磁单极子如果存在对电磁理论的影响

经典电磁理论的建立.

经典电磁理论的建立在古代，人们对静电和静磁现象已分别有一些认识，但从这门学科的发展来看，直到十八世纪末十九世纪初，电和磁之间的联系才被揭露出来，并逐步发展成为一门新的学科——电磁学。电磁学的发展之所以比较晚，主要是由于电磁学的研究需要借助于更为精密的仪器和更精确的实验方法，而这些条件只有生产发展到一定水平之后才能具备。首先对于电和磁现象进行系统地实验研究的是英国的威廉·吉尔伯特。他通过一系列的实验认识到电力和磁力是性质不同的两种力。例如，磁力只对天然磁石起作用，而电力能作用于许多材料。他第一个将琥珀与毛皮摩擦后吸引轻小物体的性质叫做“电”。吉尔伯特这种关于电和磁在本质上不同的观点，给后来的电磁学的发展留下了深刻的影响，直至十九世纪初，许多科学家都把这两种现象看作是毫无联系的。吉尔伯特之后的整个十七世纪，对电和磁的研究进展不大。到了十八世纪四十年代，起电装置的改善和大气现象的研究，引起了物理学家的极大兴趣。1745年荷兰莱顿大学的马森布罗克(1692～1761)和德国的克莱斯德(1700～1748)各自发明了“蓄电”的最早器具——莱顿瓶。1752年7月，美国的富兰克林进行了一次震动世界的吸取天电的风筝实验，从而使人们认识到天空的闪电和地面上的莱顿瓶放电现象是一致的。富兰克林还提出了电荷守恒的思想和电的“单流质”说，他认为一个物体所带的电流质是一个常量，如果流质在一个物体比常量多，就带负电，比常量少就带正电。他在风筝实验的基础上，发明了“避雷针”。由于他在电学方面做出了杰出贡献，而被誉为近代电学的奠基人。我们知道，牛顿在发现万有引力的过程中，曾用数学方法证明过，如果引力随着引力中心距离的平方反比减少，一个均匀球壳对其内部的物体就没有引力的作用。1775年，富兰克林发现将一小块软木块悬于带电的金属罐内并不受到电力的作用。他的朋友普里斯特列(1733～1804)根据这个实验和牛顿对万有引力定律的数学证明推想电的作用力也遵守平方反比定律。1771年，英国物理学家卡文迪许也用类似的实验和推理的方法对电力相互作用的规律进行了研究，他从实验得到电力与距离的n 比定律。库仑定律的发现为静电学奠定了理论基础。通过西蒙·泊松(1781～1840)、高斯(1777～1855)和乔治·格林(1793～1841)等人的工作，确定了处理静电场和静磁场的数学方法。十八世纪末，1780年意大利的医生和动物学教授伽伐尼(1737～1798)在解剖青蛙时，发现了电流，这是电学发展史上的一个转折点。在伽伐尼发现的基础上，伏打于1800年制成伏打“电堆”，得到了比较强的电流，从而使人的认识由静电进入动电，由瞬时电流发展到恒定电流，为进一步研究电流运动的规律和电运动与其他运动形式的联系和转化创造了条件。

电磁场理论复习题

1. 两导体间的电容与_A__有关 A. 导体间的位置 B. 导体上的电量 C. 导体间的电压 D. 导体间的电场强度 2. 下面关于静电场中的导体的描述不正确的是:____C__ A. 导体处于非平衡状态。 B. 导体内部电场处处为零。 C. 电荷分布在导体内部。 D. 导体表面的电场垂直于导体表面 3. 在不同介质的分界面上，电位是__B_。 A. 不连续的 B. 连续的 C. 不确定的 D. 等于零 4. 静电场的源是A A. 静止的电荷 B. 电流 C. 时变的电荷 D. 磁荷 5. 静电场的旋度等于__D_。 A. 电荷密度 B. 电荷密度与介电常数之比 C. 电位 D. 零 6. 在理想导体表面上电场强度的切向分量D A. 不连续的 B. 连续的 C. 不确定的 D. 等于零 7. 静电场中的电场储能密度为B A. B. C. D. 8. 自由空间中静电场通过任一闭合曲面的总通量，等于B A. 整个空间的总电荷量与自由空间介电常数之比 B. 该闭合曲面内所包围的总电荷量与自由空间介电常数之比。 C. 该闭合曲面内所包围的总电荷量与自由空间相对介电常数之比。 D. 该闭合曲面内所包围的总电荷量。 9. 虚位移法求解静电力的原理依据是G A. 高斯定律 B. 库仑定律 C. 能量守恒定律 D. 静电场的边界条件 10. 静电场中的介质产生极化现象，介质内电场与外加电场相比，有何变化？ A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 不确定 11. 恒定电场中，电流密度的散度在源外区域中等于B____ A. 电荷密度 B. 零 C. 电荷密度与介电常数之比 D. 电位 12. 恒定电场中的电流连续性方程反映了___A_ A. 电荷守恒定律 B. 欧姆定律 C. 基尔霍夫电压定律 D. 焦耳定律 13. 恒定电场的源是___B_ A. 静止的电荷 B. 恒定电流 C. 时变的电荷 D. 时变电流 14. 根据恒定电场与无源区静电场的比拟关系，导体系统的电导可直接由静电场中导体系统的D A. 电量 B. 电位差 C. 电感 D. 电容 15. 恒定电场中，流入或流出闭合面的总电流等于__C___ A. 闭合面包围的总电荷量 B. 闭合面包围的总电荷量与介电常数之比 C. 零 D. 总电荷量随时间的变化率 16. 恒定电场是D A. 有旋度 B. 时变场 C. 非保守场 D. 无旋场 17. 在恒定电场中，分界面两边电流密度矢量的法向方向是B A. 不连续的 B. 连续的 C. 不确定的 D. 等于零 18. 导电媒质中的功率损耗反映了电路中的_D____

