麦克斯韦方程读书笔记

浅析人类对光的探索历程

本科学年论文 学院物理电子工程学院 专业物理学 年级 姓名 论文题目浅析人类对光的探索历程 指导教师职称 成绩 年月日

目录 摘要 1 关键词 1 Abstract 1 Keywords 1 引言 1 1 日常生活中的一些光学现象 1 2 人类早期发现的基本光学现象 1 3 光本质的探索过程 2 3.1波动说和微粒说 2 3.2光的电子假说和证明 4 3.3爱因斯坦的光量子理论5 4 光在现代科学技术上的应用 6 4.1光纤通信6 4.2激光技术7 参考文献7

浅析人类对光的探索历程 摘要：光在日常生活中应用广泛，本文仅就人类对光的探索历程和光在现代科学技术中的应用进行分析。 关键词：光；本质；探索;应用 Analyses the human light exploring course Abstract ：Light in daily life has been widely used , In this paper , only the human light exploring course of light in application of modern science and technology is analyzed . Key words ：Light; Essence; Explore; Application 引言 我们生活的世界五彩斑斓，各种事物都呈现出不同的色彩，这些都是光作用的结果。光与人们的生活息息相关，不仅展现事物绚丽多姿的一面，也为我们提供了生存所需的能量。自古以来人们探索光的脚步就从未停下，从简单的小孔成像到激光技术的发展应用，这个漫长的历程中留下了许多前人智慧的结晶。 1.日常生活中的一些光学现象 光学现象在日常生活中应用广泛，如眼镜、显微镜、望远镜、平面镜等应用的是光的折射和反射原理。雨后美丽的彩虹，也是由于阳光射到空中的水滴里，发生反射与折射造成的，我们知道，当太阳光通过三棱镜的时候，前进的方向会发生偏折，而且把原来的白色光线分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光带。下过雨后，有许多微小的水滴漂浮在空中，当阳光照射到小水滴上时会发生折射，分散成7种颜色的光。很多小水滴同时把阳光折射出来，再反射到我们的眼睛里，我们就会看到一条半圆形的彩虹，彩虹的色带分明，红的排在最外面，接下来是橙、黄、绿、青、蓝、紫6种颜色。 2．人们早期发现的基本光学现象 我国春秋战国时期《墨经》就记载了光影的形成、针孔成像和光的镜面反射等现象，墨子和他的学生做了世界上最早的小孔成像实验，并对实验结果做出了光沿直线传播的科学解释。在希腊数学家欧几里德在他的《光学》著作中总结了当时已有的关于光现象的知识和猜测,提出了光的反射定律。[1] 在漫长的历史进程中,人们逐渐认识到光的直线传播、反射和折射等现象,了解到光线来自于物体,光以球面形式从光源发出,发明了凸透镜、凹面镜，以及它们的成像规律。从16 世纪到18 世纪近300年的时间里,人们建立了完备光的反射定律和折射定律[1]。发明了光学仪器,如望远镜、显微镜等。 3.光本质的探索过程 3.1波动说和微粒说 十七世纪中期科学界曾创建了对于光的本质认识的学说，其中之一认为光是极为微小的粒子，因而称为“微粒说”，另一种则认为光是波动运动而称为“光的波动说”。 微粒说的代表人物是英国物理学家牛顿，他以极大的兴趣和热情对光学进行研究。1666年，牛顿在家休假期间用三棱镜进行了著名的色散试验。一束太阳光通过三棱镜后，分解成几种颜色的光谱带，再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住，只让一种颜色的光再通过第二个三棱镜，结果出来的只是同样颜色的光，由此发现了白光是由各种不同颜色的光组成的。为了验证这个发现，牛顿又设法将几种不同的单色光合成白光，并且计算出不同颜色光的折射率，精确地说明了色散现象，揭开了物质的颜色之谜，物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上。牛顿的分光试验使几何光学进入了一个新的领域：物理光学。牛顿提出了光的“微粒说”，认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运动路径。

