电磁场理论的发展史

1电磁场理论开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根本规律，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根底．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根底，不易被人接受．也使其开展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的开展．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根底〞．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的电磁学定律．麦克斯韦为到达此目的，他运用了“建立力学模型——引出根本公式——进行数学引伸推导〞的解决科学问题的思路和方法．钥第一枕步，扫建立猎力学蚁模型付首先劳运用陶类比驻方法末，麦港克斯宽韦把霞电磁倡现象冬和力校学现茶象做仇了类研比，惹认为喂可以陈建立巡一种闲不可凶压缩兔流体剧的力茅学模土型来马模拟贺电磁蓬现象诊．这凡种流章体模保型为信：一肌是没同有惯裳性，失因而隔也就哈没有贼质量畅；二虹是不嫂可压虚缩；宋三是源可以伏从无良产生淋，又辞可消脱失．淡显然捡这是吐一种参假设引理想久流体拔．麦姿克斯榴韦在剥这篇守文章夹中写滑道：顶“我昏企图峡把一造个在柜空间纪画力宵线的炸清楚丹概念棋摆在姑一个趴几何某学家捷的面涉前，阁并利精用一花个流勿体的奏流线屡的概丑念，像说明霜如何植画出哈这些共流线惜来〞依“力测线的肥切线棍方向题就是诉电场乳力的凳方向居，力用线的姿密度辉表示押电场捆力的铸大小砍〞．再他企扰图阐觉明电列力线扒和电塑力线革所在巴空间餐之间斥的几压何关悬系．茎他还嫁试图野通过搞类比嚷凭借糖兰的力搬学公呀式推柔导出职电磁糟学公储式，偶寻求该这两肺种不弟同的元现象总在数邀学形琴式上抖的类痰似．勺第二业步，旅引出体根本嘉公式就早在岔18泡42复年，类W·兵汤姆劫逊就法曾把蛙拉普罩拉斯吉的势稼函数稠的二肠阶微贯分方旅程，衡普遍按用于摄热、顽电和险磁的旷运动搬，建鞋立了菊这三酱种相绣似现象象的恨数学锁联系胳．1酷84爱7年我，他诸又在蛋不可芳压缩炼流体翅的流师线连著续性纽根底附上，耽论述安了电央磁现启象和机流体疼力学厦现象蚂的共框同性汉．麦其克斯样韦正选是吸犬收了脊W·云汤姆台逊这刻种类暮比方偿法，汉把它柿开展纷成为从研究刘各种育力线龙的重细要工相具．车例如踏麦克煎斯韦邪把电商学中锯的势样等效第于流电势侵麦克存斯韦小据此惭方式景相继袜推导季出了饲静电拥磁场桥、稳陡恒电尘磁场怀以至托瞬变绩电磁队场的盘根本坚公式忽．其闹中最带重要撇的一困个就陵是电醋场的汗泊松虚方程苹：汇2羞V=粗－4乓πρ罪

赶

咳

街

养

夜

阻

复

袖

酬

坑

衬

校

觉

阳

制(2该)内式中稿V为驼电势撑，ρ腔为自骡由电贪荷密遵度．泊第三皮步，被进行买数学肥引伸捐根据践电场守的泊吨松公兼式可息直接私写出恼稳恒凉电磁死场的盛两个寻根本少方程巨：况(ε善0伸E)戴=疾·D笛=4财πρ懒

茶

盲

卸

役

破

歌

印(舅3)蓄▽吸B=衰0

副

竟

奇

疏

穴

冬

乡

次

货

革

殖

对

弃

症(4宏)姐对于应瞬变烫电场促，麦缴克斯赛韦类乌比了耽力学个中的舱惯性闹力公乘式，竖从假寨想流平体的玻由此棍推出排磁场嫁产生铅电场昆的公奋式：扩结合看电场申的泊怒松公呀式，礼可得孩运动受电荷全产生捏磁场旋的公偶式：东×残=4脱π丘j舍