高等电磁场理论

高等电磁场理论教学目的：光学、电子科学与技术和信息与通讯工程等专业研究生的理论基础课。内容提要：第一章电磁场理论基本方程第一节麦克斯韦方程第二节物质的电磁特性第三节边界条件与辐射条件第四节波动方程第五节辅助位函数极其方程第六节赫兹矢量第七节电磁能量和能流第二章基本原理和定理第一节亥姆霍兹定理第二节唯一性定理第三节镜像原理第四节等效原理第五节感应原理第六节巴比涅原理第七节互易原理第三章基本波函数第一节标量波函数第二节平面波、柱面波和球面波用标量基本波函数展开第三节理想导电圆柱对平面波的散射第四节理想导电圆柱对柱面波的散射第五节理想导电劈对柱面波的散射第六节理想导电圆筒上的孔隙辐射第七节理想导电圆球对平面波的散射第八节理想导电圆球对柱面波的散射第九节分层介质中的波第十节矢量波函数

第四章波动方程的积分解第一节非齐次标量亥姆霍兹方程的积分解第二节非齐次矢量亥姆霍兹方程的积分解第三节辐射场与辐射矢量第四节口径辐射场第五节电场与磁场积分方程第五章格林函数第一节标量格林函数第二节用镜像法标量格林函数第三节标量格林函数的本征函数展开法第四节标量格林函数的傅里叶变换解法第五节并矢与并矢函数第六节自由空间的并矢格林函数第七节有界空间的并矢格林函数第八节用镜像法建立半空间的并矢格林函数第九节并矢格林函数的本征函数展开第六章导行电磁波第一节规则波导中的场和参量第二节模式的正交性第三节规则波导中的能量和功率第四节常用规则波导举例第五节规则波导的一般分析第六节波导的损耗第七节波导的激励第八节纵截面电模和磁模第九节部分介质填充的矩形波导第十节微带传输线第十一节耦合微带线第十二节介质波导第十三节波导和微带不连续性的近似分析第十四节其它微波毫米波传输线简介

关于磁荷的讨论

题目：磁荷的引入姓名：黄庆摘要：磁单极子如果存在将会给整个电磁学理论带来极大的好处，maxwell 方程组将会变得高度对称，然而为什么会有磁荷的存在，磁荷存在的理由在哪里，如果磁荷真的存在我们电磁学理论又将如何，我想要做的也就是这些问题的讨论。从理论上推出磁荷存在的道理，并在磁荷的基础上修改现有的一些理论，从而发现高度的对称性。正文：我们知道maxwell 方程组：积分形式： ??????????????+=?=????-=?=??????????????c s s s v s c c d t d d d t d dV d S D j l H S B S B l E S D 0c 0)(0ρ 微分形式： t t ??+=??=????-=??=??D j H B B E D 00 ρ Maxwell 方程组并从形式上并不对称，那么其根源在磁荷的论断是为什么？在电磁学的教科书上已经给出了有关磁荷理论推导，但是我对这样的理论有如下的疑问：书上的推导是在在闭合线路中没有电流穿过的情况进行的，我的疑问是，为什么一定要在没有电流穿过的情况下推导，如果磁荷真的存在，那么一个数学表达式就应该对所有的情况成立，电流是否穿过闭合曲线导致物理表达式形式的不同就只能说明理论的不完备。而我想做的就是找到这样一个完备的解释使得对所有经典电磁情况都能做出合理的解释。库仑曾经提出过磁场中的库仑定律如下 r F 30214r q q m m πμ= 21m m q q 是磁荷然而实验上只能得到毕奥—萨伐尔定律

304r Id πμr l ?=B 对比静电场中的理论真空中静电场由库仑定律高斯定理环路定理描述形式如下 ?∑?? =?=?=c l E S E F 0 43021d q d r q q s 0r επε 相应的磁场的定理（目前的理论）是 ∑???=?=??=I d d r Id c s 03 00 4μπμl B S B B r l 由此可以很显然的发现磁场与电场的不同之处，即毕奥—萨法尔定律在磁场的形式并不等价于库仑定律在电场中的地位。而且很显然发现磁场在任意闭合曲面的通量是零，但是电场却为电荷的代数和除以0ε而磁场对闭合曲线的环量是电流代数和乘以0μ从这里发现磁场与电场在通量和环量的结论上是相反的。几乎每本教科书上都会对磁荷进行说明，那就是，当磁单极子被发现时，磁场就和电场完全对称，那么我对这句话是保有疑问的，对于静电场，它是有源无旋场，而磁场是无源有旋场，那么当磁单极子出现的时候，磁场也就变成有源场，那么磁场的会像电场一样变成无旋场吗？注：这里所有的讨论都是在静磁场和静电场的大前提下讨论的，因为在电磁感应理论中在变化的磁场产生有旋的感生电场。在整个电磁理论中，都是基于两个实验结论去建立的，即库仑定律和毕奥—萨伐尔定律，在这个前提下物理学家做了很多的理论，物理学所要达到的目标也就是用合适的理论去描述我们的世界，而这些理论我们是没有办法判断其正确性的，但是我们可以证伪，即判断其是

经典电磁场理论发展简史..

