麥克斯韋方程組,為什麼被稱為最美麗的方程組

2021-03-06 23:51:06 字數 5665 閱讀 5500

1樓:劉劉劉小雨

麥克斯韋方程組最經典的美在於,他把

經典電動力學轉化為方程組形式並在人們面前展示出來,而從經典電動力學到方程組形式的轉化可以說是一種近乎完美的對稱性。

麥克斯韋方程的幾個公式可以用一句話來描述。變化的電場可以產生磁場、變化的磁場或電場,所以麥克斯韋用乙個不斷變化的電場作為源,利用電場的變化產生磁場,然後由於磁場的變化產生電場,這些變化之間的關係使得麥克斯韋找到了乙個重要的東西電磁波。

當時,大多數科學家對麥克斯韋評價很高,他們都認為麥克斯韋是一位極具發展潛力的物理學家。他對科學研究的熱愛已經到了痴迷的地步。他把全部精力都集中在電、光和磁的研究上,所以他不在乎自己的身體狀況。

48歲時,他因病去世。麥克斯韋測量出電磁波的速度就是光速,並預言光是一種特殊的電磁波,所有這些都有劃時代的定義。後來,為了找出誰是光速的媒介,我們開始了討論。

後來愛因斯坦的相對論指出,介質中的光速就是光速,因此麥克斯韋方程組總結了電磁學的內容及其推廣應用,為以後的研究開闢了方向。

麥克斯韋的電磁理論在物理學領域具有劃時代的意義。不幸的是,麥克斯韋本人沒有時間證明他的理論的準確性。這些因素包括客觀因素和主觀因素。

在當時的科研環境下,麥克斯韋不能更精確地從事電磁研究,即使他的理論不完善,也不能影響人們對麥克斯韋的評價,因此,對於麥克斯韋方程的美,我們可以將經典的電動力學形式完全轉化為方程形式,這是最具有對稱美的美學價值。就像愛因斯坦曾經提出的愛因斯坦物理理論一樣,它應該具有對稱性,相對主義可以具有對稱性的美學因素,所以麥克斯韋方程可以具有這種美的完美對稱性。

2樓:你罵我我吃虧

因為這個方程組推算出來的公式,是非常對稱美的。

3樓:四十隻獅

因為他的方程組解題方式非常的有意義,有樂趣,所以被稱為最美麗的方程組。

4樓:他咯兔卡

這是因為這個方程組可以推出很多的東西,所以被稱為是最美麗的方程組。

5樓:匿名使用者

麥克斯韋方程組,看似簡單,但是能衍生出很多其它的方程

6樓:轉身回眸之間

根據麥克斯韋方程組畫出來的影象都是很具有美感的。

7樓:不羨仙

於物理和數學兩個方面.物理上,完全解釋了(經典)電磁現象的根源。

8樓:c2百賬號

因為麥克斯方程組在當時是很高的成就,為後來的發展奠定了基礎。

9樓:浪子乙個寶寶

在這種新的表示方法裡, 電場e的散度可以被寫成這樣: ▽·e,所以我們就可以用這個東西替換掉方程左邊 div(e)

麥克斯韋方程組為什麼叫做「方程組」?

10樓:匿名使用者

額……難道管理不用學高數麼~我不知道啦……我才高二,不過我把高數和大學物理都學完了,這個方程組嘛……算是比較複雜的偏微分方程吧~微分方**的和小學的方程很不同……方程中表示的是乙個函式(在個方程組中是多元函式)的一些區域性特徵,根據這些特徵可以求解出滿足微分方程要求的一條(或若干條)的「函式」而不是「數字」~也就是說微分方程解出來的是函式而不是數字……(我想函式你應該懂吧)……這四條東西具體說的是電場和磁場中的高斯定理、安培環路定理、以及法拉第電磁感應定律。用這一組方程,知道某個初始狀態和變化條件,理論上可以解出任何一時刻空間中任何位置的電磁場的分布情況。恩~不過說實在的你有點小器,居然不給懸賞,滿意答案的話給我追加啊呵呵~

11樓:匿名使用者

我是物理專業的,來說一下。雖然稱那四個方程為麥克斯韋方程組,但是它只是電磁學中各種規律的高度總結,即:法拉第電磁感應定律,麥克斯韋位移電流假說,高斯定理和安培環路定理,多用微分方程表示。

其實質是放在一起的四個方程,並不是各種情況下四個式子都要用到或四個式子必然發生聯絡,這和我們平時所說的方程組的意思不太一樣。

比如說對於只有靜電場的情況,那就只用高斯定理就可以了,它包含了靜電現象的各種規律,在不同的情況下表現為不同的形式。

如果是研究電生磁或磁生電的問題,或電磁場的規律等,則要用到法拉第電磁感應定律和麥克斯韋位移電流假說兩個式子。

麥克斯韋方程組內涵及其豐富,表面上看是四個規律,其實在不同的情況下表現為不同的定理。就先說這些吧,現在一定明白了吧?