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。

浅析平面电磁波图象的特点

k E B 图1 浅析平面电磁波图象的特点 重庆南川市教育科学研究所 陈建华 邮编408400 高二物理教材，人民教育出版社(必修加选修)，第十八章电磁场和电磁波，第四节电磁波，图18-10（沿z 轴传播的电磁波在某一时刻的波的图象），有如下特点： （1）E 、B 、K （波矢量）具有横波性。 （2）E 、B 同相，且同频率。 （3）电磁能量的脉动传播。 我在教学调查过程中很多教师反映自己对电磁波的特点究竟是怎么一回事也不大明白。现就高二物理教材（人教版必修加选修）P 243，图18-10作一些探讨，仅供同行参考。 真空中的电磁波，设波沿z 轴方向传播，遇电磁波的E 、B 只是x 、y 、t 的函数与z 无关，如图1所示。此时，亥姆霍兹（Helmholtz ）方程：▽2 E + K 2 E = 0 （▽为矢量微分算符，▽= e x x ?? + e y y ??+ e z z ?? ,k 波为波矢量，k = ωεμ）解的复数形式为： E （x ，t ）= E 0 e i (k ·x -ωt) ，E 0是电场的振幅。同理▽2 B + K 2 B = 0 的解 为：B （x ，t ）= B 0 e i (k ·y -ωt) ，B 0是磁场的振幅。其实数部分为： E （x ，t ）= E 0(k ·x -ωt)，B （x ，t ）= B 0(k ·y -ωt).在此基础上来讨论平面电磁波的性质。 1、平面电磁波的横波性 平面电磁波的横波性即E 、B 、K 相互垂直，K 为波传播方向矢量。 （1）若波矢量K 与z 轴不在一条直线上，由麦克斯韦（James clerk Maxwel ）方程组之▽·E = 0 得： ▽·E = ▽·E 0 e i (k ·y -ωt) = E 0 ·▽e i (k ·y -ωt) = i k ·E 0 e i (k ·y -ωt) = i k ·E =0

电磁场在社会中的应用解读

电磁场在社会中的应用 麦克斯韦全面地总结了电磁学研究的全部成果，并在此基础上提出了“感生电场” 和“位移电流”的假说，建立了完整的电磁场理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的内在联系及统一性，完成了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了理论基础。 麦克斯韦方程组是麦克斯韦建立的描述电场与磁场的四个方程。 方程组的微分形式，通常称为麦克斯韦方程。在麦克斯韦方程组中，电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。该方程组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。 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。 麦克斯韦方程组在电磁学中的地位，如同牛顿运动定律在力学中的地位一样。以麦克斯韦方程组为核心的电磁理论，是经典物理学最引以自豪的成就之一。它所揭示出的电磁相互作用的完美统一，为物理学家树立了这样一种信念：物质的各种相互作用在更高层次上应该是统一的。另外，这个理论被广泛地应用到技术领域。 麦克斯韦方程组的积分形式如下： (1) (2) (3) (4) 上面四个方程可逐一说明如下：在电磁场中任一点处 （1）电位移的散度等于该点处自由电荷的体密度 ； （2）磁感强度的散度处处等于零。 （3）电场强度的旋度等于该点处磁感强度变化率的负值； （4）磁场强度的旋度等于该点处传导电流密度与位移电流密度的矢量和； 在麦克斯韦方程组中，电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。该方程组系统而 完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。 1 CDMA 技术 CDMA ，就是利用展频的通讯技术，因而可以减少手机之间的干扰，并且可以增加用 户的容量，而且手机的功率还可以做的比较低，不但可以使使用时间更长，更重要的是可以降低电磁波辐射对人的伤害。 CDMA 的带宽可以扩展较大，还可以传输影像呢，这是第三代手机为什么选用CDMA 的原因。就安全性能而言，CDMA 不但有良好的认证体制，更因为其传输的特性，用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大地增强。 目前CDMA 系统正快速发展中。 Wideband CDMA(WCDMA)宽带码分多址传输技术，为IMT-2000的重要基础技术，将是第三代数字无线通信系统的标准之一。 1．1 CDMA 技术背景 CDMA 技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战 争的需要而研究开发出CDMA 技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA 商用系统（被称为IS-95）运行之后，CDMA 技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国大陆、中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA 商用网络。 S d t D J s l d H c S )(??+=???S d t B l d H S S ????-=?dV S d D V V S ??=?ρ 0=??S S d B