电磁场理论发展史 ——著名实验和相关科学家纲要：一、定性研究 1、吉尔伯特的研究 2、富兰克林二、定量研究 1、反平方定律的提出 2、电流磁效应的发现 3、电磁感应定律及楞次定律 4、麦克斯韦方程 5、电磁波的发现三、小结一、定性研究 1、吉尔伯特的研究他发现不仅摩擦过的琥珀有吸引轻小物体的性质，而且一系列其他物体如金刚石、水晶、硫磺、明矾等也有这种性质，他把这种性质称为电性，他是第一个用“电力”、“电吸引”、“磁极”等术语的人。吉尔伯特把电现象和磁现象进行比较，发现它们具有以下几个截然不同的性质： 1.磁性是磁体本身具有的，而电性是需要用摩擦的方法产生； 2.磁性有两种——吸引和排斥，而电性仅仅有吸引（吉尔伯特不知道有排斥）； 3.磁石只对可以磁化的物质才有力的作用，而带电体可以吸引任何轻小物体； 4.磁体之间的作用不受中间的纸片、亚麻布等物体的影响，而带电体之间的作用要受到中间这些物质的影响。当带电体浸在水中，电力的作用可以消失，而磁体的磁力在水中不会消失； 5.磁力是一种定向力，而电力是一种移动力。

2、富兰克林的研究富兰克林（公元1706一1790）原来是费城的印刷商，他通过书本和科学上的来往获得了丰富知识，他利用莱顿瓶做出的第一项重要工作，是根据莱顿瓶内外两种电荷的相消性，在杜菲的“玻璃电”和“树脂电”的基础上提出正电和负电的概念。富兰克林所做的第二项重要工作是统一了天电和地电。二、定量研究 1、反平方定律的提出 1750年前后，彼得堡科学院院士埃皮努斯在实验中发现；当发生相互作用的电荷之间的距离缩短时，两者之间的吸引力和排斥力便增加。1766年富兰克林写信给他在德国的一位朋友普利斯特利（公元1733一1804），介绍了他在实验中发现在金属杯中的软木球完全不受金属杯电性的影响的现象。他请普利斯特利给予验证。英国科学家卡文迪许在1772年做了一个电学实验，他用一个金属球壳使之带电，发现电荷全部分布在球壳的外表面，球腔中任何一点都没有电的作用。法国物理学家库仑（公元1736—1806），起先致力于扭转和摩擦方面的研究。由于发表了有关扭力的论文，于1781年当选为国家科学院院士。他从事研究毛发和金属丝的扭转弹性。1784年法国科学院发出船用罗盘最优结构的悬奖征文，库仑转而研究电力和磁力问题。 1785年库仑自制了一台精巧的扭秤，作了电的斥力实验，建立了著名的库仑定律：两电荷之间的作用力与其距离的平方成反比，和两者所带电量的乘积成正比。公式：F=k*(q1*q2)/r^2 2、电流磁效应的发现丹麦物理学家奥斯特（公元1777—1851）首次发现电流磁效应，揭开了电和磁两种现象的内在联系，从此开始了电磁学的真正研究。 1820年4月在一次关于电和磁的讲课快结束时，他抱着试试看的心情做了实验，在一根根细的铂丝导线的下面放一个用玻璃罩罩着的小磁针，用伽伐尼电池将铂丝通电，他发现磁针偏转，这现象虽然未引起听讲人的注意，却使他非常激

电磁学经典练习题与答案

高中物理电磁学练习题一、在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确． 1．如图3-1所示，有一金属箔验电器，起初金属箔闭合，当带正电的棒靠近验电器上部的金属板时，金属箔开．在这个状态下，用手指接触验电器的金属板，金属箔闭合，问当手指从金属板上离开，然后使棒也远离验电器，金属箔的状态如何变化?从图3-1的①～④四个选项中选取一个正确的答案．［］图3-1 Ａ．图①Ｂ．图②Ｃ．图③Ｄ．图④ 2．下列关于静电场的说法中正确的是［］Ａ．在点电荷形成的电场中没有场强相等的两点，但有电势相等的两点Ｂ．正电荷只在电场力作用下，一定从高电势向低电势运动Ｃ．场强为零处，电势不一定为零；电势为零处，场强不一定为零Ｄ．初速为零的正电荷在电场力作用下不一定沿电场线运动 3．在静电场中，带电量大小为ｑ的带电粒子（不计重力），仅在电场力的作用下，先后飞过相距为ｄ的ａ、ｂ两点，动能增加了ΔＥ，则［］Ａ．ａ点的电势一定高于ｂ点的电势Ｂ．带电粒子的电势能一定减少Ｃ．电场强度一定等于ΔＥ／ｄｑＤ．ａ、ｂ两点间的电势差大小一定等于ΔＥ／ｑ 4．将原来相距较近的两个带同种电荷的小球同时由静止释放（小球放在光滑绝缘的水平面上），它们仅在相互间库仑力作用下运动的过程中［］Ａ．它们的相互作用力不断减少Ｂ．它们的加速度之比不断减小Ｃ．它们的动量之和不断增加Ｄ．它们的动能之和不断增加 5．如图3-2所示，两个正、负点电荷，在库仑力作用下，它们以两者连线上的某点为圆心做匀速圆周运动，以下说确的是［］图3-2

