的连续的介质，通过这种介质传递着电磁相互作用。
法拉第把这种看不见、摸不着的介质称为场。
迈克尔·法拉第（Michael Faraday，1791年9月22日～1867年8月25日），英国物理学家、化学家法拉第这种深邃的物理思想，未能用数学形式表达，但是他凭借着丰富的想象力，构想出“力线”这种形象化的表示方法。
他认为电荷和磁极周围的空间充满了力线，靠力线（包括电力线和磁力线）将电荷（或磁极）联系在一起。
力线就像是从电荷（或磁极）发出，又落到电荷（或磁极）的一根根橡皮筋一样。
W.汤姆生这样评价道：“在法拉第的许多贡献中，最伟大的一个就是力线概念了，我想借助它就可以把电场和磁场的许多性质以最简单而极富启发性地表示出来”。
等量异种电荷的电场线条形磁铁周围的磁感线法拉第的力线思想实际上就是场的观念，场观念是牛顿时代以来在物理学概念、基础理论方面最重要的变革，它打破了当时传统的超距作用的观念，把近距媒介作用的观念引进了物理学，对于电磁学及整个物理学的发展都产生了深远的影响。
麦克斯韦电磁场理论的提出
麦克斯韦电磁场理论的提出背景在论文《论法拉弟力线》发表后不久，麦克斯韦就认识到对各种力线的类比，只能对各种物理现象的共性作出几何学的抽象，它很容易掩盖电磁场的特殊性质。
例如，根据伯努利方程，流线最密的地方压力最小；而根据法拉第的假设，磁力线有纵向收缩和横向扩张的趋势，因而磁力线最密的地方场强最大。
麦克斯韦还从电解质的运动认识到电的运动是平移运动，而从光偏振面的磁致旋转现象认识到磁的运动好像是介质中分子的旋转运动。
因此，电磁现象有别于流体力学现象，电与磁也各有其特殊的性质。
工作过程在1861－1862年发表的第二篇电磁学论文《论物理力线》中，麦克斯韦开始从物理的角度去研究法拉第力线，并取得了对电磁现象认识的决定性突破，为最终创立电磁场理论奠定了基础。
麦克斯韦希望从某种介质的结构以及它所产生的张力和运动，来说明观察到的电磁现象。
麦克斯韦从1856年W.汤姆孙关于磁具有旋转的性质的思想中受到启发，借用了“分子涡旋”（molecular vortices）概念，将磁旋转假设从普通的介质引伸到以太，构筑了一个场的机械性质的模型——“电磁以太模型”：充满空间的介质在磁作用下具有旋转的性质，即规则地排列着许多分子涡旋（在真空中则是涡旋以太）；它们以磁力线为轴形成涡旋管，涡旋管转动的角速度正比于磁场的强度H，涡旋介质的密度正比于介质的磁导率μ。
在论文的第一部分“应用于磁现象的分子涡旋理论”中，法拉第关于力线的应力性质得到了很好的说明：涡旋管旋转的离心效应，使管在横向扩张，同时产生纵向收缩。
因此磁力线在纵向表现为张力，即异性磁极的吸引；在横向表现为压力，即同性磁极的排斥。
在论文的第二部分“应用于电流的分子涡旋理论”中，揭示了电场变化与磁场变化之间的关系。
首先要解决的是模型的一个缺陷：相互紧密邻接的涡旋管的表面是沿相反方向运动的，因而必然会互相妨碍对方的运动。
所以麦克斯韦设想相邻涡旋管之间充填着一层起惰轮（idle wheels）或滚珠轴承作用的微小粒子。
麦克斯韦(1831-1879) 英国物理学家。经典电磁理论的奠
Maxell方程组
麦克斯韦（1831-1879） 英国物理学家。经典 电磁理论的奠基人, 气体 动理论创始人之一。①提 出了有旋场、位移电流的 概念, 建立了经典电磁理 论；②预言了以光速传播 的电磁波的存在。 ③在 气体动理论方面, 提出了 气体分子按速率分布的统 计规律。
1865年麦克斯韦在总结前人工作的基
L S2
L
-
S2
+ + + +
I
dD + - dt +
I
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D
+ + jc +
dq d(S ) d Ic S dt dt dt d dD d jc D dt dt dt
B
A I
D SD
D jd t
dD d D Ic S dt dt
础上，提出完整的电磁场理论。他的主要 贡献是提出了“有旋电场”和“位移电流” 两个假设，从而预言了电磁波的存在，并 计算出电磁波的速度（即光速）。
