麦克斯韦电磁场理论
麦克斯韦电磁场理论
麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论是19世纪中期经典物理学家麦克斯韦开创的一个领域的理论。
该理论表明电场、磁场、重力场都是由电磁场组成的，这个理论开辟了物理学的新大陆，为后世物理学的发展奠定了基础。
麦克斯韦的电磁场理论是他发明电动机以及最重要的“动能定律”的基础。
此前，物理学家一直认为电磁场和物体有一种相互独立的关系，即电磁场不会对物体产生影响，而物体也不会影响电磁场，相互之间没有关系。
但是，麦克斯韦提出，电磁场和物体之间不是相互独立的，而是相互联系的，电磁场的发生及其变化由物体的运动来决定。
首先，麦克斯韦将物体的运动分为两种，即静止和运动。
他指出，只要有物体的运动，就会产生一个特殊的电磁场，并且这个场的强度会受到物体的运动的影响而发生变化。
其中，静止时，场强是零；而当物体运动时，电磁场强度就会变得非常强大。
其次，麦克斯韦提出了“动能定律”，即电荷在电磁场中所受的动能等于电磁场能的大小，这个定律最终成为20世纪物理学研究的重要基础，并被作为其他新的物理定理的基础发展出来。
此外，麦克斯韦还提出了电磁场中的磁场，即电磁场的变化会产生磁场，磁场一直存在于电磁场中，这种相互关系有助于我们理解地球磁场的变化和形成。
最后，麦克斯韦还指出，电磁场是物体与物体之间的重力场，实际上，电磁场和重力场是存在一种相互关系的，电磁场可以引起重力场的变化，而重力场也可以引起电磁场的变化。
而这个理论后来又被称为“引力波理论”，也就是我们今天所熟悉的引力波宇宙模型。
总之，麦克斯韦的电磁场理论是一个重要的物理学成果，它开辟了物理学的新的领域，为20世纪后物理学的发展奠定了重要的基础，在物理学史上堪称一页金碧。
麦克斯韦电磁场理论
的函数，在求解时，不必再考虑它们与时间的依赖关系。因此，对讨论
正弦时变场来说面采用复数形式的电磁场定律是较为方便的
采用不同的单位制，麦克斯韦方程组的形式会稍微有所改变，大致 形式仍旧相同，只是不同的常数会出现在方程内部不同位置。
国际单位制是最常使用的单位制，整个工程学领域都采用这种单位 制，大多数化学家也都使用这种单位制，大学物理教科书几乎都采用这 种单位制。其它常用的单位制有高斯单位制、洛伦兹-赫维赛德单位制
2、 高斯磁定律：该定律表明，磁单极子实际上并不存在。所以， 没有孤立磁荷，磁场线没有初始点，
也没有终止点。磁场线会形成循环或延伸至无穷远。换句话说，进 入任何区域的磁场线，必需从那区域离开。以术语来说，通过任意闭曲 面的磁通量等于零，或者，磁场是一个无源场。
麦克斯韦方程组的积分形式
（1）描述了电场的性质。
根据库仑定律可以证明电场强度对任意封闭曲面的通量正比于该封 闭曲面内电荷的代数和 通过任意闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包 围的所有电荷量的代数和与电常数之比。 电场强度对任意封闭曲面的通 量只取决于该封闭曲面内电荷的代数和，与曲面内电荷的分布情况无 关，与封闭曲面外的电荷亦无关。
在真空的情况下,Σq是包围在封闭曲面内的自由电荷的代数和。 当存在介质时,Σq应理解为包围在封闭曲面内的自由电荷和极化电 荷的总和。
高斯定理是从库仑定律直接导出的，它完全依赖于电荷间作用力的 二次方反比律。
把高斯定理应用于处在静电平衡条件下的金属导体，就得到导体内 部无净电荷的结论，因而测定导体内部是否有净电荷是检验库仑定律的 重要方法。
对于某些对称分布的电场,如均匀带电球的电场,无限大均匀带电面的 电场以及无限长均匀带电圆柱的电场，可直接用高斯定理计算它们的电 场强度。
麦克斯韦电磁场理论的主要内容是什么
麦克斯韦电磁场理论的主要内容是什么
麦克斯韦电磁场理论的核⼼思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场,变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤⽴的,它们相互联系、相互激发组成⼀个统⼀的电磁场.麦克斯韦进⼀步将电场和磁场的所有规律综合起来,建⽴了完整的电磁场理论体系.这个电磁场理论体系的核⼼就是麦克斯韦⽅程组.