Ａ．它们所需要的向心力不相等Ｂ．它们做圆周运动的角速度相等Ｃ．它们的线速度与其质量成反比Ｄ．它们的运动半径与电荷量成反比 6．如图3-3所示，水平固定的小圆盘Ａ，带电量为Ｑ，电势为零，从盘心处Ｏ由静止释放一质量为ｍ，带电量为＋ｑ的小球，由于电场的作用，小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的ｃ点，Ｏｃ＝ｈ，又知道过竖直线上的ｂ点时，小球速度最大，由此可知在Ｑ所形成的电场中，可以确定的物理量是［］图3-3 Ａ．ｂ点场强Ｂ．ｃ点场强Ｃ．ｂ点电势Ｄ．ｃ点电势 7．如图3-4所示，带电体Ｑ固定，带电体Ｐ的带电量为ｑ，质量为ｍ，与绝缘的水平桌面间的动摩擦因数为μ，将Ｐ在Ａ点由静止放开，则在Ｑ的排斥下运动到Ｂ点停下，Ａ、Ｂ相距为ｓ，下列说确的是［］图3-4 Ａ．将Ｐ从Ｂ点由静止拉到Ａ点，水平拉力最少做功2μｍｇｓＢ．将Ｐ从Ｂ点由静止拉到Ａ点，水平拉力做功μｍｇｓＣ．Ｐ从Ａ点运动到Ｂ点，电势能增加μｍｇｓＤ．Ｐ从Ａ点运动到Ｂ点，电势能减少μｍｇｓ 8．如图3-5所示，悬线下挂着一个带正电的小球，它的质量为ｍ、电量为ｑ，整个装置处于水平向右的匀强电场中，电场强度为Ｅ．［］图3-5 Ａ．小球平衡时，悬线与竖直方向夹角的正切为Ｅｑ／ｍｇＢ．若剪断悬线，则小球做曲线运动Ｃ．若剪断悬线，则小球做匀速运动Ｄ．若剪断悬线，则小球做匀加速直线运动 9．将一个6Ｖ、6Ｗ的小灯甲连接在阻不能忽略的电源上，小灯恰好正常发光，现改将一个6Ｖ、3Ｗ的小灯乙连接到同电源上，则［］Ａ．小灯乙可能正常发光Ｂ．小灯乙可能因电压过高而烧毁Ｃ．小灯乙可能因电压较低而不能正常发光Ｄ．小灯乙一定正常发光 10．用三个电动势均为1．5Ｖ、阻均为0．5Ω的相同电池串联起来作电源，向三个阻值都是1Ω的用电器供电，要想获得最大的输出功率，在如图3-6所示电路中应选择的电路是［］图3-6 11．如图3-10所示的电路中，Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５为阻值固定的电阻，Ｒ６为可变电阻，Ａ为阻可忽略的电流表，Ｖ为阻很大的电压表，电源的

电磁场理论试题

《电磁场理论》考试试卷（A 卷）（时间120分钟）院/系专业姓名学号一、选择题（每小题2分，共20分） 1. 关于有限区域内的矢量场的亥姆霍兹定理，下列说法中正确的是（ D ）（A ）任意矢量场可以由其散度和旋度唯一地确定；（B ）任意矢量场可以由其散度和边界条件唯一地确定；（C ）任意矢量场可以由其旋度和边界条件唯一地确定；（D ）任意矢量场可以由其散度、旋度和边界条件唯一地确定。 2. 谐变电磁场所满足的麦克斯韦方程组中，能反映“变化的电场产生磁场”和“变化的磁场产生电场”这一物理思想的两个方程是（ B ）（A ）ε ρ= ??=??E H ??,0 （B ）H j E E j J H ρ? ρ??ωμωε-=??+=??, （C ）0,=??=??E J H ? ??（D ）ε ρ = ??=??E H ??,0 3．一圆极化电磁波从媒质参数为13==r r με的介质斜入射到空气中，要使电场的平行极化分量不产生反射，入射角应为（ B ）（A ）15° （B ）30° （C ）45° （D ）60°

4. 在电磁场与电磁波的理论中分析中，常引入矢量位函数A ?，并令A B ?? ??=，其依据是（ C ）（A ）0=??B ? ；（B ）J B ??μ=??；（C ）0=??B ? ；（D ）J B ??μ=??。 5 关于高斯定理的理解有下面几种说法，其中正确的是（ C ） (A) 如果高斯面内无电荷，则高斯面上E ? 处处为零； (B) 如果高斯面上E ? 处处不为零，则该面内必有电荷； (C) 如果高斯面内有净电荷，则通过该面的电通量必不为零； (D) 如果高斯面上E ? 处处为零，则该面内必无电荷。 6．若在某区域已知电位移矢量x y D xe ye =+，则该区域的电荷体密度为（ B ） ( A) 2ρε=- （B ）2ρ= （C ）2ρε= （D ）2ρ=- 7.两个载流线圈之间存在互感，对互感没有影响的是（ C ）（A ）线圈的尺寸（B ）两个线圈的相对位置（C ）线圈上的电流（D ）线圈中的介质 8 .以下关于时变电磁场的叙述中，正确的是（ B ）（A ）电场是无旋场（B ）电场和磁场相互激发（C ）电场和磁场无关（D ）磁场是有源场