12樓:匿名使用者

實際上,方程組等式兩邊不知道你研究過沒有。左邊給出了空間中電磁場滿足的條件,例如在介質中或真空中的情況。方程右邊給出了你所研究空間的電荷或電流源的分布情況。

麥克斯韋方程組的特點是有積分,微分等形式(我一共學了四種)。還有最神奇的地方是根據不同的電荷或電流的分布情況,只要改變方程組右邊的值,就可求出該電磁場的表示式(當然是對於數理方程可求解析解的少數幾種)。研究的各種場,包括真空中的,介質中的,導體中的,均可求。

而且麥式方程組還有數學上的對稱。

我只知道這些,本人是學通訊工程的,並不是學純物理的,專業課學過一些皮毛。

13樓:匿名使用者

這個並不是像小學中學數學的方程組求解,目的也不是為了求解,而是研究各變數之間的關係。管理學中也應該有類似的公式什麼的吧

14樓:匿名使用者

因為是4個方程,所以叫方程組,就這麼簡單= =.

15樓:匿名使用者

4個方程不就是方程組嗎

麥克斯韋方程組的歷史地位與應用

16樓:

[4] 與此文有關的觀點可以參見周劍銘「中國傳統文化的二個難題與中西文化的命運」和「論中國思想」系列文章。

17樓:百度使用者

關於靜電場和穩恆磁場的基本規律,可總結歸納成以下四條基本定理:

靜電場的高斯定理:

靜電場的環路定理:

穩恆磁場的高斯定理:

磁場的安培環路定理:

上述這些定理都是孤立地給出了靜電場和穩恆磁場的規律,對變化電場和變化磁場並不適用。

麥克斯韋在穩恆場理論的基礎上,提出了渦旋電場和位移電流的概念:

1. 麥克斯韋提出的渦旋電場的概念,揭示出變化的磁場可以在空間激發電場,並通過法拉第電磁感應定律得出了二者的關係,即

上式表明,任何隨時間而變化的磁場,都是和渦旋電場聯絡在一起的。

2. 麥克斯韋提出的位移電流的概念,揭示出變化的電場可以在空間激發磁場,並通過全電流概念的引入,得到了一般形式下的安培環路定理在真空或介質中的表示形式,即

上式表明,任何隨時間而變化的電場,都是和磁場聯絡在一起的。

綜合上述兩點可知,變化的電場和變化的磁場彼此不是孤立的,它們永遠密切地聯絡在一起,相互激發,組成乙個統一的電磁場的整體。這就是麥克斯韋電磁場理論的基本概念。

在麥克斯韋電磁場理論中,自由電荷可激發電場 ,變化磁場也可激發電場 ,則在一般情況下,空間任一點的電場強度應該表示為

又由於,穩恆電流可激發磁場 ,變化電場也可激發磁場 ,則一般情況下,空間任一點的磁感強度應該表示為

因此,在一般情況下,電磁場的基本規律中,應該既包含穩恆電、磁場的規律,如方程組(1),也包含變化電磁場的規律,

根據麥克斯韋提出的渦旋電場和位移電流的概念,變化的磁場可以在空間激發變化的渦旋電場,而變化的電場也可以在空間激發變化的渦旋磁場。因此,電磁場可以在沒有自由電荷和傳導電流的空間單獨存在。變化電磁場的規律是:

1.電場的高斯定理 在沒有自由電荷的空間,由變化磁場激發的渦旋電場的電場線是一系列的閉合曲線。通過場中任何封閉曲面的電位移通量等於零,故有:

2.電場的環路定理 由本節公式(2)已知,渦旋電場是非保守場,滿足的環路定理是

3.磁場的高斯定理 變化的電場產生的磁場和傳導電流產生的磁場相同,都是渦旋狀的場,磁感線是閉合線。因此,磁場的高斯定理仍適用,即

4.磁場的安培環路定理 由本節公式(3)已知,變化的電場和它所激發的磁場滿足的環路定理為

在變化電磁場的上述規律中,電場和磁場成為不可分割的乙個整體。

將兩種電、磁場的規律合併在一起,就得到電磁場的基本規律,稱之為麥克斯韋方程組,表示如下

上述四個方程式稱為麥克斯韋方程組的積分形式。

將麥克斯韋方程組的積分形式用高等數學中的方法可變換為微分形式。微分形式的方程組如下

上面四個方程可逐一說明如下:在電磁場中任一點處

(1)電位移的散度 等於該點處自由電荷的體密度 ;

(2)電場強度的旋度 等於該點處磁感強度變化率 的負值;

(3)磁場強度的旋度 等於該點處傳導電流密度 與位移電流密度 的向量和;

