معادلات ماكسويل والديناميكا الكهربائية
توحد معادلات ماكسويل الكهرباء والمغناطيسية والضوء في نظرية مجال واحدة تحكم جميع الظواهر الكهرومغناطيسية الكلاسيكية.
Definition
نظرية المجال الكلاسيكية التي تخضع فيها المجالات الكهربائية والمغناطيسية لمعادلات ماكسويل التفاضلية الجزئية الأربع المقترنة جنبًا إلى جنب مع قانون قوة لورنتز، والتي تصف توليد وانتشار المجالات الكهرومغناطيسية بواسطة الشحنات والتيارات.
Scope
يقدم هذا المجال توحيد الظواهر الكهربائية والمغناطيسية في معادلات ماكسويل الأربع، بما في ذلك الحث الكهرومغناطيسي وتيار الإزاحة، ويطور نتائجها: حفظ الطاقة والزخم الكهرومغناطيسي، والطبيعة الموجية للمجالات، والصياغة النسبية المتغيرة. ويعالج المعادلات كنظرية كلاسيكية كاملة للمجال الكهرومغناطيسي، مع ترك التأثيرات الكمومية للديناميكا الكهربائية الكمومية.
Sub-topics
Core questions
- كيف تولد المجالات الكهربائية والمغناطيسية المتغيرة بعضها البعض؟
- لماذا أضاف ماكسويل تيار الإزاحة، وماذا كشف؟
- كيف يتم حمل الطاقة والزخم وحفظهما بواسطة المجال؟
- كيف تتخذ الديناميكا الكهربائية شكلها الطبيعي في النسبية الخاصة؟
Key concepts
- معادلات ماكسويل
- قانون فاراداي
- تيار الإزاحة
- القوة الدافعة الكهربائية
- متجه بوينتنج
- موتر المجال
- ثبات المقياس
- معادلة الاستمرارية
Key theories
- معادلات ماكسويل
- تربط أربع معادلات تباعد وتدوير المجالات الكهربائية والمغناطيسية بالشحنة والتيار، موحدةً بذلك الكهروستاتيكا والمغناطيسية الساكنة والحث، وتتنبأ بالموجات الكهرومغناطيسية ذاتية الانتشار.
- قانون فاراداي للحث
- يؤدي التدفق المغناطيسي المتغير عبر دائرة إلى توليد قوة دافعة كهربائية، مما يربط المغناطيسية بالكهرباء مرة أخرى ويشكل أساس المولدات والمحولات ومعادلة التدوير للمجال الكهربائي.
- تغاير لورنتز للديناميكا الكهربائية
- معادلات ماكسويل ثابتة تحت تحويلات لورنتز وتتحد في معادلة موتر واحدة، مما يوضح أن الكهرباء والمغناطيسية هما وجهان لمجال واحد يُرى من أطر مرجعية مختلفة.
Clinical relevance
تُعد معادلات ماكسويل أساسًا لجميع عمليات توليد ونقل الطاقة الكهربائية، والاتصالات اللاسلكية والراديوية، والبصريات والفوتونيات، والتوافق الكهرومغناطيسي، والكهرومغناطيسية الحاسوبية في الهندسة والطب.
History
بناءً على مفهوم فاراداي للمجال التجريبي، وحد ماكسويل قوانين الكهرباء والمغناطيسية في ستينيات القرن التاسع عشر وأضاف تيار الإزاحة، متنبئًا بالموجات الكهرومغناطيسية التي تنتقل بسرعة الضوء. أعاد هيفيسايد وهيرتز صياغة النظرية وأكداها، وكشفت نظرية أينشتاين للنسبية عام 1905 عن بنيتها المتغيرة المتأصلة.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Michael Faraday
- Oliver Heaviside
- Hendrik Lorentz
Related topics
Seminal works
- maxwell1873
- jackson1998
- landau1975
Frequently asked questions
- ماذا أضاف ماكسويل إلى القوانين الموجودة؟
- أضاف تيار الإزاحة إلى قانون أمبير، مما جعل مجموعة المعادلات متسقة ذاتيًا مع حفظ الشحنة وكشف أن المجالات الكهربائية المتغيرة تنتج مجالات مغناطيسية، مما يؤدي مباشرة إلى الموجات الكهرومغناطيسية.
- كيف يتم توحيد الكهرباء والمغناطيسية؟
- تربط معادلات ماكسويل المجالات الكهربائية والمغناطيسية بحيث يمكن لكل منهما توليد الآخر، وتوضح النسبية أن ما يسميه مراقب ما مجالًا كهربائيًا قد يراه آخر جزئيًا كمجال مغناطيسي، لذا فهما جانبان من مجال كهرومغناطيسي واحد.