电磁场理论的基本概念

第十三章电磁场理论的基本概念历史背景：十九世纪以来，在当时社会生产力发展的推动下，电磁学得到了迅速的发展： 1．零星的电磁学规律相继问世（经验定律） 2．理论的发展，促进了社会生产力的发展，特别是电工和通讯技术的发展→提出了建立理论的要求，提供了必要的物质基础。 3．＊（Maxwell,1931~1879）麦克斯韦:数学神童，十岁进入爱丁堡科学院的学校，十四岁获科学院的数学奖； 1854，毕业于剑桥大学。以后，根据开尔文的建议，开始研究电学,研究法拉第的力线； 1855，“论法拉第的力线”问世，引入δ =???H H ，同年，父逝，据说研究中断； 1856，阿贝丁拉马利亚学院的自然哲学讲座教授，三年； 1860，与法拉第见面； 1861－1862，《论物理力线》分四部分发表；提出涡旋电场与位移电流的假设。 1864，《电磁场的动力理论》向英国皇家协会宣读； 1865，上述论文发表在《哲学杂志》上； 1873，公开出版《电磁学理论》一书，达到顶峰。这是一部几乎包括了库仑以来的全部关于电磁研究信息的经典著作；在数学上证明了方程组解的唯一性定理，从而证明了方程组内在的完备性。 1879，去世，48岁。（同年爱因斯坦诞生）＊法拉第－麦克斯韦电磁场理论，在物理学界只能被逐步接受。它的崭新的思想与数学形式，甚至象赫姆霍兹和波尔兹曼这样有异常才能的人，为了理解消化它也花了几年的时间。 §13－1 位移电流一．问题的提出 1. 如图，合上K ，对传I l d H :S =?? 1 对传I l d H :S =?? 2 2. 如图，合上K ，对C 充电：对传I l d H :S =?? 1 对02=??l d H :S 3. M axwell 的看法：只要有电动力作用在导体上，它就产生一个电流，……作用在电介质上的电动力，使它的组成部分产生一种极化状态，有如铁的颗粒在磁力影响下的极性分布一样。……在一个受到感应的电介质中，我们可以想象，每个分子中的电发生移动，使得一端为正，另一端为负，但是依然和分子束缚在一起，并没有从一个分子到另一个分子上去。这种作用对整个电介质的影响是在一定方向上引起的总的位移。……当电位移不断变化时，就会形成一种电流，其沿正方向还是负方向，由电位移的增大或减小而定。”这就是麦克斯韦定义的位移电流的概念。

麦克斯韦电磁场理论的建立及意义

麦克斯韦电磁场理论的建立及意义班级：物理系09本三班姓名：范日耀摘要：文章通过对法拉第力线思想和W.汤姆孙的类比研究的阐述来引出麦克斯韦的电磁场理论。麦克斯韦经过三个艰难的过程建立了电磁场理论，为壮伟的物理大厦添砖加瓦，做出了巨大贡献。关键字：法拉第力线思想W.汤姆孙类比研究麦克斯韦电磁场理论一、引言二、内容 1、前人的研究（1）法拉第的力线思想法拉第从广泛的实验研究中构想出描绘电磁作用的“力线”图像。他认为电荷和磁极周围的空间充满了力线，靠力线（包括电力线和磁力线）将电荷（或磁极）联系在一起。力线就像是从电荷（或磁极）发出、又落到电荷（或磁极）的一根根皮筋一样，具有在长度方向力图收缩，在侧向力图扩张的趋势。他以丰富的想象力阐述电磁作用的本质。法拉第研究了电介质对电力作用的影响，认识到这一影响表明电力不可能是超距作用，而是通过电介质状态的变化；即使没有电介质，空间也会产生某种变化，布满了力线。后来，法拉第又进一步研究了磁介质，解释了顺磁性和反磁性。电磁感应现象则解释为磁铁周围存在某种“电应力状态”，当导线在其附近运动时，收到应力作用而有电荷做定向运动；回路中产生电动势则是由于穿过回路的磁力线数目发生了变化。法拉第的力线思想实际上就是场的观念，这是近距理论的核心内容。（2）W.汤姆孙的类比研究在法拉第力线思想的激励下，W.汤姆孙对电磁作用的规律也进行过有益的研究。他从法国科学家傅里叶的热传导理论得到启示。傅里叶在1824年发表《热的分析理论》一书，详细的研究了在介质中热流的传播问题，建立了热传导方程。这本书W.汤姆孙对有很深的影响。 1842年，W.汤姆孙发表了第一篇关于热和电的数学论文，题为：《论热在均匀固体中的均匀运动及其与电的数学理论的联系》，他论述了热在均匀固体中的传导和法拉第电应力在均匀介质中传递这两种现象之间的相似性。他指出电的等势面对应于热的等温面，而电荷对应与热源。利用傅里叶的热分析法，他把法拉第的力线思想和拉普拉斯、泊松等人已经建立的完整的静电理论结合在一起，初步形成了电磁作用的统一理论。 1847年，W.汤姆孙进一步研究了电磁现象与弹性现象的相似性，在题为《论电力、磁力和伽伐尼力的力学表征》一文中，以不可压缩流体的流线连续性为基础，论述了电磁现象和流体力学现象的共性。1851年，他给除了磁场的定义，1856年，根据磁致旋光效应提出了磁具有旋转的特性，这样就为进一步借用流体力学中关于涡旋运动的理论，做好了准备。 W.汤姆孙运用类比方法，把法拉第的力线思想转变为定量的表述，为麦克斯韦的工作提供了十分有益的经验。 2、麦克斯韦建立电磁场理论（1）电磁场理论建立的第一步麦克斯韦在电磁理论方面的工作可以和牛顿在力学理论方面的工作相媲美。他和牛顿一样，是“站在巨人的肩上”，看得更深更远，作出了伟大的历史综合；他和牛顿一样，其丰硕的成果是一步一步提炼出来的。