霸

衫

然

赴

亲

导

奏

净

扶

讨

浸

医

堵

锈

躲(州6)砖在上龄述公祖式中峡，式擦(3屋)说酷明了赛静电罗场的势性质授〔是胞一种繁无旋字场〕熄；式党(4泉)说遥明了胃磁场第的性悬质〔歪是一嗓种涡凑旋场缝〕；贸式(穷5)风说明逐了电着场可烦以由怪随时才间变资化的轧磁场谁产生诵；式仓(6专)说贤明了殃磁场赖可以训由运百动的勇电荷悉产生丹．从宪(3闷)、气(4损)、换(5呜)、供(6通)方津程看恼，这丛已基测本具乞备了滩麦克贫斯韦链方程削组的相雏形盯，只李是未升列入减位移抗电流脊．李第二挣阶段滑，提管出位游移电乖流概日念均麦克灵斯韦城在完终成了晌统一固形电磁咏学定洽律的冒第一怀阶段隶工作碌后，翅又投峡入到桑第二甘阶段箭工作督中．悔他于乱18鉴62幅年发羽表了撕具有区决定遇意义置的论创文?束论物闹理学钥的力益线?吨．麦疲克斯饱韦在勺这篇盆著作立中，掌突破柱了法哨拉弟它的电盟磁观命念，恐创造迈性地致提出漫了自缘己理陷论的企核心棒局部第——世位移蓝电流菜的概巷念．慢在这常一工网作中被，他僵一方资面结斩合数恳学推霸论以千逻辑汗手段刷揭示逆了旧清电磁压理论涉的内货在矛垃盾，猫另一重方面涉那么构筹造了馅一个蕉与以祝前的存流体跳力学惭模型优不同粉的、告新的猴电磁傅以太恒模型听．仙麦克再斯韦仇按照践电磁号学和健动力勤学的陶类比慈关系沫发现雷，交教变电腥流通香过含族有电现容器孔的电送路时授，按杯照原阀有的示认识鸡，由削于电营荷不收能在绪电容迷器极伟板之呢间移垒动，肿因此而传导绵电流首将中吩断，稠这同肠实际肝电流按的连引续性征发生浸矛盾胸．而铁且如烤果电删流仅旦限于殃导体艳，电免磁场蜡也就芹失去猫了意旬义．倚为了舍解决算这些世矛盾虏，他古依据蔑电磁勾学与姥动力日学的胃类比范关系伪和电埋磁现纤象的罩对称茂性，甚认为摧在交巧变电检流电掩路中职，电郊容器绸一个屋极板尊上变赵化的进电场暮会引逐起感槐生磁轻场，管变化包的磁胡场又替会在晕电容偶器的忠另一圾极板平上引杰起感拔生电上场，沸产生禽交变璃电流静，故裁变化池电场奖的作仙用就收相当务于传做送电湾流，菌但它恳不是丙电荷始的传升导，芒而是触电荷虏的位响移．淹这样蹈麦克响斯韦加就在浩无导度体存膝在的士磁场伴中引喷入了刻“位阁移电付流〞绍的概健念．但这样哗位移杯电流锈和传撕导电态流迭抚加起蔽来在框电容盏电路衫中的刑总流教线是呢闭合胀的．输位移旋电流窗概念用的引屡入，指是麦众克斯兔韦理必论的蹲关节威点，帮也是泊他的义重大尾发现炒，即记发现暂了电敢场变雄化激降发磁嚼场变脏化的寻现象恐．而栗法拉驶弟的酒电磁待感应续定律贸，是限说明型磁场展变化鹅激发盛电场箩的现阴象．声这样欣，一欠个变叠化的范电场挂和磁划场以蜡对称蛙的形妻式联求系起可来，次是法狸拉弟辽电生遗磁、巴磁生捧电思挂想的超精确良化和节完善禽化．哄为了压在电骑磁场凶中形妇象地榆勾勒宇出位球移电咏流的胶形状盲，必昏须给舟它塑辅造一格个模惨型．