c 1 1 8.85 10 12 4 10 7 2.9994 10 12
0 0
1888年赫兹的实验证实了他的预言。麦克斯韦 理论奠定了经典动力学的基础，为无线电技术和现
I d 1.1A
5
0 r dQ B 2 2 πR dt
代入数据计算得
B 1.1110 T
二
电磁场
麦克斯韦电磁场方程的积分形式
静电场高斯定理 静电场环流定理
稳衡磁场高斯定理
B ds 0
S
l
D ds q S E dl 0
l
麦克斯韦建立电磁场理论的三篇论文
北大物理学院 王稼军
历史回顾
十九世纪四十年代 电磁学的一些在特殊条件下的基本定律已 经相继发现 早期的电磁理论 Thomson、Helmholtz的类比研究 数学理论已趋成熟
建立电磁场理论的时机成熟
早期的电磁理论
18——19世纪的大部分时间内，超距作用 观点在物理学中占踞着统治地位。一些持 超距作用观点的物理学家对物理学的发展 作出过许多重要的贡献。 如Coulumb、 Ampere、Neumann、 Weber 等
讨论
Neumann在安培的电流相互作用思想的基础上，
考虑电流的相互作用势能得出电磁感应定律 把感应电动势用电动力学势a表示出来 a 只是运算中代替一积分的辅助量，没有明确的 物理意义 理论中，无须考虑线圈周围的情况，把感应电动 势归结为两个电流相互作用时电动力学势变化率 的积分，这样他就把电磁感应定律纳入了超距作 用的电动力学体系。 引入电动力学势是一个重要的贡献，在电磁学理 论中起着重要的作用
且与
0 , 0
联系得到
c 3 108 m / s
模型的作用
有人说Maxwell的工作离奇、荒诞 但他通过这样的模型作为手段找到
了自己还觉得可信的物理量之间的 联系，找到后，他再也不提这个模 型了
第三篇文章
明确宣告他提出的理论可以称为
“电磁场的理论” 给出了20个方程，20个变量
“感应电动力”
1861年，他对磁场变化产生感应电动
势的现象作深入分析，认识到： 即使不存在导体回路，变化的磁场也 会在周围激发一种场——感应电场或 涡旋电场，区别感生和动生；
经典电磁场理论的建立和发展及其重要意义
经典电磁场理论的建立和发展及其重要意义电子13班肖青秀2110501112电磁场理论的产生是物理学史上划时代的里程碑之一，电磁场理论体系的核心是麦克斯韦方程组，麦克斯韦全面总结电磁学研究的全部成果，建立完整的电磁场理论体系，完成物理学的又一次大综合，他的理论成果为现代无线电电子工业奠定理论基础。
1 经典电磁场理论体系完整的电磁场理论包括：1）麦克斯韦方程组：它是在库仑定律、毕奥-萨法尔定律、法拉第电磁感应定律以及麦克斯韦提出位移电流假说的基础上建立起来的。
它反映了电磁场的运动规律。
变化的电场和磁场可以互相激发而在空间独立存在。
由此，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并预言了光是一种电磁波。
不随时间变化，则为静态场。
若电磁场的若电磁场很慢，则为拟稳场，说明市电在小尺度上可以用直流电路的计算方法。
麦克斯韦方程组的建立是物理系史上的第三次大综合。
2）洛伦兹力密度公式：它反映了电荷、电流受到的电磁场的作用力。
3）电荷守恒定律：它反映了自然界中关于电荷守恒的一个基本规律。
4）介质的电磁性质方程：它反映了物质在电磁场的作用下的性质，还反映了介质的结构。
以上四点构成了完整的电磁场理论。
经典电磁场理论体系的核心是麦克斯韦方程组。
在方程组中，电场和磁场相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。
麦克斯韦方程组的积分形式：其中：1）式描述了电场的性质，即电场的高斯定理。
2）式描述了磁场的性质，即磁场的高斯定理。
3）式描述了变化的磁场激发感生电场的规律。
4）式描述了变化的电场激发磁场的规律。
此外，还要加上电磁场量和表征介质电磁特性的量之间的关系：麦克斯韦方程组概括了电磁场的基本性质和规律，构成完整的经典电磁场理论体系，它不仅是整个宏观电磁理论的基础，而且也是许多现代电磁技术的理论基础。