发现磁单极子

发现磁单极子：这一回是真的吗？作者：南方周末记者黄永明发自：北京最后更新：2009-09-16 20:04:19来源：南方周末 ?标签 ?磁单极子 ?物理学德国和法国的两个科学家小组在9月4日出版的《科学》杂志上报告他们在一种特殊的晶体中观察到了“磁单极子”的存在。互联网上传言这是可以改写教科书的发现 9月初，许多理工科学生注意到一条新闻：“科学家首次在实物中发现磁单极子。”“学电子专业的朋友们，你们可以回家了！”有人以此为噱头在网上发了一个帖子。假如真的发现磁单极子，那么英国物理学家麦克斯韦在19世纪建立的描述磁场与电场的基本方程就要面临重大修改，电子专业的课本也要重写了。 “发现磁单极子”的两篇论文发表在9月4日出版的美国《科学》杂志上，然而，当物理学专业人士在论文摘要中看到“凝聚态物理”这个短语时，就立即预感到，这不是真正地发现磁单极子。在两篇论文中，德国亥姆霍兹材料与能源中心的乔纳森·莫里斯（Jonathan Morris）领导的团队和法国Laue-Langevin研究所汤姆·芬内尔（Tom Fennell）领导的团队分别报告在自旋冰晶体中观察到了类似磁单极子的“准粒子”。之前的一些研究中已经有迹象显示这种准粒子可能存在，此次两个团队的发现首次确凿地证实了这一点。但他们的“磁单极子”与物理学中著名的由狄拉克预言的磁单极子仍有天壤之别。磁单极子的魅影一条磁铁总是同时拥有南极和北极，即便你将它摔成两半，新形成的两块磁铁又会立刻分别出现南极和北极。这种现象一直持续到亚原子水平。看上去，南极和北极似乎永远不分家。是这样吗？很多物理学家对这一点相当怀疑。英国物理学家狄拉克是首先预言存在磁单极子的物理学家。他在创立著名的狄拉克方程后，于1930年首先预言了正电子的存在，两年之后正电子就被C.D.安德森在实验中发现。基于他的方程，狄拉克还预言了另外两种基本粒子——只有南极或只有北极的磁单极子。这是两种虚无缥缈的粒子，因为它们完全来自于纸上计算，而正电子在被预言之前至少人们已经知道了电子的存在。但是，既然电荷能够被分为独立的正负，那么磁似乎也应该能被独立出南极和北极。对于物理学家来说，这才是“对称”的。后来，在1980年代，物理学家在试图将弱电相互作用和强相互作用统一在一起，以便最终能完成所谓“大统一理论”时，某些理论也预言了磁单极子的存在。物理学家们在研究磁单极子的过程中发生过许多出人意表的故事。

电磁场理论复习题(题库+答案)

第1~2章矢量分析宏观电磁现象的基本规律 1. 设：直角坐标系中，标量场zx yz xy u ++=的梯度为A ，则 A = ，=??A 0 。 2. 已知矢量场 xz e xy e z y e A z y x ?4?)(?2+++= ，则在M （1，1，1）处=??A 9 。 3. 亥姆霍兹定理指出，若唯一地确定一个矢量场（场量为A ），则必须同时给定该场矢量的旋度及散度。 4. 写出线性和各项同性介质中场量D 、E 、B 、H 、J 所满足的方程（结构方程）：。 5. 电流连续性方程的微分和积分形式分别为和。 6. 设理想导体的表面A 的电场强度为E 、磁场强度为B ，则（a ）E 、B 皆与A 垂直。（b ）E 与A 垂直，B 与A 平行。（c ）E 与A 平行，B 与A 垂直。（d ）E 、B 皆与A 平行。答案：b 7. 设自由真空区域电场强度(V/m) )sin(?0βz ωt E e E y -= ，其中0E 、ω、β 为常数。则空间位移电流密度d J （A/m 2）为：（a ） )cos(?0βz ωt E e y - （b ） )cos(?0βz ωt ωE e y - （c ） )cos(?00βz ωt E ωe y -ε （d ） )cos(?0βz ωt βE e y -- 答案：c 8. 已知无限大空间的相对介电常数为4=εr ，电场强度 )(?)(?)(?y x e z x e z y e z y x +++++A ??A ??E J H B E D σ=μ=ε= , ,t q S d J S ??-=?? t J ?ρ?-=??

电磁场理论发展历史及其在现代科技中的应用

电磁场理论发展历史及其在现代科技中的应用摘要：电磁场理论在现代科技中有着广泛的应用。现代电子技术如通讯、广播、导航、雷达、遥感、测控、嗲面子对抗、电子仪器和测量系统，都离不开电磁场的发射，控制、传播和接收；从工业自动化到地质勘测，从电力、交通等工业农业到医疗卫生等国民经济领域，几乎全都涉及到电磁场理论的应用。不仅如此，电磁学一直是，将来仍是新兴科学的孕育点。在本文中主要介绍电磁场理论发现和发展的历史以及在现代科技中的也应用。关键词：电磁学电磁场理论现代科技对电磁场现象的研究是从十六世纪下半叶英国伊莉莎白女王的试医官吉尔伯特开始，然而他的研究方法很原始，基本上是定性地对现象的总结。对电磁场的近代研究是从十八世纪的卡文迪许、库伦开始，他们开创了用测量仪器对电磁场现象做定量的规律，引起了电磁场从定性到定量的飞跃。库仑定律的建立基于英国科学家卡文迪许在1772年做的一个一个电学实验，他用一个金属球壳使之带电，发现电荷全部分布在球壳的外表面，球腔中任何一点都没有电的作用。库伦定律揭示了电荷间的静电作用力与它们之间的距离平方成反比。安培在假设了两个电流元之间的相互作用力沿着它们的连线之间的作用力正比于它们的长度和电流强度，而与它们之间的距离的平方成反比的公式，即提出了著名的安培环路定理。基于这与牛顿万有引力定律十分类似，.泊松、.高斯等人仿照引力理论，对电磁现象也引入了各种场矢量，如电场强度、电通量密度（电位移矢量）、磁场强度、磁通密度等，并将这些量表示为空间坐标的函数。但是当时对这些量仅是为了描述方便而提出的数学手段，实际上认为电荷之间或电流之间的物理作用是超距作用。直到M.法拉第,他认为场是真实的物理存在,电力或磁力是经过场中的力线逐步传递的，最终才作用到电荷或电流上。他在1831年发现了著名的电磁感应定律，并用磁力线的模型对定律成功地进行了阐述，但是电磁感应定律的确认是在1851年，这一过程花了20年。1846年,M.法拉第还提出了光波是力线振动的设想，为以后麦克斯韦从数学上建立电磁场理论奠定了基础。.麦克斯韦继承并发展了法拉第的这些思想，仿照流体力学中的方法，采用严格的数学形式,将电

