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麦克斯韦方程

麦克斯韦方程是英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。

目录

在麦克斯韦方程组中,E和B是电磁场的基本物理量,它们代表介质中总的宏观电磁场,而D和H只是引进的两个辅助场量.E和D、B和H的关系与电磁场所在物质的性质有关。对于各同性线性物质,它们有如下简单关系:

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应用

麦克斯韦利用这四个方程计算出了电磁波的传播速度,并发现电磁波的速度与光速相同。于是他预言光的本质是电磁波,后由赫兹由实验证明这一预言的正确性。

从麦克斯韦方程组,可以推论出光波是电磁波。麦克斯韦方程组和洛伦兹力方程是经典电磁学的基础方程。从这些基础方程的相关理论,发展出现代的电力科技与电子科技。

历史

虽然有些历史学家认为麦克斯韦并不是现代麦克斯韦方程组的原创者,在建立分子涡流模型的同时,麦克斯韦的确独自地推导出所有相关的方程。现代麦克斯韦方程组的四个方程,都可以在麦克斯韦的1861年论文《论物理力线》、1865年论文《电磁场的动力学理论》和于1873年发行的名著《

James Clerk Maxwell 公元1831——公元1879

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦是伟大的英国

扩展物理学中,弯曲时空中的麦克斯韦方程组制约着弯曲时空(其间的度规可能不是闵可夫斯基性的)中的电磁场的动力学。它们可以被认为是真空中的麦克斯韦方程组在广义相对论框架中的扩展,而真空中的麦克斯韦方程组只是一般化的麦克斯韦方程组在局部平直时空中的特殊形式。但由于在广义相对论中电磁场本身的存在也会引起时空的弯曲,因此真空中的麦克斯韦方程组应被理解为一种出于方便的近似形式。 微观这种形式的麦克斯韦方程组仅仅对真空情形下的麦克斯韦方程组有用,这也被称作“微观”麦克斯韦方程组。对于宏观上与各向异性的物质相关的麦克斯韦方程组,物质的存在会建立一个参考系从而使方程组不再是协变的。 几何描述都是一样的电磁场本身要求其几何描述与坐标选取无关,而麦克斯韦方程组在任何时空中的几何描述都是一样的,而不管这个时空是否是平直的。同时,当使用非笛卡尔的局部坐标时平直闵可夫斯基空间中的方程组会做同样的修改。例如本条目中方程组可以写成球坐标中的麦克斯韦方程组的形式。基于上述原因,更好的理解方法是将闵可夫斯基空间中的麦克斯韦方程组理解为一种特殊形式,而非将弯曲时空中的麦克斯韦方程组理解为一种相对论化的推广。

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