麦克斯韦方程组浅析

麦克斯韦方程 摘要：本文对麦克斯韦方程组作了全面的分析和阐述，主要包括：麦克斯韦方程组的建立与推导，麦克斯韦方程组的表现形式及其意义，麦克斯韦方程组的应用等三个方面的内容。 关键词：麦克斯韦方程组 库仑定律 毕奥—萨伐尔定律 法拉第定律 引言：麦克斯韦方程组是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦在1865年英国皇家学会上发表的《电磁场的动力学理论》中提出来的。麦克斯韦在全面深入的审视了库仑定律、毕奥—萨伐尔定律和法拉第定律的基础上，经过长达十年的研究后才得到的成果。可以说，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。它与洛伦磁力方程共同组成经典电磁学的基础方程，其重要性不言而喻。 一 、麦克斯韦方程组的建立与推导 1、麦克斯韦方程组的建立 麦克斯韦方程组是经典电磁学理论的核心，因此麦克斯韦方程组的建立过程实际上就是经典电磁学理论的建立过程。 到1845年，关于电磁现象的三个基本实验定律：库仑定律、毕奥—萨伐尔定律和法拉第定律已经被总结出来，这为麦克斯韦方程组的建立提供了理论基础。此外，19世纪30年代，法拉第创造性的提出了场和场线的概念，结束了长期以来科学历史上关于超距作用与近距作用的争论。随后，场的思想逐渐完善，科学家们建立了较为成熟的电磁场概念，这对麦克斯韦的工作具有极大的帮助。 1855年，麦克斯韦开始了电磁学基础理论方面的研究。在随后的十年里，他相继发表了《论法拉第力线》、《论物理力线》、《电磁场的动力学理论》等三篇论文。麦克斯韦建立电磁理论的过程大致可分为三步：第一步，麦克斯韦分析总结了电磁学已有的成果，提出感生电场的概念；第二步，他设计了电磁作用的力学模型，对已经确立的电学量和磁学量之间的关系给以物理解释。第三步，他把近距作用理论引向深入，明确地提出了电磁场的概念，并且全面阐述了电磁场的含义，建立了电磁场的普遍方程即麦克斯韦方程组。【1】 2、麦克斯韦方程组的推导 我们先来考察一下库仑定律： r e F 2 00 14r q q πε= 因为q F E =，所以E = r e 2 004r q πε。 （1）电场高斯定律推导 (a) 对于真空中静止的单个点电荷，作任意的高斯面，电荷位于面内。则有：

麦克斯韦方程

麦克斯韦方程 麦克斯韦方程组（英语：Maxwell's equations），是英国物理学家詹姆斯·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。它由四个方程组成：描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。 根据麦克斯韦方程，可以推断电磁波在真空中以光速传播，然后推测光是电磁波。麦克斯韦方程和洛伦兹力方程是经典电磁学的基本方程。从这些基本方程式的相关理论出发，已经发展了现代电力技术和电子技术。 麦克斯韦在1865年提出的最初形式的方程组由20个等式和20个变量组成。他在1873年尝试用四元数来表达，但未成功。现在所使用的数学形式是奥利弗·赫维赛德和约西亚·吉布斯于1884年以矢量分析的形式重新表达的。 麦克斯韦（Maxwell）出生前半个多世纪，人类在理解电磁现象方面取得了长足进步。1785年，法国物理学家C.A. 库仑（Charles A. Coulomb）建立了库仑定律，该定律根据扭转平衡实验的结果描述了两点电荷之间的相互作用力。1820年，H.C。奥斯特（Hans Christian Oersted）发现电流可以使磁针偏转，从而使电与磁力联系起来。后来，安培（Andre Marie Ampere）研究了电流之间的

相互作用力，并提出了许多重要概念和安培环定律。法拉第（Michael Faraday）先生在许多方面做出了杰出的贡献，尤其是1831年发布的电磁感应定律，这是电动机，变压器和其他设备的重要理论基础。

光的本性浅析

学号：2009****** 本科学年论文 学院物理电子工程学院 专业物理学 年级2009级 姓名*** 论文题目光的本性浅析 指导教师张东玲职称讲师 成绩 2011 年 06 月02日

目录 摘要 (1) 关键字 (1) Abstract (1) Key words (1) 引言 (1) 1 光的波动说和微粒说 (1) 1.1微粒说 (2) 1.2波动说 (2) 1.3波动说的复兴 (3) 1.4微粒说与波动说的争论 (4) 2 光的电磁波理论 (4) 3 光子理论 (5) 4 光的波粒二象性的确立 (6) 5量子光学现代光本观 (6) 6对光本性的新讨论 (6) 6. 1光的粒群波的波粒性统一及其物理现象的解释 (6) 6. 2对光的本性的阐述 (7) 7结束语 (7) 参考文献 (8)