麦克斯韦的电磁理论充分体现了物理概念创新、逻辑体系严密、数学形式简单优美、电场与磁场以及时间与空间的明显对称等明显的特点。
2 经典电磁场理论建立的过程以麦克斯韦方程组为核心的经典电磁理论，是由伟大的英国科学家麦克斯韦提出的，但在该理论建立的过程中凝结着无数各国科学工作者的科研成果，探究经典电磁场理论建立的过程及指导思想对科学探索研究仍然具有重要作用。
麦克斯韦的电磁理论
麦克斯韦的电磁理论
1864年，爱尔兰科学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell）颠覆了物理学的世界，发表了史上重要的论文《原理的大致解释》。
在这篇论文中，他提出了他的电磁学理论，打开了物理学世界的大门。
这一理论在几百年以来已经成为物理学界最为基本的基础理论。
他第一次把电磁学从机械学中抽出来，分析它们之间的关系，提出了电磁学的主要原理，开创了电磁学的新纪元，建立起一个完整的电磁学的理论框架。
麦克斯韦的电磁学理论建立在以电场和磁场为基础的特殊相对论框架上，是物理学史上最重要的理论之一，也是物理学家今天运用最多的理论之一。
首先，麦克斯韦提出了两个重要的假设。
一是电场和磁场可以以不同形式发出，比如电流源、磁流源等；二是电场和磁场之间存在一种互相作用（可能不存在介质），即磁场可以产生电场，电场也可以产生磁场，电磁学的重要原理就是这样的。
麦克斯韦的电磁学理论最重要的实际应用之一是量化传播，而他提出的“电磁波”理论是量化传播的重要基础，它预言了电波和磁波的存在，改变了物理学的历史。
除了量化传播外，按照麦克斯韦的电磁学理论，电磁场也可以实现能量传输，这种能量传输被称作电磁辐射，是人们现代日常生活中用得最多的能量传输方式之一，应用范围也最广泛。
此外，电磁学理论也是物理学家进行重离子体研究、粒子物理学
研究以及量子物理学研究的重要基础，是物理学家进行各种前沿研究的重要工具。
因此，麦克斯韦的电磁学理论既是物理学的基础理论，也是我们现代日常生活中重要的技术和科学基础，它对我们的社会发展起着非常重要的作用。
没有麦克斯韦的电磁学理论，我们无法说这个世界发展到今天，我们今天的世界完全不同于几百年前。
高二物理麦克思韦电磁场理论
1-75
6
第四节 麦克斯韦电磁场理论的建立 二.电磁场也是物质 电磁场物质性的表现：
1.电磁场可以给处于场中的电荷以力的作用； 2.电磁场可以对外做功，说明电磁场具有能； 3.电磁感应等现象说明电磁场有与其他物质相互作用的
属性。
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7
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4
；宁波象山出海捕鱼 宁波象山出海捕鱼 ；
不影响其存在和意义。 地址是死的，地点是活的。地址仅仅被用以指示与寻找，地点则用来生活和体验。 安东尼·奥罗姆是美国社会学家，他有个重大发现：现代城市太偏爱“空间”却漠视“地点”。在他看来，地点是个正在消失的概念，但它担负着“定义我们生存状态”的使命。 “地点是人类活动最重要、最基本的发生地。没有地点，人类就不存在。” 其实，“故乡”的全部含义，都将落实在“地点”和它养育的内容上。简言之，“故乡”的文化任务，即演示“一方水土一方人”之逻辑，即探究一个人的身世和成长，即追溯他那些重要的生命特征和精神基因 之来源、之出处。若抛开此任务，“故乡”将虚脱成一记空词、一朵谎花。 当一位长辈说自个儿是人时，脑海里浮动的一定是由老胡同、四合院、五月槐花、前门吆喝、六必居酱菜、月盛斋羊肉、小肠陈卤煮、王致和臭豆腐组合成的整套记忆。或者说，是京城喂养出的那套热气腾腾的 生活体系和价值观。而今天，当一个青年自称人时，他指的一定是户籍和身份，联想的也不外乎“房屋”“产权”“住址”等信息。 前者在深情地表白故乡和生壤，把身世和生涯融化在了“”这一地点里。后者声称的乃制度身份、法定资格和书持有权，不含感情元素和精神成分。 