
电场和磁场的统称。变化着的电场和磁场往往同时并存,并且互相转化。
电磁场是物理学中描述电荷及电流相互作用的基本物理场,由电场和磁场共同构成,两者相互依存并遵循统一的规律。以下从不同角度详细解释:
1. 基本构成
2. 统一性与相互转化 电场和磁场并非独立存在。根据麦克斯韦方程组:
3. 数学描述 经典电磁场由四个麦克斯韦方程描述: $$ begin{aligned}
abla cdot mathbf{E} &= frac{rho}{epsilon_0} quad &text{(高斯定律)}
abla cdot mathbf{B} &= 0 quad &text{(磁场无源性)}
abla times mathbf{E} &= -frac{partial mathbf{B}}{partial t} quad &text{(法拉第定律)}
abla times mathbf{B} &= mu_0 mathbf{J} + mu_0epsilon_0 frac{partial mathbf{E}}{partial t} quad &text{(安培-麦克斯韦定律)} end{aligned} $$
4. 电磁波与传播 时变电磁场以波的形式传播,速度为光速($c=1/sqrt{mu_0epsilon_0}$),涵盖无线电波、可见光、X射线等频谱。例如,WiFi信号是频率约2.4GHz的电磁波。
5. 相对论视角 爱因斯坦狭义相对论指出,电场和磁场是同一张量在不同参考系下的分量表现。例如,匀速运动的电荷既产生电场,也会因参考系变换显现磁场。
应用领域:涵盖电力系统(变压器)、通信技术(天线)、医学成像(MRI)等。现代技术中约80%的发明与电磁场理论直接相关。
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