光的本性浅析 学生姓名：张新理学号：20095040118 单位：物理电子工程院专业：物理学 指导教师：张东玲职称：讲师 摘要：本文简单介绍了对光本性的探索历程，从牛顿的微粒说到光的波粒二象性，经历了艰难的研究过程，我们对光的认识和探索源于历史的积累，通过不断的探索，对光本性有了更深入和明白的了解，解决了人们的很多疑问，也使光更好的为我们所利用，微观世界的发展注定人们对光的研究也会越来越深入。 关键字：光的本性；波动说；粒子说；波粒二象性；量子力学；粒群波 Briefly talk about the nature of light Abstract:This article simply introduces the exploration of optical nature process .People have gone through difficult research process from the Newton particles said to light wave-particle duality .Our visual recognition and explore come from historical accumulation .Through continuous exploration, we know optical nature better, and we solve many problems about it, also we make full use of light .With the development of the micro world, our study about light will also become more and more widely. Key words:light nature; fluctuation said; particle said; wave-particle duality; quantum optics; particle swarm wave 引言 光学既是物理学中最古老的一门学科，又是当前科学领域中的最活跃的前沿阵地之一，具有强大的生命力，很久以来，人们对光就进行了各种各样的研究。光到底是什么东西呢？这个问题困扰了许多有智之士。对光本性的研究在历史上经历了一个漫长而曲折的过程。 1 光的波动说和微粒说 1.1微粒说 17世纪英国著名的科学家牛顿，关于光的本性，他是这样认为的：光是发

麦克斯韦方程的理解

.麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组是英国物理学家麦克斯韦在19世纪建立的描述电磁场的基本方程组。它含有四个方程，不仅分别描述了电场和磁场的行为，也描述了它们之间的关系。麦克斯韦的四个方程分别表达了:电荷是如何产生电场的（高斯定理）；验证了磁单极子的不存在（高斯磁场定律）；电流和变化的电场是怎样产生磁场的（安培定律），以及变化的磁场是如何产生电场（法拉第电磁感应定律）。 1865年，麦克斯韦建立了最初形式的方程组，由20个等式和20个变量组成。他在1873年尝试用四元数来表达，但未成功。当代使用的数学表达式是由奥利弗·亥维赛和威拉德·吉布斯于1884年使用矢量分析的形式重新表达的 二.国际单位制下的麦克斯韦方程组 在国际单位制下，真空中的麦克斯韦方程组（微分形式）可以表示成： 介质中的麦克斯韦方程组可以表示成： 另外，还有两个辅助方程经常用到： 其中， ?是电通量密度（单位:库伦/平方米，C/m2）； ?是磁通量密度（单位:特斯拉，T），也称磁感强度； ?是电场强度（单位:伏特/米，V/m）； ?是磁场强度（单位:安/米，A/m）； ?ρ是自由电荷体密度（单位:库伦/立方米，C/m3）； ?是自由电流面密度（单位:安/平方米，A/m2）；

?是真空介电常数； ?μ0是真空磁导率； ?是介质的极化强度； ?是介质的介电常数； ?是介质的相对介电常数； ?是介质的磁化强度； ?μ是介质的磁导率； ?μr是介质的相对磁导率。 三.麦克斯韦方程组的含义 第一个方程表示电场是有源的。（单位电荷就是它的源） 第二个方程表示变化的磁场可以产生电场。（这个电场是有旋的） 第三个方程表示磁场是无源的。（磁单极子不存在，或者说到现在都没发现） 第四个方程表示变化的电场可以产生磁场。（这个磁场是有旋的） 2009-12-115:25上传 提起电磁波，我们脑海里立刻会浮现出众多科学家的身影，库仑，安培，法拉第，赫姆赫兹，但是，缔造这个帝国大厦的三个代表性人物绝对是麦克斯韦（Maxwell），赫兹(Hertz)和马可尼。其中，麦克斯韦奠定了电磁场的理论基础，人们把他称为电磁波之父。麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组（Maxwell's equations）。

第十三章电磁场与麦克斯韦方程组习题解答和分析

第十三章习题解答 13-1 如题图13-1所示，两条平行长直导线和一个矩形导线框共面，且导线框的一个边与长直导线平行，到两长直导线的距离分别为r 1，r 2。已知两导线中电流都为0sin I I t ω=，其中I 0和ω为常数，t 为时间。导线框长为a 宽为b ，求导线框中的感应电动势。 分析：当导线中电流I 随时间变化时，穿过矩形线圈的磁通量也将随时间发生变化，用法拉第电磁感应定律d d i t Φ ε=- 计算感应电动势，其中磁通量s B d S Φ=?，B 为两导线产生 的磁场的叠加。 解：无限长直电流激发的磁感应强度为02I B r μ= π。取坐标Ox 垂直于直导线，坐标原点取在 矩形导线框的左边框上，坐标正方向为水平向右。取回路的绕行正方向为顺时针。由场强的 叠加原理可得x 处的磁感应强度大小 00122() 2() I I B r x r x μμ= + π+π+， 垂直纸面向里 通过微分面积dS adx =的磁通量为 00122()2()I I d B dS B dS adx r x r x μμππ?? Φ===+??++?? 通过矩形线圈的磁通量为 000122()2()b I I adx r x r x μμΦ??=+??π+π+?? ? 012012ln ln sin 2a r b r b I t r r μω? ? ++= + ?π?? 感生电动势 012012012012d ln ln cos d 2()()ln cos 2i a r b r b I t t r r a r b r b I t r r μωΦ εωμωω??++=- =-+ ?π???? ++= - ??π?? 0i ε>时，回路中感应电动势的实际方向为顺时针；0i ε<时，回路中感应电动势的实际方 向为逆时针。 13-2 如题图13-2所示，有一半径为r =10cm 的多匝圆形线圈，匝数N =100，置于均匀磁场 题图13-1 题图13-2