3 让 奥罗姆生气的是他的祖国，其实，“注重空间、漠视地点”的生存路线，在当下中国演绎得更赤裸露骨、如火如荼。 “空间”的本能是膨胀和扩张，它有喜新厌旧的倾向；“地点”的秉性是沉静和忠诚，无形中它支持保守与稳定。二者的遭遇折现在城市变迁中，即城区以大为能、建筑 以新为尚，而熟悉的地点和传统街区，正承受垃圾的命运。其实，任何更新太快和丧失边界的事物，都是可怕的，都有失去本位的危险，都是对“地点”的伤害。像今天的、、，一个人再把它唤作“故乡”，恐怕已有启齿之羞 一方面，大城欲望制造的无边无际，使得任何人都只能消费 其极小一部，没人能再从整体上把握和介入它，没人再能如数家珍地描叙和盘点它，没人再能成为名副其实的“老人”。 另一方面，由于它极不稳定，容颜时时变幻，布局任意涂改，无相对牢固和永久的元素供人体味，一切皆暂时、偶然，沉淀不下故事于是你记不住它，产生不了依赖 和深厚情怀。总之，它不再承载光阴的纪念性，不再对你的成长记忆负责，不再有记录你身世的 功能。 面对无限放大和变奏、一刻也不消停的城市，谁还敢自称其主？ 所有人皆为过客，皆为陌生人，你的印象跟不上它的整容。而它的“旧主”们，更成了易迷路的“新人”，在，许多 生于斯、长于斯的长者，如今很少远离自己的那条街，为什么？怕回不了家！如此无常的城市里，人和地点间已失去了最基本的约定，同一位置，每年、每月、每周看到的事物都闪烁不定，偶尔，你甚至不如一个刚进入它的人了解某一部位的现状，有一回，我说广内大街有家馆子不错， 那个在京开会的朋友摇摇头，甭去了，拆了。我说怎么会呢？上月我还去过啊。朋友笑道，昨天刚好从那儿过，整条街都拆了。我叹息，那可是条古意十足的老街啊。 吹灯拔蜡的扫荡芟除，无边无际的大城宏图，千篇一律的整容模板 无数“地点”在失守，被更弦易帜。 无数“故乡” 在沦陷，被连根拔起。 何止城池，中国的乡村也在沦陷，且以更惊人 的速度坠落。因为它更弱，更没有重心和屏障，更乏自持力和防护性。我甚至怀疑：中国还有真正的乡村和乡村精神吗？ 央视所谓“魅力小镇”的评选，不过是一台走秀，是在给遗墟颁奖。那些古村名镇，只是没来 得及脱旗袍马褂，里头早已是现代内衣或空空荡荡。在它们身上，我似乎没觉出“小镇”该有的灵魂、脚步和炊烟那种与城市截然不同的生活美学和心灵秩序。 天下小镇，都在演出，都在伪装。 真正的乡村精神 那种骨子里的安详和宁静，是装不出来的。 4 “我回到故乡即胜利。” 自然之子叶赛宁如是说。 沈从文也说：“一个士兵要么战死沙场，要么回到故乡。” 他们算是幸运，那个时代，故乡是不死的。至少尚无征兆和迹象，让游子担心故乡会死。 是的，丧钟响了。是告别的时候了。 每个人都应赶紧回故乡看看，赶在它整容、毁容或下葬之前。 当然还有 个选择：永远不回故乡，不去目睹它的死。 我后悔了。我去晚了。我不该去。 由于没在祖籍生活过，多年来，我一直把70年代随父母流落的小村子视为故乡。那天梳理旧物，竟翻出一本自己的初中作文，开篇为《回忆我的童年》。 “我的童年是在乡下度过的。那是一个群山环抱、山 清水秀的村庄，有哗哗的小溪、神秘的山洞、漫山遍野的金银花傍晚时分，往芦苇荡里扔一块石头，扑棱棱，会惊起几百只大雁和野鸭盛夏降临，那是我最快乐的季节。踩着火辣辣的沙地，顶着荷叶跑向水的乐园。村北有一道宽宽的水坡，像一张床，长满了碧绿的青苔，坡下是一汪深潭， 水中趴着圆圆巨石，滑滑的，像一只只大乌龟露出的背，是天然的游泳池 ” 坦率说，这些描写一点没掺假。多年后，我遇到一位美术系教授，他告诉我，30年前，他多次带学生去胶东半岛和沂蒙山区写生，还路过这个村子。真的美啊，他一口咬定。其实不仅它，按美学标准，那个年代 的村子皆可入画，皆配得上陶渊明的那首“暧暧远人村，依依墟里烟。狗吠深巷中，鸡鸣桑树颠”。 几年前，金银花开的仲夏，我带夫人去看它，亦是我30年来首次踏上它。 一路上，我不停地描绘她将要看到的一切，讲得她目眩神迷，我也沉浸在“儿童相见不相识，笑问客从何处来” 的想象与感动中。