麦克斯韦⽅程组是由四个微分⽅程构成,：
（1）描述了电场的性质.在⼀般情况下,电场可以是库仑电场也可以是变化磁场激发的感应电场,⽽感应电场是涡旋场,它的电位移线是闭合的,对封闭曲⾯的通量⽆贡献.
（2）描述了磁场的性质.磁场可以由传导电流激发,也可以由变化电场的位移电流所激发,它们的磁场都是涡旋场,磁感应线都是闭合线,对封闭曲⾯的通量⽆贡献.
（3）描述了变化的磁场激发电场的规律.
（4）描述了变化的电场激发磁场的规律.
麦克斯韦⽅程都是⽤微积分表述的,具体推导的话要⽤到微积分,⾼中没学很难理解,我给你把涉及到的⽅程写出来,并做个解释,你要是还不明⽩的话也不⽤着急,等上了⼤学学了微积分就都能看懂了：
1.安培环路定理,就是磁场强度沿任意回路的环量等于环路所包围电流的代数和.
2.法拉第电磁感应定律,即电磁场互相转化,电场强度的弦度等于磁感应强度对时间的负偏导.
3.磁通连续性定理,即磁⼒线永远是闭合的,磁场没有标量的源,麦克斯韦表述是：对磁感应强度求散度为零.
4.⾼斯定理,穿过任意闭合⾯的电位移通量,等于该闭合⾯内部的总电荷量.麦克斯韦：电位移的散度等于电荷密度.。
麦克斯韦电磁理论
麦克斯韦电磁理论
麦克斯韦电磁理论是电磁学的重要理论基础，由苏格兰物
理学家詹姆斯·麦克斯韦在19世纪提出。
这个理论结合了电学和磁学的观点，描述了电磁场的性质和它们与电荷和电
流的相互作用。
麦克斯韦电磁理论的主要内容包括：
1. 麦克斯韦方程组：这是描述电磁场中电荷和电流行为的
一组方程。
它包括四个方程，分别是麦克斯韦的电场定律、麦克斯韦的磁场定律、法拉第电磁感应定律和安培环路定律。
2. 电磁波：麦克斯韦的方程组预言了电磁波的存在，即电
磁场以波的形式传播，这一点后来由赫兹的实验证实。
电
磁波是光和其他电磁辐射的基础，它们在真空中以光速传播。
3. 基于麦克斯韦电磁理论的光学：麦克斯韦电磁理论揭示
了光是电磁波的性质，并成功地解释了光的干涉、衍射、
偏振等现象，为现代光学的发展奠定了基础。
麦克斯韦电磁理论的提出对电磁学的发展产生了深远影响，并成为物理学的基本理论之一。
它不仅成功地统一了电学
和磁学，而且为后来的相对论和量子力学的建立打下了基础。
麦克斯韦的电磁理论
判断环路是否包围电流的标准， 判断环路是否包围电流的标准，看电流与以该环 路为边界的任一曲面是否有奇数个截点，若有， 路为边界的任一曲面是否有奇数个截点，若有，就 认为环路包围该电流，否则就不包围该电流。 认为环路包围该电流，否则就不包围该电流。
v v 环路L包围电流 电流密度 包围电流I 环路 包围电流 0(电流密度 j ∫∫S1 v0 dS = I0 为j0)，对于以同一环路 为边 ，对于以同一环路L为边 v 界的任意两个曲面S 界的任意两个曲面 1和S2必有 ∫∫S2 j0 dS = I0 v v v v v v ∫∫ j0 dS=∫∫ j0 dS+∫∫ j0 dS = 0
v D 称为位移电流密度，把 v D 称为位移 t t
v D v 整理改写为 ∫∫ ( j0 + ) dS = 0 S t v
v v v v v D j = j0 + jd = j0 + 全电流的连续性，传导 与 全电流的连续性，传导I与 t
4
位移I 之和连续，传导I中断有等量位移电流接续 中断有等量位移电流接续。 位移 之和连续，传导 中断有等量位移电流接续。
3
v v dq d 电流连续性方程 ∫∫ j0 dS = = ∫∫∫ ρ 0 dτ S dt dt V v v v v d 高斯定理代入 代入， 将高斯定理代入，得 ∫∫S j0 dS = ∫∫S D dS dt v
称为全电流密度， 表示， 称为全电流密度，分别用 jd和 j 表示，即 全电流密度
10
v v v v D = ε0εr E B = 0r H
麦克斯韦方程的积分形式: 麦克斯韦方程的积分形式 v v (1) ∫ D dS = ∫∫∫ ρ dV = q
S V
麦克斯韦电磁场理论
麦克斯韦电磁场理论
