麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本方程组,包括四个方程式,分别是:
静电场高斯定理:$\nabla \cdot \mathbf{E} = \frac{\rho}{\epsilon_0}$
静电场环路定理:$\oint_C \mathbf{E} \cdot d\mathbf{l} = -\frac{d}{dt} \int_S \mathbf{B} \cdot d\mathbf{S}$
磁场高斯定理:$\nabla \cdot \mathbf{B} = 0$
磁场环路定理:$\oint_C \mathbf{B} \cdot d\mathbf{l} = \mu_0 \left(I + \epsilon_0 \frac{d}{dt} \int_S \mathbf{E} \cdot d\mathbf{S}\right)$
其中,$\mathbf{E}$表示电场强度,$\mathbf{B}$表示磁感应强度,$\rho$表示电荷密度,$I$表示电流强度,$\epsilon_0$表示真空介电常数,$\mu_0$表示真空磁导率,$S$表示一个封闭曲面,$C$表示一个封闭回路。
这是麦克斯韦方程组的原始形式,它们描述了电磁场的基本性质和相互作用规律。这些方程式是电磁学的基础,被广泛应用于电磁场的计算、分析和应用。
麦克斯韦方程组的原始形式
原始形式:
麦克斯韦方程组乃是由四个方程共同组成的:
麦克斯韦方程组
高斯定律:该定律描述电场与空间中电荷分布的关系。电场线开始于正电荷,终止于负电荷(或无穷远)。计算穿过某给定闭曲面的电场线数量,即其电通量,可以得知包含在这闭曲面内的总电荷。更详细地说,这定律描述穿过任意闭曲面的电通量与这闭曲面内的电荷之间的关系。
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。
法拉第感应定律:该定律描述时变磁场怎样感应出电场。电磁感应是制造许多发电机的理论基础。例如,一块旋转的条形磁铁会产生时变磁场,这又接下来会生成电场,使得邻近的闭合电路因而感应出电流。
麦克斯韦-安培定律:该定律阐明,磁场可以用两种方法生成:一种是靠传导电流(原本的安培定律),另一种是靠时变电场,或称位移电流(麦克斯韦修正项)。