可随着刹车声，我大惊失色，全不见了，全不见了，找不到那条河、那片苇塘，找不到虾戏鱼溅的水坡，找不到那一群群龟背代之的是采石场，是冒烟的砖窑，还有路边歪斜的广告：欢迎来到大理石之乡。 和于坚一样，我成了说谎者、吹嘘者、幻觉症病人。 5 没有故 乡，没有身世，人何以确认自己是谁、属于谁？ 没有地点，没有路标，人如何称从哪里来、到哪里去？ 这个时代，不变的东西太少了，慢的东西太少了，我们头也不回地疾行，而身后的脚印、村庄、影子，早已无踪。 我们唱了一路的歌，却发现无词无曲。 我们走了很远很远，却忘了 为何出发。 古典之殇 1 “今人不见古时月，今月曾照古时人。” 然而，多少古人有过的，今天的视野中却杳无了。 比如古诗词中的盛大雪况：“隔牖风惊竹，开门雪满山”“夜深知雪重，时闻折竹声” 吾等之辈，虽未历沧海桑田，但一夜忽至的“千树万树梨花开”，还是亲历过的。 满嘴冰激凌的现代孩子，谁堆过雪人？谁滚过雪球？令之捧着课本吟诵“燕山雪花大如席”，会不会牙疼呢？ 没有雪的冬天，还配得上叫“冬”吗？ 流逝者又何止雪？在新辈人眼里，不知所云的“古典”比比皆是 立于黄河枯床上，除了唇干舌燥，除了满目的干涸与皴裂，你纵有天才 想象，又如何模拟出“黄河之水天上来”的磅礴？谁还能托起李太白心中的汪洋与豪迈？除了疑心古人夸饰矫伪、信口开河，还会作何想呢？ 今天的少年真够不幸的。父辈把祖先的文学遗产交其手上，却没法把诞生那些佳句的空间和现场一并予之，当孩子动情地吟哦时，还能找到多少 相配的物境和诗意？如果说，今日中年人，还能使出吃奶的劲去想象一把“落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色”（毕竟其孩提时，大自然尚存一点原汁，他还有残剩的经验可依），那其儿女们，连这点怀旧的资本都没了，连遐想的云梯都搭不起，连残羮都讨不上了。 或许不久后，这般 猜测古文课的尴尬亦不为过 一边是秃山童岭、雀兽绝迹，一边是“两个黄鹂鸣翠柳，一行白鹭上青天”的书声朗朗；一边是泉涸池干、枯禾赤野，一边是“西塞山前白鹭飞，桃花流水鳜鱼肥”的遍遍抄写；一边是霾尘浊日、黄沙漫天，一边是“山光悦鸟性，潭影空人心”的诗情画意这 是何等遥远之追想、何等费力之翘望啊。明明“现场”荡然无存，现实空间中全无对应物，却要少年人硬硬地抒情和陶醉，这岂非无中生有、画饼充饥？这不荒唐、不悲怆么？ 古典场景的缺席，不仅意味着风物之夭折，更意味着众多美学信息与精神资源的流逝。不久，对原版大自然丧 失想象力的孩子，将对古籍中那些伟大的美学华章和人文体验彻底不明就里，如坠雾中。 2 温习一下这随手撷来的句子吧：“水光潋滟晴方好，山色空蒙雨亦奇”“谢公宿处今尚在，渌水荡漾清猿啼” 那样的户外，那样的四季若荷尔德林之“诗意栖息”成立的话，至少这天地洁净乃必 需罢。可它们今天在哪儿呢？那“人行明镜中，鸟度屏风里”的天光明澈、那“长安一片月，万户捣衣声”的皎夜寂静今安在？ 从审美资源上讲，古代要比当今富饶得多、朴素而优雅得多。地球自35亿年前诞现生命以来，约有5亿种生物栖居过，今多已绝迹。在地质时代，物种的自然消 亡极缓鸟类平均300年一种，兽类平均8000年一种。如今呢？联合国环境规划署推测说：上世纪末，每分钟至少一种植物灭绝，每天至少一种动物灭绝。这是高于自然速率上千倍的“工业速度”，屠杀速度！ 多少珍贵的动植物永远地沦为了标本？多少生态活页从视野中被硬硬撕掉？多少 诗词风光如《广陵散》般成了遥远的绝唱？ “蒹葭苍苍，白露为霜”“呦呦鹿鸣，食野之苹”“关关雎鸠，在河之洲”“河水清且涟漪” 每每抚摸这些《诗经》句子，除了对美的隐隐动容，内心总有一股冰凉的颤栗和疼痛。因为这份荡人心魄的上古风情，已无法再走出纸张永远！人类 生活史上最纯真的童年风景、人与自然最相爱的蜜月时光，已挥兹远去。或者说，她已遇难。 由于丧失“现场”，人类正在丧失经典，丧失重温和体验她的能力。我们只能像眺望“月桂娥影”一样待之，却不再真的拥有。 阅读竟成了挽歌，竟成了永诀和追悼，难道不该放声痛哭吗？ 3 语文课本中的诸多游记，无论赏三峡、登黄山，还是临赤壁、游褒禅及徐霞客的足迹除了传递水墨画般的自然意绪，更有着“遗址”的凭吊含义，更有“黄鹤杳去”的祭奠意味。我们在对之阐释时，难 道只会停留在汉语字解上？（比如“蒹葭”“雎鸠”，除了“某植物”“某水鸟”， 再也领略不出别的了？）除了挖掘莫须有的政治伦理，就不为大自然的鬼斧神工而油生敬畏和感激？除了匆匆草草的娱情悦性，就涤荡不出“挥别”的忧愤来？ 我想建议老师：为何不问问孩子，那些美丽的“雎鸠”“鹿鸣”哪儿去了？何以再不见它们的身影？甚至促之去想：假若诗人 来到当代，他又会有何遇？作何感？发何吟？难道，这不会在孩子
