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1、研究生課程論文課程名稱電磁場理論授課學期2016學年至2017學年第一學期學院電子工程學院專業(yè)電子科學與技術學號2016011607姓名李健康任課教師李傳起交稿日期2016年1月9日成績閱讀教師簽名日期廣西師范大學研究生學院制10淺談麥克斯韋方程組李健康(廣西師范大學電子工程學院廣西桂林541004)摘要：經過本學期對《電磁場理論》課程的學習，使我認識到麥克斯韋方程組的重要性，麥克斯韋方程組誕生的關鍵是“位移電流”的思想實驗,這不是從電磁學經驗公式的前提中用數學方法演繹出來的。麥克斯韋方程組以一種公理關系的方程組形式表達了電磁場的本質,表現了物
2、理學進步的真正特征。麥克斯韋方程組是電磁理論的核心方程組，它是深刻理解好整個電磁理論的基礎。本論文在原有學習的基礎上，通過查閱大量資料，并結合現代信息技術的發(fā)展，從麥克斯韋方程組所蘊涵的物理思想、方法原理和應用價值角度重新對其進行審視，最后，再結合上述分析簡單闡述了自己的一些觀點。關鍵詞：麥克斯韋方程組；位移電流；電磁理論101背景麥克斯韋(JamesClerkMaxwell1831-1879)是一個集電磁學大成的偉大物理學家,他在庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等人的一系列發(fā)現和實驗成果的基礎上,建立了完整的電磁場理論,麥克斯韋的
3、工作在物理學意義上的關鍵在于發(fā)現了交變電場可以產生（交變）磁場,在這以前[1]。安培定律己表明,電流可以產生磁場,法拉第定律則表明,變化的磁場可以產生電場,但是當時的實驗物理學家都沒有發(fā)現變化的電場可以產生磁場這樣的事實,因為當時的實驗條件達不到可以觀察這種現象的水平,這樣,雖然庫侖定律、安培定律、法拉第定律已在當時為大家所熟悉并有了應用,但人們并沒有發(fā)現它們之間重要的內在關系,頂多只不過把它們一起歸結電與磁的共有現象[2]。麥克斯韋不是實驗物理學家,他在理論物理領域內工作,他的實驗室是思想,他的工具是數學,麥克斯韋建立了電與磁的統一的數學關系
4、,即麥克斯韋方程組（Maxwell'sequations）,這樣人們都認為麥克斯韋是用數學演釋方法創(chuàng)建了了電磁理論,實際上這是一個誤解,如果我們追蹤一下他的工作的大概過程,我們完全可以看到他是在思想實驗中而不是在數學演演中得到這個關鍵性的發(fā)現而完成了電與磁的統一,在這個意義上,他是先于愛因斯坦和玻爾等而進行縝密的思想實驗的科學家[3]。電磁學定律是從電學實驗中發(fā)現和總結出來的,當時發(fā)現（恒定的）電流可以產生（恒定的）磁場,這主要由安培定律表達,但是恒定的磁場卻不會產生電流；另一方面,變化的磁場才可以導致電流的產生,這主要由法拉第定律表達,人們卻
5、沒有與之對應的變化的電場的概念,這種電磁關系的不對稱并沒有引起當時實驗物理學字的特別關注,因為在當時的實驗條件下看不到這些現象。但麥克斯韋的工作不同,他完全用數學語言表達來電磁定律,從而使這種不對稱的缺陷充分暴露出來,但是麥克斯韋并不能直接從這種不對稱性中關系中推演出對稱性來,他仍然只能回到實驗中去,不同的是他不用做實驗室中的實驗,他只須做思想實驗,這種思想實驗不是數學表達式在思想中的推演,而是在思想中進行的對電和磁的運動形象過程的再創(chuàng)造.他沿用安培定律的實驗,想象電流和磁場的運動過程,當時的情形在現在看來是非常奇特的,的物理學家只能沿用經典圖
6、像進行思考（甚至今天在大多數情況中也只能這樣）,比如把電和磁想象為以太流體、渦旋、彈性物質,甚至齒輪之類,麥克斯韋的思想實驗也是在這樣的圖像中進行的,但是由于麥克斯韋脫離了具體實驗環(huán)境的限制,所以他能在他的思想實驗中“觀察”到新的“現象”。麥克斯韋工作的關鍵是他的著名的所謂“位移電流(Displacementcurrent)”的思想圖像,即把變化的電場也看成為一種（以太）電流,事實上,電場在物理過程上可以解釋為電介質內的分子產生極化的狀態(tài),它是分子中的外層電子的總的位移效應,在當時的實10驗室中條件下觀察不到這種效應所表現出來的現象,而位移電流
7、是一個在的思想實驗中的能夠被“觀察”到的交變電流過程,你可以想象有一種流態(tài)的電物質在物質中來回移動（交變電流）而不是通過（穩(wěn)恒電流）,這樣它就脫離了實驗室條件下具體的導體或絕緣體的物理限制,使電場能以電流的形象出現,這種交變的位移電流產生交變磁場,這樣交變的電、磁場可以相互產生,電與磁的對稱性成為了在理論上表達完全的一種共同的本質關系,這種在相互轉化的對稱性中的電與磁的統一就是電磁場。位移電流的思想實驗,直接導至麥克斯韋在以前的安培公式中添加電場的變化率一項,這就是麥克斯韋方程組物理本質化的一個關鍵,這樣麥克斯韋就成功地的把靜態(tài)意義的安培公式改
8、造成了交變（電磁場）的安培公式,奠定了電磁場數學表達形式在本質上的統一,使以前沒有內在共同統一性的靜電學的和靜磁學轉變成為了電磁場理論的電動力學[4]
