
電場和磁場的統稱。變化着的電場和磁場往往同時并存,并且互相轉化。
電磁場是物理學中描述電荷及電流相互作用的基本物理場,由電場和磁場共同構成,兩者相互依存并遵循統一的規律。以下從不同角度詳細解釋:
1. 基本構成
2. 統一性與相互轉化 電場和磁場并非獨立存在。根據麥克斯韋方程組:
3. 數學描述 經典電磁場由四個麥克斯韋方程描述: $$ begin{aligned}
abla cdot mathbf{E} &= frac{rho}{epsilon_0} quad &text{(高斯定律)}
abla cdot mathbf{B} &= 0 quad &text{(磁場無源性)}
abla times mathbf{E} &= -frac{partial mathbf{B}}{partial t} quad &text{(法拉第定律)}
abla times mathbf{B} &= mu_0 mathbf{J} + mu_0epsilon_0 frac{partial mathbf{E}}{partial t} quad &text{(安培-麥克斯韋定律)} end{aligned} $$
4. 電磁波與傳播 時變電磁場以波的形式傳播,速度為光速($c=1/sqrt{mu_0epsilon_0}$),涵蓋無線電波、可見光、X射線等頻譜。例如,WiFi信號是頻率約2.4GHz的電磁波。
5. 相對論視角 愛因斯坦狹義相對論指出,電場和磁場是同一張量在不同參考系下的分量表現。例如,勻速運動的電荷既産生電場,也會因參考系變換顯現磁場。
應用領域:涵蓋電力系統(變壓器)、通信技術(天線)、醫學成像(MRI)等。現代技術中約80%的發明與電磁場理論直接相關。
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