麦克斯韦方程组的推导及说明

13-6麦克斯韦方程组 关于静电场和稳恒磁场的基本规律，可总结归纳成以下四条基本定理： 静电场的高斯定理： 静电场的环路定理： 稳恒磁场的高斯定理： 磁场的安培环路定理： 上述这些定理都是孤立地给出了静电场和稳恒磁场的规律，对变化电场和变化磁场并不适用。 麦克斯韦在稳恒场理论的基础上，提出了涡旋电场和位移电流的概念： 1.麦克斯韦提出的涡旋电场的概念，揭示出变化的磁场可以在空间激发电场，并通过法拉第电磁感应定律得出了二者的关系，即 上式表明，任何随时间而变化的磁场，都是和涡旋电场联系在一起的。 2.麦克斯韦提出的位移电流的概念，揭示出变化的电场可以在空间激发磁场，并通过全电流概念的引入，得到了一般形式下的安培环 路定理在真空或介质中的表示形式，即 上式表明，任何随时间而变化的电场，都是和磁场联系在一起的。综合上述两点可知，变化的电场和变化的磁场彼此不是孤立的，它们永远密切地联系在一起，相互激发，组成一个统一的电磁场的整体。这就是麦克斯韦电磁场理论的基本概念。 在麦克斯韦电磁场理论中，自由电荷可激发电场，变化磁场也可激发电场，则在一般情况下，空间任一点的电场强度应该表示为 又由于，稳恒电流可激发磁场，变化电场也可激发磁场，则 一般情况下，空间任一点的磁感强度应该表示为 因此，在一般情况下，电磁场的基本规律中，应该既包含稳恒电、磁场的规律，如方程组（1），也包含变化电磁场的规律，

根据麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流的概念，变化的磁场可以在空间激发变化的涡旋电场，而变化的电场也可以在空间激发变化的涡旋磁场。因此，电磁场可以在没有自由电荷和传导电流的空间单独存在。变化电磁场的规律是： 1.电场的高斯定理在没有自由电荷的空间，由变化磁场激发的涡旋电场的电场线是一系列的闭合曲线。通过场中任何封闭曲面的电位 移通量等于零，故有： 2.电场的环路定理由本节公式（2）已知，涡旋电场是非保守场，满足的环路定理是 3.磁场的高斯定理变化的电场产生的磁场和传导电流产生的磁场相同，都是涡旋状的场，磁感线是闭合线。因此，磁场的高斯定理仍适用，即 4.磁场的安培环路定理由本节公式（3）已知，变化的电场和它所激发的磁场满足的环路定理为 在变化电磁场的上述规律中，电场和磁场成为不可分割的一个整体。 将两种电、磁场的规律合并在一起，就得到电磁场的基本规律，称之为麦克斯韦方程组，表示如下 上述四个方程式称为麦克斯韦方程组的积分形式。 将麦克斯韦方程组的积分形式用高等数学中的方法可变换为微分形式。微分形式的方程组如下

麦克斯韦方程组在物理学中的地位和应用

麦克斯韦方程组在物理学中的地位和应用1831年6月13日，麦克斯韦出生，从此物理学注定要发生巨变，一个新的时代就要来临。 在麦克斯韦之前，电磁学已经取得了一些进展，电学中的库仑定律，磁学中毕奥-萨法尔-拉普拉斯定律，以及法拉第的电磁感应定律，但是还没有人能将电学与磁学同意起来，虽然已经发现了电学和磁学之间的千丝万缕的联系 1856年麦克斯韦发表了三篇论文的第一篇《论法拉第力线》，1862年《论物理力》，1865年《电磁场的动力学理论》。三篇论文的发表标志着麦克斯韦电磁理论的建立，实现了磁、电、光的统一，麦克斯韦也被誉为牛顿之后最伟大的物理学家。 《论法拉第力线》用数学方式解释了法拉第力线，建立了对电紧张状态的数学描述，提出了感生电场的概念。《论物理力线》：磁力及磁场能量，感生电场与变化磁场的关系，及位移电流概念。《电磁场的动力学理论》完成了场的概念的确立，位移电流的定量表示及电磁场方程组的建立。 以下为麦克斯韦方程组

