麥克斯韋電磁場

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1、§1.3麥克斯韋電磁場理論的基本框架1.法拉第電磁感應(yīng)定律與麥克斯韋對電磁理論的發(fā)展法拉第1831年發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)定律初步揭示了電與磁的內(nèi)在聯(lián)系。麥克斯韋則在高斯定理、安培環(huán)路定理及法拉第電磁感應(yīng)定律的基礎(chǔ)上，建立了電磁場理論的宏偉大廈，大廈的基礎(chǔ)就是優(yōu)美的麥克斯韋方程?？梢院敛豢鋸埖卣f，法拉第的發(fā)現(xiàn)和麥克斯韋的貢獻(xiàn)都是人類科學(xué)進(jìn)程的里程碑，具有劃時代的意義。法拉第使人類走進(jìn)了電氣化時代，麥克斯韋則給人類帶來了通訊和信息技術(shù)的革命。他們不僅在科學(xué)研究上承前啟后，而且還有過劃時代的會見與合作。下面一段文章對此作了生動的寫照。法拉第、麥克斯韋與電磁理論（閱讀資料1）　韋伯

2、穿過一個又一個歐姆，把回音帶給我──“我是你忠實而又真誠的法拉，充電到一個伏特，表示對你的愛?！暴ぉ溈怂鬼f法拉第通過實驗發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并從直觀的猜想提出了磁力線、場的假設(shè)，但是他一時無法用實驗去證實，便將這個預(yù)言于1832年3月存入皇家學(xué)院地下室的文件柜里，專等知音者上門。他等了整整二十三年，也未見有一人上門，沒聽到一句能理解他的知心話。相反，有不少人，包括當(dāng)時一些著名的物理學(xué)家，經(jīng)常諷刺挖苦他。他只有靠發(fā)奮工作來消除這些煩惱。他在工作很疲倦的時侯，便靠在椅子上閉目養(yǎng)神，有時不由自主地想起了開普勒在發(fā)現(xiàn)三定律后說的那段話：反正我是發(fā)現(xiàn)了，也許要到一百年以后才會

3、有人理解看來此生不會有人同我分享發(fā)現(xiàn)的歡樂，我只能忍受這種發(fā)現(xiàn)的孤獨了。一天，他正唉聲嘆氣地翻著每天收到的一大摞學(xué)報、雜志，忽然眼前一亮，一篇論文的題目豁然映入眼簾：《論法拉第的力線》。他猶若餓漢揀著一塊甜面包一樣，一口氣將那些文字連標(biāo)點一起掃了個精光。這的確是一篇好論文，是專門闡述他的發(fā)現(xiàn)和他的思想的，而且妙就妙在文章將法拉第充滿力線的場比做一種流體場，這就可以借助流體力學(xué)的成果來做解釋；又把力線概括為一個矢量微分方程，可借助數(shù)學(xué)方法來描述。法拉第從小失學(xué)，未受過正規(guī)學(xué)校的訓(xùn)練，最缺的就是數(shù)學(xué)，現(xiàn)在突然有人從數(shù)學(xué)角度來為他幫忙，真是如虎添翼。他忙看作者是誰，卻是一個

4、陌生的名字：詹姆斯·克拉克·麥克斯韋。從此，他就到處打聽這個作者。就如這篇文章的突然出現(xiàn)一樣，作者也突然的無影無蹤了。就在法拉第盼望著與麥克斯韋見面，卻又無從找尋之時，通往蘇格蘭古都愛丁堡的大路上正匆匆走著一個小伙子。這人正是麥克斯韋（1831年～1879年）。他本是在倫敦劍橋大學(xué)畢業(yè)后留校工作的，但是前幾天突然接到家里來信，說父親病重，便放下手頭的工作趕回老家來了。麥克斯韋生于1831年11月13日。正好是法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)那一天后的第三十三天。好像上帝將他送到人間就是專門準(zhǔn)備來接替法拉第似的。麥克斯韋九歲那年母親因肺病去世，于是他從小與父親相依為命。他父親是一位極

5、聰明而又不愿受傳統(tǒng)束縛的工程師。一次，他在桌上擺了一瓶花教兒子畫寫生。不想畫完后交來的卻是滿紙的幾何圖形：花朵是些大大小小的圓圈，葉子是些三角形，花瓶是個大梯形。父親摸著兒子稚氣的臉蛋說：“看來你是個數(shù)學(xué)天才，將來在這方面必有所成。”于是便開始教他幾何、代數(shù)。麥克斯韋也真是個神童，在中學(xué)舉辦的一次數(shù)學(xué)、詩歌比賽中，他一個人竟囊括了兩項頭等獎；十五歲那年，他中學(xué)還未畢業(yè)就寫了一篇討論二次曲線的論文，居然在《愛丁堡皇家學(xué)會學(xué)報》上發(fā)表。麥克斯韋十六歲便考進(jìn)愛丁堡大學(xué)。一次上課，他突然舉手站起來，說老師在黑板上推導(dǎo)的一個方程有錯誤。這位講師也賭氣似地說：“要是你對，我就叫他

6、‘麥?zhǔn)瞎健　辈幌脒@位老師下課以后仔細(xì)一算,果然是學(xué)生算對了。1850年，父親又把他送到劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)。1854年，他以數(shù)學(xué)優(yōu)等第二名的成績畢業(yè)，畢業(yè)后即對電磁學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。第二年就發(fā)表了《論法拉第的力線》。正當(dāng)他才華初露要在新領(lǐng)域大顯身手時，忽然接到家信，便急急趕了回去。麥克斯韋一進(jìn)家門，看見父親形容枯槁，臥床不起，便想到自己幼年失母，父親拉扯自己的艱辛，不覺抱頭痛哭。他終日侍藥床前，百般溫順。為了就近照顧父親，他又寫信給劍橋大學(xué)辭去職務(wù)，準(zhǔn)備在離家不遠(yuǎn)的阿伯丁港的馬銳斯凱爾學(xué)院任教。第二年，父親溘然長逝。他就到馬銳欺凱爾學(xué)院上任，主持一個“自然哲學(xué)”的講座。

7、冬去春來，轉(zhuǎn)眼到了1860年。麥克斯韋來這里已經(jīng)四個年頭，他關(guān)于土星光環(huán)、氣體力學(xué)的研究雖已取得重要成果，卻無暇顧及他時刻掛念的電磁學(xué)。這時又趕上馬銳斯凱爾學(xué)院和另一家學(xué)院合并，他主持的講座也被取消，新的飯碗不知道在哪里。可這時，他的母校愛丁堡大學(xué)正要招一名自然哲學(xué)講座的教授，他連忙報名。同考的有三人，論學(xué)問和名聲，他自然穩(wěn)被錄取。不想在口試的時候，他面對臺前母校里的那些前輩師長，不知不覺又緊張起來，講述時快時慢，語句斷斷續(xù)續(xù)，終因“口頭表達(dá)能力欠佳”而落選了，他只好帶著妻子再次來倫敦投靠皇家學(xué)院。但塞翁失馬，焉知非福？他沒想到正是由于在愛丁堡落選，