麦克斯韦电磁场理论是关于电磁学的基本理论之一，由苏
格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦于19世纪提出。
该
理论描述了电磁场的本质、电磁波的传播和电磁相互作用
的规律。
根据麦克斯韦电磁场理论，电磁场由电场和磁场组成，它
们是彼此相互关联的。
电场是由电荷引起的空间中的场，
磁场则是由电流引起的空间中的场。
通过麦克斯韦方程组，可以描述电磁场的行为。
麦克斯韦方程组包括四个方程，分别是：
1. 高斯定律：描述电场与电荷的关系，即电场线通过任意
闭合曲面的总面积是电荷的代数和的1/ε₀倍，其中ε₀是真
空介电常数。
2. 安培定律：描述磁场与电流的关系，即磁场线通过任意
闭合曲面的总环路是电流的代数和的μ₀倍，其中μ₀是真空磁导率。
3. 法拉第电磁感应定律：描述磁场变化引起的电场感应现象，即磁场变化率和曲面上的电场感应的环路积分成正比。
4. 麦克斯韦-安匹尔电磁感应定律：描述电场变化引起的磁场感应现象，即电场变化率和曲面上的磁场感应的环路积
分成正比。
这四个方程完整地描述了电场和磁场的行为，并且可以推
导出电磁波的存在和传播。
麦克斯韦电磁场理论在电磁学
的研究和应用中起到了重要的作用，被广泛应用于电子技术、通信、光学等领域。
麦克斯韦电磁场理论
麦克斯韦
他认为：磁场变化时 必然产生电场
同种电荷相互电排现斥象与磁同现名象磁极相互排斥 异种电荷相互吸存引在对称异性名磁极相互吸引
电流周围存在 着磁场
变化的磁场可 以产生电流
电磁场理论的建立及验证
变化的磁场能够在空间产生电场，那么， 变化的电场能不能产生磁场？
麦克斯韦假设：变化的电场也相当于一种 电流，也在空间产生磁场。
2、(多选)关于电磁场和电磁波的认识正确的是(
A．任何电场在它周围空间都会产生磁场 B．均匀变化的磁场能够在空间产生电场 C．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的 D．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
解析：静电场周围不会产生磁场，故选项 A 错误；非均匀 变化的电场或磁场才能产生电磁波，故选项 D 错误．
解析：均匀变化的电场，产生的是稳定的磁场，故选项 A、 B 错误，稳定的电场不能产生磁场，故选项 C 错误．
答案：D
1．(多选)下列说法中正确的是( CD A．变化的电场周围空间产生的磁场一定是变化的 B．变化的磁场周围空间产生的电场一定是变化的 C．均匀变化的磁场周围空间产生恒定的电场 D．振荡电场周围空间产生的磁场也是振荡的
答ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：BC
43．根据麦克斯韦电磁场理论，以下说法正确的是( ) A．磁场周围一定产生电场，电场周围一定产生磁场 B．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的 磁场产生均匀变化的电场 C．周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场， 周期性变化的电场产生同频率周期性变化的磁场 D．磁场和电场共同存在的空间一定是电磁场
（4）静电场不产生磁场，静磁场也不产生电场，变化的电场和变化 的磁场互相联系形成不可分割的统一体——电磁场．周期性变化的电场 (或磁场)产生周期性变化的磁场(或电场)．
麦克斯韦电磁场理论
创新微课
麦克斯韦的电磁场理论
小结
电场和磁场的变化关系
非均匀 变化磁 场
激发
变 化 电 场
均 匀
稳 激发 定
变
磁
化
场
激发
若非 均匀 变化
变 化 磁 场
不 在 激 发
均匀变化
激发
稳 定 电
场
非均匀变化
创新微课
同学，下节再见
2、变化的电场产生磁场
麦克斯韦的理论依据
静止的电荷
静电场
电荷运动
电场变化
产生磁场
创新微课
麦克斯韦的电磁场理论