电磁理论麦克斯韦方程组的建立与静电力常量的确定
电磁理论麦克斯方程组的建立与静电力常量的确定静电力常量的数值究竟是谁给出的？人教版高中物理选修3-1讲到，在库仑那个年代，无法精确测量物体的电荷量，甚至连电荷量的单位都没有。
课本上接着讲了利用相同金属球分电荷的方法。
下面还有一个注释说，库仑最初的实验是用带电木髓球进行的，并非金属球。
库仑定律那个表达式，是库仑作为假设提出的。
库仑定律表达式中的比例系数的数值和量纲取决于库仑定律表达式中其他物理量的单位。
静电单位制中，比例系数就是个无量纲数1，无需测量。
具体请看任何一本电磁学书里关于电磁学单位制的介绍。
这里主要谈谈国际单位制中的静电力常量。
国际单位制是二十世纪才制定出的，所以静电力常量的数值肯定不是库仑给出的。
那么这个数值的给出者究竟是谁呢？史料中似乎难以寻觅，说明此人很低调。
让我们回顾一下麦克斯韦方程组，看看那个常量究竟是怎么回事，还有就是，它的数值究竟是怎么给出的。
在麦克斯韦建立起以他的名字命名的方程组以前，人们对电磁现象已经有了较好的认识。
对于稳恒情形，人们已经认识到所谓库仑定律和毕奥-萨伐尔定律；非稳恒情形时，则有所谓法拉第电磁感应定律。
库仑定律指出，静电情形时，F=kq1q2／r^2，k为比例系数。
引入电场强度E后，由库仑定律，得到一个微分关系式，▽•E =4πkρ，其中ρ是电荷密度。
▽•E表示E的散度。
上述微分方程中的4π是怎么出来的，请参阅任何一本电动力学或者数学物理方法书籍。
为了使微分方程的形式显得简洁一些，人们令4πk=1／ε0，即k=1／（4πε0）。
显然，如果给出ε0，k也就随之确定了。
这样上述微分方程就成为，▽•E=ρ／ε0稳恒情形下，关于磁感应强度B的毕奥-萨伐尔定律中，也有一个比例系数k’。
出于同样的考虑，令k’=μ0／﹙4π﹚。
注意，μ0在分母上。
把比例系数k，k’写成那样的形式，只是为了使后面的微分方程及相应结论具有简洁的形式，没有什么更特别的原因。
这样，毕奥-萨伐尔定律就写成其中I是电流强度，r是位矢，戴尖帽子的那个r，表示位矢对应的单位矢量。
12.5 麦克斯韦电磁场理论简介
12.5 麦克斯韦电磁场理论简介 麦克斯韦（1831－1879）英国物理学家 经典电磁理论的奠 基人， 气体动理论创始 人之一。 提出涡旋电场 和位移电流概念， 建立 了经典电磁理论，并预 言了以光速传播的电磁 波的存在。
大学物理 第三次修订本
1
第12章 电磁感应与电磁场
大学物理 第三次修订本
2
第12章 电磁感应与电磁场
问题的提出 在由电容器构成的放电回路中 由安培环路定理 S1
L
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R
H dl I
l
j dS
s
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对曲面S1 对曲面S2
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l
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l
矛 盾
在非稳恒电流的磁场中, 对同一环路积 分选取不同的曲面时，环流的值不同。
B
dΦe dt
A I
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S
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4
