麥克斯韋電磁理論究竟講了些什么 ？讓我們一起來了解一下

經(jīng)典力學(xué)、電磁理論、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)構(gòu)成了經(jīng)典物理學(xué)體系，那么電磁理論究竟講了些什么，讓我們一起來了解一下。

1831年，這是一個(gè)人類歷史上都值得永遠(yuǎn)銘記的時(shí)刻，法拉第在這一年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)理論，這個(gè)理論標(biāo)志著一場重大的工業(yè)和技術(shù)革命的到來，人類由蒸汽時(shí)代正在向電氣化時(shí)代邁進(jìn)，歷史似乎早已冥冥之中注定，在這一年，另外一個(gè)正式帶領(lǐng)大家邁入電氣化時(shí)代的人降生了!他的名字叫做麥克斯韋。

麥克斯韋是繼法拉第之后，又一位集電磁學(xué)大成于一身的偉大科學(xué)家。他全面地總結(jié)了電磁學(xué)研究的全部成果，并在此基礎(chǔ)上提出了“感生電場”和“位移電流”的假說，建立了完整的電磁場理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系及統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。他的理論成果為現(xiàn)代無線電電子工業(yè)奠定了理論基礎(chǔ)。

在大學(xué)期間，麥克斯韋在潛心研究了法拉第關(guān)于電磁學(xué)方面的新理論和思想之后，堅(jiān)信法拉第的新理論包含著真理。于是他抱著給法拉第的理論“提供數(shù)學(xué)方法基礎(chǔ)”的愿望，決心把法拉第的天才思想以清晰準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)形式表示出來。

在經(jīng)過十幾年的研究之后，麥克斯韋把電磁場理論由介質(zhì)推廣到空間，更是假設(shè)在空間存在一種動(dòng)力學(xué)以太(科學(xué)家認(rèn)為以太是傳播光的媒介，引力甚至電、磁力是在以太中傳播的，由此發(fā)展了“光以太”假說)，它有一定的密度，具有能量和動(dòng)量：它的動(dòng)能體現(xiàn)磁的性質(zhì)，勢能體現(xiàn)電的性質(zhì)，它的動(dòng)量是電磁最基本的量，表示電磁場的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和傳力的特征。在1865年，他提出了一共包含20個(gè)變量的20個(gè)方程式，即著名的麥克斯韋方程組。他在1873年嘗試用四元數(shù)來表達(dá)，但未成功!

1873年麥克斯韋將自己十幾年的研究成功集結(jié)成冊，出版了科學(xué)名著《電磁理論》。系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場理論。這一理論成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一。他還預(yù)言了電磁波的存在，電磁波的存在也正式敲開了現(xiàn)代無線通信的大門。

麥克斯韋建立的電磁場理論，將電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)統(tǒng)一起來，是19世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的最光輝的成果，是科學(xué)史上最偉大的綜合之一?？梢哉f，沒有電磁學(xué)就沒有現(xiàn)代電工學(xué)，也就不可能有現(xiàn)代文明。

然而在當(dāng)時(shí)，麥克斯韋卻的學(xué)說卻并沒有得到承認(rèn)，正如當(dāng)初大家把亞里士多德的著作奉為神典永無錯(cuò)漏一般，18、19世紀(jì)的科學(xué)家也將牛頓奉為神明。

麥克斯韋為了推廣自己的電磁學(xué)理論，最終積勞成疾，在1879年不幸逝世，所以到去世也沒有將自己構(gòu)想的麥克斯韋方程組完美地表達(dá)出來。

電磁場理論是研究電磁場中各物理量之間的關(guān)系及其空間分布和時(shí)間變化的理論。庫侖定律揭示了電荷間的靜電作用力與它們之間的距離平方成反比。安培等人又發(fā)現(xiàn)電流元之間的作用力也符合平方反比關(guān)系。麥克斯韋全面地總結(jié)了電磁學(xué)研究的全部成果，建立了完整的電磁場理論體系。以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論，是經(jīng)典物理學(xué)最引以自豪的成就之一。

理論要點(diǎn)：變化的磁場可以激發(fā)渦旋電場，變化的電場可以激發(fā)渦旋磁場，電場和磁場不是彼此孤立的，它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場。電磁場對物質(zhì)的影響與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。電磁場理論不僅是物理學(xué)的重要組成部分，也是電工技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

人們注意到電磁現(xiàn)象首先是從它們的力學(xué)效應(yīng)開始的。庫侖定律揭示了電荷間的靜電作用力與它們之間的距離平方成反比。 A.-M.安培等人又發(fā)現(xiàn)電流元之間的作用力也符合平方反比關(guān)系，提出了安培環(huán)路定律?；谶@與牛頓萬有引力定律十分類似，S.D.泊松、C.F.高斯等人仿照引力理論，對電磁現(xiàn)象也引入了各種場矢量，如電場強(qiáng)度、電通量密度(電位移矢量)、磁場強(qiáng)度、磁通密度等，并將這些量表示為空間坐標(biāo)的函數(shù)。

