
【化】 Maxwell equations
麥克斯韋方程組(Maxwell's Equations)是電磁學的核心理論框架,由四個偏微分方程組成,完整描述了電場與磁場的産生、相互作用及其與電荷、電流的關系。以下是基于電磁學原理的漢英對照解釋:
$$ointS vec{E} cdot dvec{a} = frac{Q{text{enc}}}{epsilon0}$$
其中 $vec{E}$ 為電場強度,$Q{text{enc}}$ 為閉合曲面内的淨電荷,$epsilon_0$ 是真空介電常數。
$$oint_S vec{B} cdot dvec{a} = 0$$
$vec{B}$ 為磁感應強度。
$$oint_C vec{E} cdot dvec{l} = -frac{d}{dt} int_S vec{B} cdot dvec{a}$$
左側為電場沿閉合路徑的環量,右側為穿過該路徑包圍曲面的磁通量變化率。
$$oint_C vec{B} cdot dvec{l} = mu0 left( I{text{enc}} + epsilon_0 frac{d}{dt} int_S vec{E} cdot dvec{a} right)$$
$mu0$ 為真空磁導率,$I{text{enc}}$ 為穿過曲面的傳導電流。
注:因平台限制未提供直接鍊接,建議通過學術數據庫(如APS Journals、MIT OCW)或權威出版社獲取原始文獻。
麥克斯韋方程組是描述電磁現象的核心理論,由19世紀物理學家詹姆斯·麥克斯韋提出。它整合了電場、磁場與電荷、電流的關系,統一了電學和磁學,并預言了電磁波的存在。以下是四個方程的詳細解釋:
數學形式:
$$
oint mathbf{E} cdot dmathbf{A} = frac{Q_{text{enc}}}{epsilon_0}
$$
微分形式:
$$
abla cdot mathbf{E} = frac{rho}{epsilon_0}
$$
物理意義:電場由電荷産生,通過閉合曲面的電通量等于該曲面内電荷總量除以真空介電常數。它揭示了電荷是電場的源。
數學形式:
$$
oint mathbf{B} cdot dmathbf{A} = 0
$$
微分形式:
$$
abla cdot mathbf{B} = 0
$$
物理意義:磁場是無源的,磁感線總是閉合的,不存在磁單極子(孤立磁極)。這解釋了自然界中未觀測到磁單極的現象。
數學形式:
$$
oint mathbf{E} cdot dmathbf{l} = -frac{d}{dt} int mathbf{B} cdot dmathbf{A}
$$
微分形式:
$$
abla times mathbf{E} = -frac{partial mathbf{B}}{partial t}
$$
物理意義:變化的磁場會激發渦旋電場(感生電場)。這是發電機和變壓器的工作原理基礎。
數學形式:
$$
oint mathbf{B} cdot dmathbf{l} = mu0 left( I{text{enc}} + epsilon_0 frac{d}{dt} int mathbf{E} cdot dmathbf{A} right)
$$
微分形式:
$$
abla times mathbf{B} = mu_0 mathbf{J} + mu_0 epsilon_0 frac{partial mathbf{E}}{partial t}
$$
物理意義:電流和變化的電場(位移電流)都能産生磁場。麥克斯韋補充的位移電流項使方程自洽,并為電磁波的存在提供了理論基礎。
若需進一步了解數學推導或應用場景,可查閱電磁學教材(如《電磁通論》),或關注狹義相對論中對場方程的協變性擴展。
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