大学物理 第三次修订本
第12章 电磁感应与电磁场
比较
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d D -
dΦe dt
S
d dt
I
+ + +j jc + D + c - dt
麦克斯韦引入位移电流 位移电流密度 位移电流强度
大学物理 第三次修订本
3
第12章 电磁感应与电磁场
一、 位移电流 设电容器的面积为S, 传导电流为 d d dq Ic
S
dt
dt
jc
dD
dt
在电容器放电时, 极板 上的 面电荷密度 与电位移 矢量相等, 并随时间变化。
麦克斯韦的主要成就是什么
麦克斯韦的主要成就是什么麦克斯韦作为英国著名的物理学家，其一生的成就可谓辉煌，那么麦克斯韦的成就是什么?下面是店铺为你搜集麦克斯韦的成就，希望对你有帮助!麦克斯韦的成就麦克斯韦的成就有很多，最重要的一个成就就是他建立了统一的经典电磁场理论和光的电磁理论，建立这两个理论之后他还曾预言过电磁波的存在。
他把他的理论成果写进了科学巨著《电磁学通论》中，后来《电磁学通论》成为电磁学这门学科的重要基础，值得一提的是，麦克斯韦也把电和磁两个学科内容分开了，并且又大大扩张了电磁学的学科知识。
麦克斯韦的成就也包括他一手建造的卡文迪许实验室，麦克斯韦生前创办的卡文迪许实验室成为现在世界著名的学术中心之一，在这里走出了不可计数的科学家，麦克斯韦为后来物理学的发展做出巨大贡献，培养出了大量人才。
麦克斯韦也独立利用数学统计方法导出了分子运动规律，后人把这个分子运动规律命名为“麦克斯韦速度分布律”，麦克斯韦也创立了定量色度学这门学科，这门学科对于研究土星的光环和视觉理论有着莫大的意义。
其实麦克斯韦的成就也同样包括他更新了电磁学实验理论，他在生前发明了一种新的实验方法，创建了一种新的验证实验的严格理论，并且带领几位科学家一起重复卡文迪许生前的实验，麦克斯韦还把实验精度提高了3个数量级，这个实验是物理学历史上最著名的一个实验之一，他也根据这个理论成功精确验证静电力平方反比定律。
麦克斯韦电磁理论介绍麦克斯韦电磁理论是苏格兰著名的物理学家以及数学家麦克斯韦提出的，它的核心思想是电场会伴随着一定的磁场变化，而磁场的变化也势必会影响着电场的发展，同时，麦克斯韦电磁理论还包括了电学以及磁学的基本定律，像是库仑定律，磁性定律，安培定律，法拉第感应定律等四种定律，并将其结合，研发制定出了麦克斯韦方程组。
而麦克斯韦电磁理论的推出是具有相当重大的意义的，他不断地支配着世界上所有的宏观电磁现象，还可以有效地将各种各样的光学现象用理论框架限制在一定的范围之内，彻底影响了人们对于认知物质世界的思想，可以说麦克斯韦电磁场理论奠定了麦克斯伟在物理学界的重要地位。
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绪论
第一讲：为什么要学习“电磁场与电磁波”课程及该课程的主要内容
第二讲：早期人类对电和磁的认识
第三讲：电和磁的关系
第四讲：电磁理论的建立
电磁理论的建立
富兰克林库伦
奥斯特安培
法拉第
欧姆詹姆斯.克拉克.麦克斯韦
“超距作用”和“近距作用”的问题。
近距作用：相隔一定距离的两个物体之间的作用力必须通过某种中间媒介物质传递。
超距作用：相隔一定距离的两个物体之间存在直接的、瞬时的相互作用，不需要任何媒质
传递，也不需要任何传递时间。
近距作用的代表人物：
法国的哲学家、数学家、物理学
家——笛卡尔。
笛卡尔提出了“以太说”。
1686年，牛顿发表了万有引力定律：2 Mm F G R
整个18世纪和19世纪的前半叶，
超距作用的观点在物理学中居于
统治地位。
牛顿在给一位朋友的信中写道：
“很难想象没有其他无形的媒介，无生命无感觉的物质可以毋须相互接触而对其他物质产生作用和影响。
……引力对于物质是天赋的、固有的和本质的，因此，没有其他东西的媒介，一个物体可超越距离通过真空对另一物体作用，……在我看来，这种思想荒唐之极。
”
122q q F K R 库仑定律：1