磁单极子的研究进展及对磁学理论的影响

摘要：自从磁单极子的概念被狄拉克提出来，就一直被物理学家高度的关注着，虽然大家都在努力的寻找但是一直没有找到它们存在的确切证据，最近，一些凝聚态物理学家声称在动量空间及自旋冰材料中找到了磁单极子存在的确切证据，并通过磁单极子的集体激发行为解释了一些新颖的物理现象，给磁单极子的研究带来了新的曙光。在文章里面主要介绍了一下磁单极子至提出以来的研究进程，简要说明了一下最新的进展。然后又对磁单极子的特点及其研究意义做了简单的概述。关键词：磁单极子；自旋冰；麦克斯韦方程组 Abstract: Since the concept of magnetic monopoles was picked up by Dila Curtis, it has been highly concerned by the physicist. We had been tried to find out the conclusive evidence of their existence, but we had not found them, most recently, a number of condensed matter physics claimed that they had found the conclusive evidence of magnetic monopoles’ existence in the momentum space and spin ice materials. They also explained some of the novel physical phenomena which brought a new dawn to the study of the magnetic monopole. In the article I will describe the study process of magnetic monopole. Then I will give a brief description about the latest progress. At last I will introduce the characteristics of the magnetic monopole and its significance. Keywords：magnetic monopole；spin ice；Maxwell equation group

大连海事电磁场理论课后习题答案

电磁场理论习题解答信息科学技术学院

第1章习题答案 1-1 在直角坐标系中，试将微分形式的麦克斯韦方程写成8个标量方程。解：在直角坐标系中矢量D 的散度运算如下： () z D y D x D D D D z y x z y x z y x ??+??+??=++???? ????+??+??=???k j i k j i D (1) 因此，高斯通量定理和磁通连续性原理分别是两个标量方程： 0 , =??+??+??=??+??+??z B y B x B z D y D x D z y x z y x ρ (2) 在直角坐标系中矢量E 的旋度运算如下： ??? ? ????-??+???? ????-??+???? ????-??=??????=??y E x E x E z E z E y E E E E z y x x y z x y z z y x k j i k j i E (3) 法拉第电磁感应定律可以写成3个标量方程： t B y E x E t B x E z E t B z E y E z x y y z x x y z ??-=??-????-=??-????-=??-?? ，， (4) 全电流定律也可以写成3个标量方程： t H J y H x H t D J x H z H t D J z H y H z z x y y y z x x x y z ??+=??-????+=??-????+=??-?? ，， (5) 共8个标量方程。 1-2 试证明：任意矢量E 在进行旋度运算后再进行散度运算，其结果恒为零，即 ? ? (? ? E ) = 0 (1) 证明：设A 为任意矢量场函数，由题1-1式(3)可知，在直角坐标系中，它的旋度为 ??? ? ????-??+???? ????-??+ ??? ? ????-??=??y E x E x E z E z E y E x y z x y z k j i E (2) 再对上式进行散度运算 0)(222222=???-???+???-???+???-???=???? ????-????+???? ????-????+???? ????-????=????z y E x z E y x E z y E x z E y x E y E x E z x E z E y z E y E x x y z x y z x y z x y z E (3) 得证。 1-3 试由微分形式麦克斯韦方程组，导出电流连续性方程 t ??-=??ρJ (1) 解：麦克斯韦方程组中微分形式的全电流定律为 t ??+=??D J H (2) 对上式等号两边进行散度运算，由题1-2知，等号左边的散度为零，等号右边的散度亦应为零，即

电磁场理论发展史(DOC 6页)

电磁场理论发展史引言载法拉弟发现电磁感应现象的那一年，英国诞生了一位伟大的科学家——麦克斯韦，他因创立电磁场理论而成为十九世纪最伟大的物理学家．麦克斯韦创立电磁场理论系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。一、历史的前奏在麦克斯韦以前，解释电磁相互作用有两种相互对立的观点．一种是超距作用学说．即在研究两个电荷之间相互作用力时，忽略中介空间的作用，电荷会超越空间距离而互相作用，库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说来解释电磁相互作用的．这种学说当时拥有数学基础．另一种是媒递作用学说．认为空间有一种能传递电力的媒质（称作以太）存在，电荷间通过媒质互相作用．法拉弟通过实验揭露了空间媒质的重要作用，他认为在空间媒质中充满了电力线，即通过场来传递，但媒递作用学说还没有数学基础，不易被人接受．也使其发展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的发展．他中学时曾在数学和诗歌比赛中获第一名，这显示了他的数学才华与丰富的想象力方面的潜力．他年轻时曾读过法拉弟的《电学实验研究》，对法拉弟的物理思想（如电力线和场的思想）十分推崇，同时也发现了它的弱点．麦克斯韦对电磁相互作用的超距观点早就表示“不能接受即时传播的思想”，在法拉弟的物理思想影响下，他决心“为法拉弟的场概念提供数学方法的基础”．二、麦克斯韦创立电磁场理论麦克斯韦创立电磁场理论可分为三个阶段：第一阶段，统一已知电磁定律麦克斯韦于1856年发表了他的第一篇论文《论法拉弟的力线》，在这篇文章中，他试图用数学语言精确地表述法拉弟的力线概念，他采用数学推论与物理类比相结合的方法，以假想流体的力学模型去模拟电磁现象．他说：“借助于这种类比，我试图以一种方便的和易于处理的形式为研究电现象提供必要的数学观念”他的目标是想据此统一已知的电磁学定律．麦克斯韦为达到此目的，他运用了“建立力学模型——引出基本公式——进行数学引伸推导”的解决科学问题的思路和方法．第一步，建立力学模型首先运用类比方法，麦克斯韦把电磁现象和力学现象做了类比，认为可以建立一种不可压缩流体的力学模型来模拟电磁现象．这种流体模型为：一是没有惯性，因而也就没有质量；二是不可压缩；三是可以从无产生，又可消失．显然这是一种假设理想流体．麦克斯韦在这篇文章中写道：“我企图把一个在空间画力线的清楚概念摆在一个几何学家的面前，并利用一个流体的流线的概念，说明如何画出这些流线来”“力线的切线方向就是电场力的方向，力线的密度表示电场力的大小”．他企图阐明电力线和电力线所在空间之间的几何关