总结起来，麦克斯韦的贡献是总结了前人的理论，提出了位移电流和涡旋电场的假设，并最终建立了麦克斯韦方程组。 麦克斯韦的另一大贡献是预言了电磁波的存在，并由赫兹于1988年实验验证了电磁波的存在。并指出光也是一种电磁波 电磁学定律是从电学实验中发现和总结出来的，当时发现（恒定的）电流可以产生（恒定的）磁场，这主要由安培定律表达，但是恒定的磁场却不会产生电流；另一方面，变化的磁场才可以导致电流的产生，这主要由法拉第定律表达，人们却没有与之对应的变化的电场的概念，这种电磁关系的不对称并没有引起当时实验物理学字的特别关注，因为在当时的实验条件下看不到这些现象。而麦克斯韦发现了这个问题，提出涡旋电场与位移电流的假说，实现了电学与磁学的同意。可以说这也是自然界的一种规律吧，万物都存在着联系，如果有一天你找到了某种联系，也许你就会改变整个物理学。 麦克斯韦电磁理论的产生是物理学史上划时代的里程碑之一，在以牛顿为代表的经典力学时代，所有的物理对象都是直观的或者可以认为是直观的，比如气体中的分子虽然是肉眼看不见的，但人们仍然把它们当作可以看见的小粒状物体，就象在显微镜下可以看到的灰尘一样，但是场却是一种人类感官无法直接或（在感官感觉的意义上）间接感受的对象，因此人类根本无法想象出“场”实际上会是一种什么“东西”，但是人们仍然相信它的存在，除了人们在它的间接的物理效应中被证实以外，另一个主要的原因就是人类可以有表达它们的数学形式，麦克斯韦方程组就是以优美的数学组合方式表达了电磁场，

裂缝波导管通信技术浅析-NB技术

什么是波导？ 波导（WAVEGUIDE），用来定向引导电磁波的结构。在电磁学和通信工程中，波导这个词可以指在它的端点间传递电磁波的任何线性结构。但最初和最常见的意思是指用来传输无线电波的空心金属管。这种波导主要用作微波频率的传输线，在微波炉、雷达、通讯卫星和微波无线电链路设备中用来将微波发送器和接收机与它们的天线连接起来。 常见的波导结构主要有平行双导线、同轴线、平行平板波导、矩形波导、 圆波导、微带线、平板介质光波导和光纤。从引导电磁波的角度看，它们都可分为内部区域和外部区域，电磁波被限制在内部区域传播（要求在波导横截面内满足横向谐振原理）。 1893年J.J.汤姆森第一个提出波导的概念。1894年O.J.洛奇第一个用实 验证明了波导。1897年罗德?瑞利第一个完成了在空心金属圆柱形波导中传播模式的数学分析。(McLachan, 1947.) 通常，波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导，前者将被传输 的电磁波完全限制在金属管内，又称封闭波导；后者将引导的电磁波约束在波导结构的周围，又称开波导。 介质波导采用固体介质杆而不是空心管。光导纤维是在光频率工作下的介 质波导。微带、共面波导、带状线或同轴电缆等传输线也可以认为是波导。 在波导通信用于实践方面，与之配套的无线设备必须做专门的设计和配套，对于高带宽、高清视频、高可靠性波导管“三高”应用场合，最典型的就是iMAX-8000W系列波导管专用移动通信系统。 波导管的通信原理 波导管用来传送超高频电磁波，通过它脉冲信号可以以极小的损耗被传送到目的地，是一种空心的、内壁十分光洁的金属导管或内敷金属的管子；波导管内径的大小因所传输信号的波长而异；多用于厘米波及毫米波的无线电通讯、雷达、导航等无线电领域。目前常见的有矩形波导管，圆形波导管，半圆形波导管，ku 波导管，雷达波导管和光线波导管。

电磁场与电磁兼容习题答案与详解_第2章

电磁场与电磁兼容习题答案与详解 第二章 麦克斯韦方程组： ．在均匀的非导电媒质（0=σ，1=r μ）中，已知时变电磁场为 ()V /m 3 4cos 300? ?? ??-=y t z ωπa E ，() A/m 34cos 10??? ? ? -=y t x ωa H ，利用麦克斯韦方程 组求出ω和r ε。 解：将E 和H 用复数表示： 由复数形式的麦克斯韦方程，有： 比较（1）与（3），（2）与（4），得 ： … 由此得： 16 /108==r s rad ε? ．已知无源空间中的电场为()() ()V/m 106cos 100.1sin 9 z t x y βππ-?=a E , 利用麦克斯韦 方程求H 及常数β。 解：E 复数形式： 由复数形式麦克斯韦方程