惭麦克羊斯韦煌说：旋“电低解质泛被电迈流带洲动在姑固定咱方向异上的粱迁移筐和偏阁振光屠受到滴磁力年作用卡在固掠定方漫向上云旋转屑，就摇是曾爆经启类发我澡把磁虚考虑槽为一亲种旋逐转现逝象而遭把电绒流当影作平纱移现散象的这事实测．〞朗麦克优斯韦本根据惠这两偿个基计本条幕件假移设电宵磁场玉介质真中充磁满着懒涡旋兽分子倘〔在早真空啄中那么丑是涡靠旋以齐太〕龟，在稳这些拼涡旋抚分子拥之间团夹着恒许多计小的倚电粒哄子．样涡旋述轴代鹊表磁夸力线焦的方附向，由涡旋馆旋转猛速度筝表示多磁场喊强度嫁的大吸小．份在两谢个同着向旋加转的餐分子冰中间驾的电意粒子孕起着邪隋性调轮的响作用砌，这先些电度粒子革只会睛转动日而不贸会产栽生平坏移；淹在两绸个旋得转方搬向的套分子者间，达电粒霉子不轧发生拣转动慢而产泊生平墙动，凯从而富形成毙电流泻．易如右陷图，筒六方千形表揉示涡舍旋分弃子，范小圆梨圈表百示电仰粒子场，磁举场方绵向由碧“＋擦〞“贤－〞角表示蜡．“弱＋〞犯表示确磁场偷穿出怪纸面程，“戴－〞似穿入瓜纸面假．放浸在A劣→B棚线上乡形成枣了位径移电哥流．首麦克搭斯韦育从这墨个涡趟旋模奥型出怜发，声利用布它进磨行唯貌象的铁思考德，从仿物理贺意义向一项刃，实把现玻懂恩所摘说的垄“数已学上约的完挎美〞你．麦辱克斯霜韦进监一步刺以位邻移电祸流的粘概念爆为物拌理基芦础，汪根据每力学密定律蚕进行玩数学名模拟贡，以努弹性场力学恒中的游力、万粒子承流密读度、蝴及对脉旋涡宣转速练的影从响分晓别模赌拟电违场强棍度、程传导胁电流嫩和磁勺场强射度，廉从而喂建立值起全验电流钥的电葡磁场卸方程圾：河第三哥阶段通，揭且示电裕磁场哈动力旺学本脾质扒18暮64屠年，说麦克葛斯韦持又发床表了槐第三厉篇著赴名的弃论文摘?电级磁场趁的动易力理绵论?竭．在域这篇旦论文宵中，朱麦克裙斯韦照舍弃研了他他原来鹿提出刺的力奇学模伶型而雹完全快转向弊场论外的观损点，宝并明封确论扑述了借光现步象和惠电磁萌现象风的统卵一性都，奠蝇定了迷光的尺电磁释理论翁的基湾础．樱麦克称斯韦骆首先统谈到浸由于魂电磁蕉相互编作用固不仅蚊与距华离有展关，拐而且漆依赖键于相披对速冶度，刘不应古以超底距作细用为殖出发箱点．蝶他仍卵然假尺设产尖生电阅磁现溉象的渴作用阶力是丛同样遮在空反间媒启质中苦和在龙电磁第物质伯中进姑行的咬，在记真空缸中有穴以太着媒质猾存在设，这花种以钥太媒恼质弥旅漫整染个空幻间，羊渗透题物体呀内部缩，具准有能这量密榨度，库并能驻够以镇有限嫂速度啄传播溜电磁俩作用急．麦血克斯委韦借碰助于算以太甜媒质在这种莫力学肿图象冈来描辟述真顾空场姨的概蹄念，录把以帅太媒晶质作掉为介群电常爆数ε艰=1怠〔真柿空场辅〕的蜜“电部介质蹄〞．绕当电刊介质段极化美时，夕在分茎子范彼围内会发生烧微观素电荷柜移动幸的现城象，丑这种秧微观贸电荷眼移动瓶产生挨一种蜘瞬息腾电流慨．他贷假设药在真例空中偿，由更于以跪太媒域质的策存在熔，电欢场变岗化时舌同样讲也有访位移漠电流粘出现眉．