جریان جابجایی و معادلات ماکسول
جریان جابجایی ماکسول قانون آمپر را کامل میکند و چهار معادلهای را که بر تمام الکترومغناطیس کلاسیک حاکم هستند، گرد هم میآورد.
Definition
جریان جابجایی یک عبارت متناسب با نرخ تغییر میدان الکتریکی است که ماکسول به قانون آمپر اضافه کرد تا یک میدان الکتریکی متغیر، میدان مغناطیسی تولید کند؛ این جریان به همراه قوانین گاوس و قانون فارادی، چهار معادله ماکسول را تشکیل میدهد که توصیف کامل کلاسیک میدان الکترومغناطیسی است.
Scope
این موضوع جریان جابجایی را که ماکسول به قانون آمپر اضافه کرد، چهار معادله ماکسول حاصله در فرم دیفرانسیلی و انتگرالی، سازگاری آنها با بقای بار از طریق معادله پیوستگی، و پیشبینی فوری امواج الکترومغناطیسی را معرفی میکند. این موضوع معادلات را در خلاء و در محیطها از طریق میدانهای کمکی بررسی میکند.
Core questions
- چرا جریان جابجایی برای سازگاری لازم بود؟
- چگونه چهار معادله الکترواستاتیک، مگنتواستاتیک و القا را ترکیب میکنند؟
- چگونه معادلات وجود امواج الکترومغناطیسی را نشان میدهند؟
Key concepts
- جریان جابجایی
- قانون آمپر-ماکسول
- قانون گاوس
- قانون فارادی
- معادله پیوستگی
- بقای بار
- پیشبینی موج
Key theories
- جریان جابجایی
- افزودن یک عبارت متناسب با نرخ تغییر میدان الکتریکی به قانون آمپر، آن را با بقای بار سازگار میکند و به یک میدان الکتریکی متغیر اجازه میدهد تا به عنوان منبع میدان مغناطیسی عمل کند.
- چهار معادله ماکسول
- قوانین گاوس برای الکتریسیته و مغناطیس، قانون القای فارادی و قانون آمپر-ماکسول با هم، میدان الکترومغناطیسی را با توجه به بارها و جریانها و شرایط مرزی به طور کامل تعیین میکنند.
Clinical relevance
معادلات تکمیل شده، پایه و اساس فناوری رادیو، مایکروویو و نوری، رفتار خازن در فرکانس بالا، و هر حلکننده عددی الکترومغناطیسی مورد استفاده در مهندسی و طراحی دستگاههای پزشکی هستند.
History
ماکسول جریان جابجایی را در مقالات خود در سالهای ۱۸۶۱-۱۸۶۵ معرفی کرد و تشخیص داد که معادلات ترکیبی، امواجی را پیشبینی میکنند که با سرعت نور حرکت میکنند. هویساید معادلات را به شکل برداری فشردهای که امروزه استفاده میشود، بازنویسی کرد و هرتز در سال ۱۸۸۷ امواج پیشبینی شده را به صورت تجربی تولید و شناسایی کرد.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Oliver Heaviside
- Heinrich Hertz
Related topics
Seminal works
- maxwell1865
- maxwell1873
- jackson1998
Frequently asked questions
- جریان جابجایی چه مشکلی را حل کرد؟
- بدون آن، قانون آمپر جریانهای محصور متفاوتی را برای سطوح مختلف محدود شده توسط یک حلقه یکسان ارائه میداد که با بقای بار در تضاد بود؛ جریان جابجایی این مشکل را برطرف میکند و معادلات را خودسازگار میسازد.
- معادلات ماکسول چگونه نور را پیشبینی میکنند؟
- ترکیب معادلات کرل نشان میدهد که میدانها یک معادله موج را با سرعتی که توسط ثابتهای الکتریکی و مغناطیسی تعیین میشود، ارضا میکنند، سرعتی برابر با سرعت نور، که نور را به عنوان یک موج الکترومغناطیسی شناسایی میکند.