(4)磁感強度的散度 處處等於零。

麥克斯韋方程是巨集觀電磁場理論的基本方程,在具體應用這些方程時,還要考慮到介質特性對電磁場的影響,

即 ,以及歐姆定律的微分形式 。

方程組的微分形式,通常稱為麥克斯韋方程。

在麥克斯韋方程組中,電場和磁場已經成為乙個不可分割的整體。該方程組系統而完整地概括了電磁場的基本規律,並預言了電磁波的存在。

應用麥克斯韋方程組

maxwell's equations

描述電磁場性質、特徵和運動規律的一組方程。19世紀中葉,描述電磁現象的基本實驗規律:庫侖定律、畢-薩-拉定律、安培定律、歐姆定律、法拉第電磁感應定律等已經先後得出,建立統一電磁理論的課題擺在了物理學家面前。

以w.韋伯、f.e.

諾埃曼為代表的超距作用電磁理論把各種電磁作用歸結為庫侖力和運動電荷之間的作用力(韋伯力),認為是超越空間無需媒質傳遞也無需傳遞時間的直接作用 。這種理論雖然統一地解釋了靜電現象、電流相互作用和電磁感應,但是既未能提出任何有價值的預言,又存在機制上的根本困難,終於成為歷史的遺跡。

j.c.麥克斯韋繼承了m.

法拉第的近距作用觀點,認為電磁作用是以場為媒介傳遞的,需要傳遞時間,把客觀存在的場作為研究物件,從而開闢了物理學研究的新天地。麥克斯韋審查了當時已知的全部電磁學定律、定理的基礎,提取了其中帶有普遍意義的內容,拓寬了它們的成立條件。麥克斯韋提出了有旋電場的概念和位移電流的假設,揭示了電磁場的內在聯絡和相互依存,完成了建立電磁場理論的關鍵性突破。

麥克斯韋熟練地運用了當時正在發展的向量分析,找到了表述電磁場 (空間連續分布的客體)的適當數學工具 。2023年麥克斯韋終於建立了包括電荷守恆定律、介質方程以及電磁場方程在內的完備方程組。後經h.

r.赫茲、o.亥維賽、h.

a.洛倫茲等人進一步的加工,得出了下述電磁場方程組——麥克斯韋方程組 (採用國際單位制):式中左、右列分別是方程組的積分、微分形式;e、b、d、h分別是描述電場(指帶電體產生的電場與變化磁場產生的有旋電場之和)和磁場(指電流產生的磁場與變化電場即位移電流產生的磁場之和)的電場強度、磁感應強度、電位移、磁場強度;q、ρ為自由電荷、自由電荷體密度;i、j為傳導電流強度和傳導電流密度。

四個公式分別是電場、磁場的高斯定理、電磁感應定律以及安培環路定理。成立條件拓寬了,最為關鍵的是第四式中補充了位移電流密度項。

和e、b和h、j和e的關係稱為介質方程,對於線性各向同性介質,介質方程為:式中ε、μ、σ分別是介質的電容率 (介電常量)、磁導率和電導率。介質方程與上述電磁場方程組聯立,構成完備的方程組。

麥克斯韋方程組關於電磁波等的預言為實驗所證實,證明了位移電流假設和電磁場理論的正確性。這個電磁場理論對電磁學、光學、材料科學以及通訊、廣播、電視等等的發展都產生了廣泛而深遠的影響。它是物理學中繼牛頓力學之後的又一偉大成就。

參考資料

Maxwell麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組分別有哪幾個方程

去問你們老師,看教材吧,不是一兩句話說的清楚的。高斯定律描述電場是怎樣由電荷生成。電場線開始於正電荷,終止於負電荷。計算穿過某給定閉曲面的電場線數量,即其電通量,可以得知包含在這閉曲面內的總電荷。更詳細地說,這定律描述穿過任意閉曲面的電通量與這閉曲面內的電荷之間的關係。2.高斯磁定律表明,磁單極子實...

麥克斯韋方程組及其應用麥克斯韋方程組的使用

maxwell s equations 描述電磁場性質 特徵和運動規律的一組方程。19世紀中葉,描述電磁現象的基本實驗規律 庫侖定律 畢 薩 拉定律 安培定律 歐姆定律 法拉第電磁感應定律等已經先後得出,建立統一電磁理論的課題擺在了物理學家面前。以w.韋伯 f.e.諾埃曼為代表的超距作用電磁理論把各...

用麥克斯韋方程組推導光速的方法

在大學物理或電磁學裡面有詳細推導,這裡很難貼出全部的的推導過程,因為都是大量的數學公式,起碼講解半節課,甚至一節課。大致的過程是,從麥克斯韋方程組的微分形式出發,再次求空間導數,可以得到e b的波動方程,即,存在 電波和磁波,統稱電磁波,速度 1 根號 介電常數 磁導率 正好等於光速。麥克斯韋只是作...