位危移电虹流和碑传导伶电流逝一样吼，也计按照舰毕奥杆——努萨伐歼尔定删律的病规律吐产生粮磁场权．位惊移电每流和店传导佛电流统叠加剑起来勤的总日电流璃〔即贞全电索流〕斧线是打闭合沉的．愿在真惨空位膨移电间流概衔念的奥根底井上，辱麦克谋斯韦缘建立症了由忘二十断个分廊量方笨程组斜成的归电磁暂场方浆程组投．麦虽克斯召韦还涛采用悠拉格湾朗日意与哈词密顿催的数瑞学方取法，闪推导菠出电嫌磁场薄的波仆动方瞒程．躁方程第说明端，电洁场和到磁场杆以波佳动形今式传避播，净二者郑相互乔垂直颗并都续垂直尝于传勒播方东向．融假设在佣空间稿某一野区域器中的三电场悟发生叔了变委化，循在它场邻近煎的区倦域就域会产尖生变腰化的脊磁场峡；这昼个变虽化的崖磁场讽又会断在较灭远的昌区域菠产生渡变化院的电烤场，估变化屑的电标场与蠢变化青的磁速场不发断相裹互产破生，哗就会希以波宝的形盯式在突空间颠散开挣，即炒以波桑的形杨式传题播，赔称为衣电磁驻波．管电场职与磁兔场具绘有不依可分触割的词联系栋，是坐一个石整体破，即摘电磁赏场．捎在麦即克斯君韦推暮出的册方程械中，集他引遭入了贵一个兆电磁立场能密量方母程，糊他指浴出，岁在超半距作拿用理连论中肌，能牵量只不能存译在于秧带电盾体、坏电路航和磁注体中育，而渐根据株新的矿理论识，能代量那么性存在尺于电就磁场枪和这晋些物爪体中些．这源样，瞒能量瞧就被下定域未于整速个电庭磁场啄空间塘，从么而深涌刻地端揭示运了电矮磁场鞠的物昌质实场在性岗．它验同时望还说企明了堡电磁细波就迁是能穴量的傍传播野过程贴．从岸平面巾电磁圣波的灶定量多研究金中，到麦克丸斯韦浮证明率了决逮定电腰磁波凯传播耽速度折的“壮弹性盖模量某〞与孕电介晶质的源性质话相联渴系，茫“介感质密均度〞毫与磁串介质摩的性站质相添联系御，从蚁而求键出了沙电磁龙波的宇传播郊速度乳公式垃，得捧到了愁与?欺论物靠理的眼力线冠?中踪相同滨的结正论，废即真遇空中登电磁疲波的米速度刮恰好烤等于申光速陈，这排使麦绑克斯啦韦得友出了塑：“练光是爽一种咸按照经电磁者定律骂在场闷内传都播的浑电磁诊扰动谎〞的糕结论含．景18乡68映年，怒麦克禁斯韦仙发表括了一奖篇论扰文?脾关于轨光的论电磁植理论御?，倘明确透地创链立了体光的缠电磁壤学说表．他溜说：度“光哭也是贱电磁隔波的粉一种仪，光婶是一械种能行看得茅见的辰电磁蜻波．子〞这喇样，宰麦克瓣斯韦应就把革原来办相互腹独立静的电夹、磁市和光末都统休一起杯来了助，成产为十莫九世真纪物馋理学遇上实焰现的筒一次傅重大成理论费综合贞．1恨87俊3年油麦克扣斯韦箭出版步电磁秀理论寨的经乔典著楚作?喷论电肺和磁富?在康这部赏著作因中，笼麦克茅斯韦粗对电见磁理繁论作污了全轿面系全统和筝严密朴的论都述，秋并从想数学危上证悔明了柳方程舍组解扛的唯关一性填，从长而表舱明这盼个方窗程组市是能团够精音确地惰反映顷电磁夜场的唯客观闹运动宋规律