麦克斯韦电磁场理论的理解: ① 恒定的电场不产生磁场 ② 恒定的磁场不产生电场 ③ 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 ④ 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 ⑤ 周期性变化的电场产生同周期的磁场 ⑥ 周期性变化的磁场产生同周期的电场
（2）如果用不导电的塑料线绕制线圈， 线圈中还会有电流、电场吗？·有电场、无电流。
（3）想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？ 有！
创新微课
麦克斯韦的电磁场理论
1、变化的磁场产生电场
创新微课
麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变 化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象， 跟闭合电路是否存在无关。
创新微课 现在开始
麦克斯韦的电磁场理论
麦克斯韦的电磁场理论
创新微课
奥斯特 电流的磁效应
法拉第 电磁感应现象
麦克斯韦的电磁场理论
创新微课
麦克斯韦 （J.C.Maxwell,1831—
1879) 英国物理学家。
建立了第一个完整的电磁理论体系，不 仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭 示了光、电、磁现象的本质的统一性， 完成了物理学的又一次大综合。
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电流周围存在 着磁场
变化的磁场可 以产生电流
根据电现象与磁现象的对称性，麦克斯韦进一 根据电现象与磁现象的对称性， 步推断：变化的电场也能够产生磁场。 步推断：变化的电场也能够产生磁场。
麦克斯韦电磁场理论的基本观点： 麦克斯韦电磁场理论的基本观点：
变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场
按照这个理论，变化的电场和变化的磁场相互联 系，形成一个不可分割的统一体——电磁场。 电场和磁场只是电磁场这个统一体的两种具体 表现形式
电磁波传播的示意图
根据计算，电磁波在真空中的的传 播速度与光速相同，C=3×108m/s C=3×
麦克斯韦大胆预言，光也是一种电磁波。
电磁场的验证
赫兹
赫兹振子
电磁波也是物质
电磁波具有能量
俄国物理学家列别捷夫测量到光对被照物体 的压力，证明了电磁场理论预言的光压。
由太阳光的光压推动 的太阳帆艺术想像图
变化的磁场产生电场
均匀变化的磁场 非均匀变化的磁场 恒定的电场 变化的电场
变化的电场产生磁场
均匀变化的电场 非均匀变化的电场 恒定的磁场 变化的磁场
？
变化的磁场 变化的电场 变化的电场和 磁场由近及远 向周围空间传 播出去，形成
变化的磁场 变化的电场 ……
电磁波
电磁波传播的示意图
E B E E B E
种类 传播 速度
作业：
1.查阅相关资料，了解麦克斯韦 的科学思想方法 2.了解生活中电磁场理学发展作出杰出贡献的三个物理学家
奥斯特
法拉第
麦克斯韦
法拉第电磁感应实验
变化的磁场可以在闭合电路中引起电流
麦克斯韦用场来解释电磁感应现象
B I
B
穿过闭合电路的磁通量改变， 电路中产生感应电流。
E
变化的磁场产生电场
电现象与磁现象 同种电荷相互排斥 同名磁极相互排斥 存在对称性 对称性 异种电荷相互吸引 异名磁极相互吸引
电磁波的广泛应用
电磁波与机械波的比较 电磁波 联系
本质
机械波
都是波，都会发生干涉、衍射等现象 都是波，都会发生干涉、 都满足关系： 都满足关系：v=λf 本身不是物质， 本身不是物质， 是一种客观存在的物质 是运动形式的传播 是横波 不需介质 传播电磁能及信息 真空中：恒定 真空中： 介质： 介质：取决于介质与频率 有横波也有纵波 需要介质 传播机械能及信息 取决于介质