& 将上式与题给的电场E 相比较，即可得： 而磁场的瞬时表达式为： 高斯定理： ．两个相同的均匀线电荷沿x 轴和y 轴放置，电荷密度μc/m l 20=ρ，求点（3，3，3）处的电位移矢量D 。 【 解：设x 轴上线电荷在P （3，3，3）点上产生的电位移矢量为D 1，x 轴上线电荷在P （3，3，3）点上产生的电位移矢量为D 2。 D 122y z + D 222 x z 因为以x 轴为轴心，32l ds D ρ= ?? 1 l D ρπ=??2321 即π μπμ23102 32201= ?= D

同理π μ23102= D z y x z y x a a a a a a D D D π μπμπμπ μ3103535)22 12 1( 231021++= ++ = += ．μc/m l 30=ρ的均匀线电荷沿z 轴放置，以z 轴为轴心另有一半径为2m 的无限长圆柱面，其上分布有密度为2μc/m 41.5 π ρ-=s 的电荷，利用高斯定理求各区域内的电位移矢量D 。 解：建立圆柱坐标系，以z 轴为轴心，设一单位长度的圆柱面 （1） 》 （2） 当r<2m 时 因为? =?l ds D ρ，所以l r D ρπ=?2 故r D l πρ2= ，D =l l l a r u a r ππρ152= （2）当r>2m 时1221???+?= ?? πρρs l ds D 故c u c u c u r D ??=??-??=?5.285.1302π 所以l a r c u D π25.28??= 安培定律： ．半径为a 的实心圆柱导体，电流I 在其截面上均匀分布，求磁场强度H 。 解：根据? =?I u dl B 0可知 当a ≤ρ时，I a I a I 22 2 2ρππρ==' ] I a u B dl B 22 02ρπρ?=?=?? 所以202a I u B πρ ?= 当a >ρ时，πρ ?20I u B = |

微波的性质及实际应用

目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key Words (1) 引言 (1) 1.微波概述 (1) 2.微波的传输 (1) 3.微波的性质 (2) 3.1穿透性 (2) 3.2选择性加热 (2) 3.3热惯性小 (3) 3.4似光性和似声性 (3) 3.5非电离性 (3) 3.6信息性 (3) 4.微波的产生 (3) 5.微波的应用 (4) 5.1微波加热 (4) 5.2雷达与通信 (4) 5.3医疗卫生 (5) 5.4微波萃取 (5) 5.5武器战争方面 (5) 结论 (6) 参考文献 (6)

微波的性质及其实际应用 摘 要：微波作为电磁波的一种，频率范围介于光波和广播电视所采用的无线电波之间，它兼有两者的性质又区别于两者，有自己的特点． 关键词：微波；波导；电磁波；微波热效应 The shallow properties and applications of microwave Abstract ： Microwave is a kind of electromagnetic wave that frequency ranges from radio waves to television waves, it has the properties and difference in both ,and has its own characteristics. Key words: microwave; waveguide; electromagnetic wave; microwave heating effect 引言 1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁波理论。随着人们对电磁波的研究逐步加深，电磁波的性质已被人们了解。作为电磁波频率波段的微波在通信，食品，医疗等方面，也得到了广泛的应用。本文就主要介绍微波的一些基本概念和应用。 1.微波概述 微波是指频率为300MHz-3000GHz 的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到0.1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波[1]”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。 2.微波的传输 微波是电磁波中的一段，因此它的规律性满足麦克斯韦方程组和介质的性能方程： ?=ρ?D 0?=?B =-t ????B E =+ t ????D H j （1） 并且D ，B ，j 满足：=εD E =μB H =γj E （2） 对于空气和导体的界面，由上述关系可以得到边界条件（左侧均为空气中场