q 2
q R 1785年，法国科学家库仑在实验规律的基础上，提出了第一个电学定律：库仑定律。
法拉第提出的“场”和“力线”的概念，
抛弃了超距作用观点，提出了近距作用的主张力线（场线）：
1856~1865年，十年中，麦克斯韦发展了法拉第“场”和“力线”理论，建立了电磁学的系统理论。
并由理论上推论出，空间存在以有限速度传播的电磁波，其波速就是光速。
艾萨克·牛顿
詹姆斯.克拉克.麦克斯韦
电磁理论的完成者：詹姆斯.克拉克.麦克斯韦
1831年生于苏格兰爱丁堡
，其八岁丧母，性格内向孤僻。
16岁，进入爱丁堡大学学习数学和物理，他用三年时间完成了学业。
19岁，麦克斯韦来到人才
济济的剑桥大学三一学院数学系学习。
霍普金斯
霍普金斯曾对他这样评价：
在我教过的所有学生中，
毫无疑问，麦克斯韦是最杰出
的一位。
1854年，23岁的麦克斯韦，毕业留校工作。
他刚毕业不久，就看到了法拉第的著作《电学实验研究》, 立即被书中新颖的实验和见解吸引住了。
他说：“我目前最重要的工作是把法拉第的物理观点用数学表达出来”。
1855年发表的《论法拉第的力线》的论文，在这篇论文中，法拉第的力线概念获得了精确的数学表述。
1860年，麦克斯韦拜访了法拉第，法拉第给他指出了研究的方向。
法拉第麦克斯韦
1862年，麦克斯韦发表了论文《论物理的力线》，在这篇论文中，不但进一步发展了法拉第的思想，他还引入了一个创造性的概念“位移电流”，指出有变化的电场，就存在位移电流。
位移电流的提出是对法拉第电磁感应定律的重大突破。
根据这个假设，麦克斯韦推导出了两个高度抽象的微分方程式，经后来完善，成为麦克斯韦方程组当中的重要方程。
这两个方程揭示了：变化的电场可以产生变化的磁场，变化的磁场又可以产生变化的电场，那么变化的电磁场就会以波的形式向空间散布出去。
由此麦克斯韦预言了电磁波的存在。
1864年，麦克斯韦发表了论文《电磁场的动力学理论》
在这篇论文中，麦克斯韦采用著名的数学家拉格朗日和哈密尔顿的所创立的数学方法，使麦克斯韦方程更加完善；并从中推导出了电场和磁场的波动方程，证明了电磁波的存在，并算出电磁波的速度等于光速，揭示了光的电磁本质。
1865年，麦克斯韦辞职回到家乡，系统地总结关于电磁学的研究成果，经过了八年的艰苦努力，完成了电磁场理论的经典巨著《电磁学通论》，并于1873年出版。
麦克斯韦方程组：C d ()d ∂⋅=+⋅∂⎰⎰⎰l S D H l J S t d d ∂⋅=-⋅∂⎰⎰⎰l S B E l S t d d ⋅=⎰⎰⎰⎰⎰V S V D S V ρd 0⋅=⎰⎰S B S 积分形式C ∂∇⨯=+∂D H J t ∂∇⨯=-∂B E t ∇⋅=V
D ρ0∇⋅=B 微分形式
1871年，麦克斯韦承担了著名的卡文迪什实验室的筹建工作，并担任第一任实验室主任。
该实验室对整个实验物理学的发展产生了极其重要的影响，众多著名科学家都曾在该实验室工作过。
卡文迪许实验室甚至被誉为“诺贝尔物理学奖获得者的摇篮”。
在实验室筹建中，麦克斯韦发现并整理了100年前，卡文迪什在电学研究中大量的实验报告和论文手稿，与1879年出版了《尊敬的亨利•卡文迪什的电学研究》一书。
麦克斯韦指出：这些论文证明卡文迪什几乎预料到电学上所有的伟大事实，这些伟大事实后来通过库仑和法国哲学家们的著作而闻名于科学界。
1879年11月，麦克斯韦因病去世，终年只有49岁。
麦克斯韦生前创建的电磁理论，并没有得到人们的普遍重视，直到他去世的第9年，1887年，赫兹在实验室产生了电磁波，证明了麦克斯韦的电磁理论的正确，才被人们逐渐认可。
这一理论奠定了20世纪的电力工业、电子工业和无线电技术的基础。
1999年，在新千年到来之际，世界著名的英国学术期刊《物理世界》，评选出了有史以来10名最伟大的物理学家。
爱因斯坦牛顿麦克斯韦波尔海伯森
伽利略费恩曼狄拉克薛定谔卢瑟福
1931年，爱因斯坦在麦克斯韦诞辰一百周年的纪念会上说：麦克斯韦的建树是牛顿以来，物理学最深刻和最富有成果的工作。
麦克斯韦标志着一个科学时代的终结和另一个科学时代的开始。