麦克斯韦方程组与电动力学
麦克斯韦方程组将电、磁和光统一为单一的场论，支配着所有经典电磁现象。
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Definition
一种经典场论，其中电场和磁场遵循麦克斯韦的四个耦合偏微分方程以及洛伦兹力定律，描述了电荷和电流产生和传播电磁场的过程。
Scope
本领域介绍了电磁现象如何统一为麦克斯韦的四个方程，包括电磁感应和位移电流，并阐述了其推论：电磁能量和动量守恒、场的波动性质以及相对论协变形式。它将这些方程视为电磁场的完整经典理论，而量子效应则留给量子电动力学。
Sub-topics
Core questions
- 变化的电场和磁场如何相互产生？
- 麦克斯韦为何添加位移电流，它揭示了什么？
- 能量和动量如何通过场携带和守恒？
- 电动力学如何在狭义相对论中呈现其自然形式？
Key concepts
- 麦克斯韦方程组
- 法拉第定律
- 位移电流
- 电动势
- 坡印廷矢量
- 场张量
- 规范不变性
- 连续性方程
Key theories
- 麦克斯韦方程组
- 四个方程将电场和磁场的散度和旋度与电荷和电流联系起来，统一了静电学、静磁学和感应现象，并预测了自传播的电磁波。
- 法拉第电磁感应定律
- 通过电路的磁通量变化会产生电动势，将磁学与电学重新耦合，并构成了发电机、变压器以及电场旋度方程的基础。
- 电动力学的洛伦兹协变性
- 麦克斯韦方程组在洛伦兹变换下是不变的，并组合成一个单一的张量方程，表明电和磁是从不同参考系观察到的同一场的不同方面。
Clinical relevance
麦克斯韦方程组是所有发电和输电、无线电和无线通信、光学和光子学、电磁兼容性以及工程和医学领域计算电磁学的基础。
History
在法拉第实验场概念的基础上，麦克斯韦在19世纪60年代统一了电磁定律，并增加了位移电流，预测了以光速传播的电磁波。亥维赛和赫兹重新表述并证实了该理论，爱因斯坦1905年的相对论揭示了其固有的协变结构。
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Michael Faraday
- Oliver Heaviside
- Hendrik Lorentz
Related topics
Seminal works
- maxwell1873
- jackson1998
- landau1975
Frequently asked questions
- 麦克斯韦在现有定律中添加了什么？
- 他在安培定律中添加了位移电流，使方程组与电荷守恒自洽，并揭示了变化的电场会产生磁场，这直接导致了电磁波的产生。
- 电和磁是如何统一的？
- 麦克斯韦方程组将电场和磁场耦合起来，使它们可以相互产生；相对论表明，一个观察者称之为电场的东西，另一个观察者可能部分地视为磁场，因此它们是单一电磁场的不同方面。