电磁学原理及其应用

电磁学原理及其应用 摘要：本文简介了电磁学的发展史，通过阐述磁悬浮技术，微波炉，磁卡技术中的电磁学原理，进一步探讨其中的科学方法及给我们带来的启示，揭示电磁学在生产生活中的重要性。关键字：电磁波微波排斥吸引 电磁现象是一种极为普遍的自然现象，人类对电磁现象的认识、研究以至利用，经历了 相当长的时期。在春秋战国时期，我国人民已对天然磁石（Fe 3O 4 ）有了认识，战国时期《韩 非子》中有“司南”和《吕氏春秋》中有“慈石召铁”的记载。对电磁的近代研究应该从18 世纪的库伦（C.A.de Coulomb）开始，建立了库仑定量定律，标志着电 磁学进入了严密科学的阶段。1820年，奥斯特发现的电流磁效应，揭示 了电现象和磁现象之间的联系。安培则根据当时的一系列实验，提出磁 现象的本质是电流，物质的磁性来源于分子电流的看法，得出了电流元 之间相互作用力的规律——安培定律。1831年，法拉第发现了电磁感应 现象，是第一次明确提出了场的概念，进一步揭示了电与磁的联系。19 世纪60年代麦克斯韦（J.C.Maxwell）总结了前人的研究结果，提出感 生电场和位移电流的假设，建立了以麦克斯韦方程组为基础的麦克斯韦像完整的、宏观的电磁场理论，以及1887年赫兹（H.R.Hertz）做了一系列电磁波实验，最终使电磁学成为一门统一的学科。 电磁学主要研究电荷产生电场和电流产生磁场的规律；电场、磁场对电荷、电流作用的 规律；电场和磁场的相互联系及其运动变化的规律；电路的导电规律；以及电磁场的各种效 应等等。由于电磁现象的普遍存在和广泛应用，电磁学已经成为科学技术的重要基础，电工学、电子学以及其他与电有关的科学往往都是以电磁学为基础建立和发展起来的。 下面将阐述电磁学几大重要基本原理及其应用。 一．同级相吸异极相斥——磁悬浮列车 磁悬浮列车利用“同名磁极相斥，异名磁极相吸”的原理，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全 脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮 列车”，亦称之为“磁垫车”。 由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。 通俗的讲就是，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。由于它

由同时的相对性浅析钟慢尺缩效应

目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 引言 (1) 2 狭义相对论 (2) 2.1 相对产生的历史背景 (2) 2.2 相对论的基本原理 (2) 2.3 相对论的基本原理与经典理论的矛盾同时的相对性 (3) 2.4 洛伦兹变换 (5) 3 钟慢效应 (6) 3.1钟慢效应的物理意义 (6) 3.2 浅析钟慢效应 (7) 3.3 钟慢效应的实验验证 (10) 3.4 钟慢效应的应用 (10) 4 尺缩效应 (11) 4.1 尺缩效应的物理意义 (11) 4.2 浅析尺缩效应 (11) 4.3 尺缩效应的应用 (12) 5 结束语 (14) 参考文献 (14)

由同时的相对性浅析钟慢尺缩效应 摘要：同时的相对性、钟慢效应和尺缩效应是狭义相对论时空观的主要内容。鉴于同时性是时空测量的基础，本文从同时的相对性出发详述了对钟慢效应和尺缩效应的再认识：钟慢效应是运动时钟走时率变慢和校表问题的综合表现，其实质是同时的相对性在时间量度上的直接反映；尺缩效应的实质是同时的相对性在空间量度上的反映，也是不同观测者对同一客观事实的不同时空描述。 关键词：狭义相对论；同时的相对性；钟慢效应；尺缩效应 Recognition on Time Dilation and Length Contraction Effect Based on Relativity of Simultaneity Abstract: Relativity of simultaneity, time dilation and length contraction effect are among the main conclusions of special relativity. In the light of the fact that simultaneity is the foundation of space-time survey, we have explained our recognition on the time dilation and length contraction in more detail on the basis of simultaneity in this paper: The time dilation effect is a general reflex of the slow tempo of the slow tempo of the mobile clock and different clock calibration in different inertial reference frame, and the essence is the direct reflection of relativity of simultaneity for time-measurement, while the essence of length contraction is the reflection of simultaneity for space-measurement, as well as the different spatio-temporal description of the same objective fact by observers in different inertial reference frame. Key words: special relativity; relativity of simultaneity; time dilation effect; length contraction effect 1 引言 1905年爱因斯坦提出了具有划时代意义的狭义相对论的时空观。由此得到了诸如同时的相对性、钟慢效应、尺缩效应等一系列与经典时空观格格不入的结论。比如在钟慢效应中，由于运动的相对性，地面上的静止观测者认为在高速前进的列车上的钟表比地面上的钟表走得慢；而列车上的静止观测者认为地面相对于列车高速后退，所以地面上的钟表比列车上的钟表走得慢。再如尺缩效应中列车与隧道问题等。只有对狭义相对论的时空观有全面深刻的理解与体会，才能正确回答这些问题。在这里，我们就以同时的