
【化】 Maxwell equations
麦克斯韦方程组(Maxwell's Equations)是电磁学的核心理论框架,由四个偏微分方程组成,完整描述了电场与磁场的产生、相互作用及其与电荷、电流的关系。以下是基于电磁学原理的汉英对照解释:
$$ointS vec{E} cdot dvec{a} = frac{Q{text{enc}}}{epsilon0}$$
其中 $vec{E}$ 为电场强度,$Q{text{enc}}$ 为闭合曲面内的净电荷,$epsilon_0$ 是真空介电常数。
$$oint_S vec{B} cdot dvec{a} = 0$$
$vec{B}$ 为磁感应强度。
$$oint_C vec{E} cdot dvec{l} = -frac{d}{dt} int_S vec{B} cdot dvec{a}$$
左侧为电场沿闭合路径的环量,右侧为穿过该路径包围曲面的磁通量变化率。
$$oint_C vec{B} cdot dvec{l} = mu0 left( I{text{enc}} + epsilon_0 frac{d}{dt} int_S vec{E} cdot dvec{a} right)$$
$mu0$ 为真空磁导率,$I{text{enc}}$ 为穿过曲面的传导电流。
注:因平台限制未提供直接链接,建议通过学术数据库(如APS Journals、MIT OCW)或权威出版社获取原始文献。
麦克斯韦方程组是描述电磁现象的核心理论,由19世纪物理学家詹姆斯·麦克斯韦提出。它整合了电场、磁场与电荷、电流的关系,统一了电学和磁学,并预言了电磁波的存在。以下是四个方程的详细解释:
数学形式:
$$
oint mathbf{E} cdot dmathbf{A} = frac{Q_{text{enc}}}{epsilon_0}
$$
微分形式:
$$
abla cdot mathbf{E} = frac{rho}{epsilon_0}
$$
物理意义:电场由电荷产生,通过闭合曲面的电通量等于该曲面内电荷总量除以真空介电常数。它揭示了电荷是电场的源。
数学形式:
$$
oint mathbf{B} cdot dmathbf{A} = 0
$$
微分形式:
$$
abla cdot mathbf{B} = 0
$$
物理意义:磁场是无源的,磁感线总是闭合的,不存在磁单极子(孤立磁极)。这解释了自然界中未观测到磁单极的现象。
数学形式:
$$
oint mathbf{E} cdot dmathbf{l} = -frac{d}{dt} int mathbf{B} cdot dmathbf{A}
$$
微分形式:
$$
abla times mathbf{E} = -frac{partial mathbf{B}}{partial t}
$$
物理意义:变化的磁场会激发涡旋电场(感生电场)。这是发电机和变压器的工作原理基础。
数学形式:
$$
oint mathbf{B} cdot dmathbf{l} = mu0 left( I{text{enc}} + epsilon_0 frac{d}{dt} int mathbf{E} cdot dmathbf{A} right)
$$
微分形式:
$$
abla times mathbf{B} = mu_0 mathbf{J} + mu_0 epsilon_0 frac{partial mathbf{E}}{partial t}
$$
物理意义:电流和变化的电场(位移电流)都能产生磁场。麦克斯韦补充的位移电流项使方程自洽,并为电磁波的存在提供了理论基础。
若需进一步了解数学推导或应用场景,可查阅电磁学教材(如《电磁通论》),或关注狭义相对论中对场方程的协变性扩展。
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