但是當(dāng)時(shí)對這些量僅是為了描述方便而提出的數(shù)學(xué)手段，實(shí)際上認(rèn)為電荷之間或電流之間的物理作用是超距作用。直到M.法拉第,他認(rèn)為場是真實(shí)的物理存在,電力或磁力是經(jīng)過場中的力線逐步傳遞的，最終才作用到電荷或電流上。他在1831年發(fā)現(xiàn)了著名的電磁感應(yīng)定律，并用磁力線的模型對定律成功地進(jìn)行了闡述。1846年,M.法拉第還提出了光波是力線振動(dòng)的設(shè)想。J.C.麥克斯韋繼承并發(fā)展了法拉第的這些思想，仿照流體力學(xué)中的方法，采用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)形式,將電磁場的基本定律歸結(jié)為4個(gè)微分方程，人們稱之為麥克斯韋方程組。在方程中麥克斯韋對安培環(huán)路定律補(bǔ)充了位移電流的作用，他認(rèn)為位移電流也能產(chǎn)生磁場。根據(jù)這組方程，麥克斯韋還導(dǎo)出了場的傳播是需要時(shí)間的，其傳播速度為有限數(shù)值并等于光速，從而斷定電磁波與光波有共同屬性，預(yù)見到存在電磁輻射現(xiàn)象。靜電場、恒定磁場及導(dǎo)體中的恒定電流的電場，也包括在麥克斯韋方程中，只是作為不隨時(shí)間變化的特例。

法拉第的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)將機(jī)械功與電磁能聯(lián)系起來，證明二者可以互相轉(zhuǎn)化。麥克斯韋進(jìn)一步提出：電磁場中各處有一定的能量密度，即能量定域于場中。根據(jù)這個(gè)理論，J.H.坡印廷1884年提出在時(shí)變場中能量傳播的坡印廷定理,矢量E×H代表場中穿過單位面積上單位時(shí)間內(nèi)的能量流。這些理論為電能的廣泛應(yīng)用開辟了道路，為制造發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等電工設(shè)備奠定了理論基礎(chǔ)。

麥克斯韋預(yù)言的電磁輻射，在1887年由H.R.赫茲的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。電磁波可以不憑借導(dǎo)體的聯(lián)系，在空間傳播信息和能量。這就為無線電技術(shù)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。 　電磁場理論給出了場的分布及變化規(guī)律，若已知電場中介質(zhì)的性質(zhì),再運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)手段,即可對電工設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、能量轉(zhuǎn)換、運(yùn)行特性等，進(jìn)行分析計(jì)算，因而極大地促進(jìn)電工技術(shù)的進(jìn)步。 　電磁場理論所涉及的內(nèi)容都屬于大量帶電粒子共同作用下的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果，不涉及物質(zhì)構(gòu)造的不均勻性及能量變化的不連續(xù)性。它屬于宏觀的理論，或稱為經(jīng)典的理論。涉及個(gè)別粒子的性質(zhì)、行為的理論則屬于微觀的理論，不能僅僅依賴電磁場理論去分析微觀起因的電磁現(xiàn)象，例如有關(guān)介質(zhì)的電磁性質(zhì)、激光、超導(dǎo)問題等。這并不否定在宏觀意義上電磁場理論的正確性。電磁場理論不僅是物理學(xué)的重要組成部分，也是電工技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

回顧麥克斯韋出生和逝世年月，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)驚人的巧合——麥克斯韋出生的那一年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng);麥克斯韋去世的那一年，愛因斯坦出生。

愛因斯坦一生對麥克斯韋極為推崇，他后來取得的很多研究成果(狹義相對論等)，都離不開麥克斯韋的前期貢獻(xiàn)。也有人戲稱，愛因斯坦是麥克斯韋的隔世弟子。

1931年，在麥克斯韋誕辰一百周年的紀(jì)念會(huì)上，愛因斯坦評價(jià)麥克斯韋的建樹，是“牛頓以來，物理學(xué)最深刻和最富有成果的工作?！?

量子論創(chuàng)立者普朗克也是麥克斯韋的忠實(shí)擁躉。他是這么評價(jià)麥克斯韋的：“他的光輝名字將永遠(yuǎn)鐫刻在經(jīng)典物理學(xué)的門扉上，永放光芒。從出生地來說，他屬于愛丁堡;從個(gè)性來說，他屬于劍橋大學(xué);從功績來說，他屬于全世界?！?