磁单极子

随着磁单极粒子的提出，科学界由此掀起了一场寻找磁单极粒子的狂潮。人们绞尽脑汁，采用了各种各样的方法，去寻找这种理论上的磁单极粒子。科学家首先把寻找的重点放在古老的地球的铁矿石和来自地球之外的铁陨石上，因为他们觉得这些物体中，会隐藏着磁单极粒子这种“小精灵”。然而结果却令他们大失所望：无论是在“土生土长”的地球物质中，还是那些属于“不速之客”的地球之外的天体物质中，均未发现磁单极粒子！痕迹高能加速器是科学家实现寻找磁单极粒子美好理想的另一种重要手段。科学家利用高能加速器加速核子(例如质子)，以之冲击原子核，希望这样能够使理论中的紧密结合的正负磁单极子分离，以求找到磁单粒极子。美国的科学家利用同步回旋加速器，多次用高能质子与轻原子核碰撞，但是也没有发现有磁单极子产生的迹象。这样的实验已经做了很多次，得到的都是否定的结果。古老岩石探测和加速器实验所遭到的挫折，并没有使科学家们气馁，反而更加激发了他们的斗志，并促使他们广开思路，想到了这也许是因为加速器的能量不够大的缘故，他们一方面试图研制出功能更加强大的加速器，一方面把目光投向能量更大的天然的宇宙射线，试图从宇宙射线中找到磁单极粒子的踪影。从宇宙射线中寻找磁单极粒子的理论根据有两方面：—种是宇宙射线本身可能含有磁单极粒子，另一种是宇宙射线粒子与高空大气原子、离子、分子等碰撞会产生磁单极粒子。他们曾经把希望寄托在一套高效能的装置上，因为这种装置可以捕捉并记录到非常微小、速度非常快的电磁现象。他们期待着利用这套装置能把宇宙线中的磁单极粒子吸附上，遗憾的是这套装置也未能使他们如愿以偿，满腔希望的他们又遭受了一次沉重的失望的打击。但是，科学家们并不因此气馁和放弃，他们仍在不断地寻找着机会。人类登月飞行的实现，又重新在科学家心目中燃起了熊熊的希望之火，让科学家把目光投向那寂静荒凉的地方，因为月球上既没有大气，磁场又极微弱，应该是寻找磁单极粒子的好场所。1973年，科学家对“阿波罗”11号、12号和14号飞船运回的月岩进行了检测，而且使用了极灵敏的仪器。但出人意料的是，竟没有测出任何磁单极粒子。磁单极粒子理论自提出以来迄今，已逾半个多世纪，长期不能被证实，也不能被否定，这在科学史上是罕见的，因为一般的科学假设如果在这么长的时间内未被证实，人们就会将此假设否定或放弃。那么，对于经历了大半个世纪的探寻，基本上可以说是没有什么突破性进展的磁单极粒子，人们是否最终也同样会放弃寻找呢？实际上，自20世纪30年代以来至今，磁单极粒子一直是物理学家和天文学家的热门话题，同时也引起了广大科学爱好者的极大兴趣，对它们的寻找就一直没有停止过。这是因为磁单极粒子复杂的相互作用过程，与目前我们所了解的一般电磁现象截然不同，磁单极子问题不仅涉及物质磁性的一种来源、电磁现象的对称性，而且还同宇宙极早期演化理论及微观粒子结构理论等有关。磁单极子的引出对同性电荷的稳定性、电荷的量子化、轻子结构、轻子和强子的统一组成、轻子和夸克的对称等难题等，都能给以较好的解释。尽管迄今为止还没找到磁单极粒子，但是，在关于磁单极粒子理论研究和实践探索的半个多世纪中，采用了量子论、相对论和统一场论的复杂理论手段，联系到最广袤的宏观世界和最细微的微观世界，涉及到极漫长的和极短暂的时间尺度，它不仅给物理学带来了活力，而且也向两极不可分离的哲学信条提出挑战。更为重要的是，在具体的对磁单极粒子进行探索过程中，对物理学特别粒子研究技术如加速器的发展，具有很大的促进作用。虽然磁单极粒子假说到现在为止，还没有能在实验上得到最后的证实，但它仍将是当代物理学上十分引人注目的基本理论研究和实验的重要课题之一，因为今天的磁单极粒子已成为解决一系列涉及微观世界和宏观世界重大问题的突破口，如果磁单极粒子确实存在，不仅现有的电磁理论要作重大修改，而且物理学以及天文学的基础理论又将有重大的发展，人们对宇宙起源和发展的认识也会再深入一步。编辑本段曙光曾现在对磁单极粒子进行寻找的过程中，人们“收获”到的总是一次又一次地失望。不过，在一次又一次沉重、浓郁的失败的晦暗中间，也曾不时地闪现过一两次美妙的希望曙光。有一些物理学家认为，磁单极粒子对