麦克斯韦方程组研究论文

电磁学的实践研究 （仅供参考）电磁现象是自然界存在着的一类极为普遍的现象，它涉及到常广泛的领域。人类对电磁现象的观察与了解虽然可以追溯到十分遥远的古代，但是真正对它们进行比较系统的研究却是从16世纪下半叶才开始的，而且只限于定性的研究阶段，直到18世纪后，得力于社会生产力的发展，人类在自然科学领域展开了积极的实验探索，逐步建立了较为系统的自然科学体系，电磁学的发展也有了很好的基础。与此同时，电磁学的发展反过来双大大地促进了社会管理部门力的进一步释放，可以说，电磁学的发展是自然科学发展的必然结果，也是自然科学进一步发展的前提，是社会生产力发展的结果，也是社会进步的巨大推动力。一、电磁现象的本源──物质的电结构人类很早就知道摩擦过的琥珀能吸引轻小物体的现象。人们发现有很多物质都能由于相互摩擦而带电，并且带电物体之间存在着相互排斥或相互吸引的作用。大量的实验研究还表明，摩擦后的物体所带的电荷只有两种，同种电荷相斥，异种电荷相吸。美国物理学家富兰克林（B．Franklin,1706～1790)把它们分别命名为正电荷和负电荷。近代物理学的理论和实验证明，通常所见的各种物体（实物）由原子、分子所组成的，而原子则由带正电的原子核和围绕原子核运动的带负电的电子组成。原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。质子的电量和电子的电量等值异号。在正常状态下，原子内的电子总数等于原子核内的质子总数，因而宏观物体或者物体的任何一部分包含的电子总数和质子总数是相等的，所以不显电性。某一质料的物体分别与其他一些质料不同的物体摩擦时，得到或失去电子的情况是不同的，在与某些质料的物体摩擦时可以得到电子，而在与另一些质料的物体摩擦时则要失去电子不.仅仅是摩擦起电，我们所观察到的所有电现象和磁现象，都是基于物质具有上述的电结构以及其中的带电粒子的相互作用及其运动而产生的，所以我们说，物质的电结构是自然界电磁现象的本源。二、电磁过程是构成自然界各种纷繁复杂过程的基本过程之一1820年，奥斯特（H．C．Oersted，1771～1851）发现了电流的磁效应，它的逆效应──电磁感应定律也在1831年被法拉第发现，人类开始认识到电现象和磁现象之间存在着联系。电磁感应定律和电流的磁效应为制造更加有效的电源和动力机提供了科学依据，展现了电磁现象的规律在技术上可以获得重要应用的崭新前景。在法拉第等人工作的基础上，19世纪50年代到60年代，英国物理学家麦克斯韦（J．C．Maxwe11，1831～1879）建立了电磁学的理论体系，得到了今天以他的姓氏命名的电磁场方程组，并推论电磁作用以波的形式传播。从这一理论中得出的电磁波在真空中的传播速度与光在真空中的实际测定的传播速度相同，促使他预言光是电磁波。电磁过程不仅渗透到物理科学的各个领域，成为研究各种物理过程的必不可少的基础，同时，它也是研究化学和生物学一些基元过程的基础。今天，人们已深切地感受到，无论是人类自身的生活，还是科学技术活动以及物质生产等各种纷繁复杂的过程，都不可能离开电磁过程。并且人们深信，在人类社会的未来，电磁理论的绚丽之花仍将盛开。三、电磁场是物质世界的重要组成部分电磁感应定律和场的观念为电磁现象的统一理论准备了条件，而其大功告成者则是英国卓越的物理学家麦克斯韦。麦克斯韦在把握住电磁现象本质后，舍弃了电磁以太模型，明确提出了“电磁场”的概念。他写道：“我所提议的理论可以称为电磁场理论，因为它必须涉及电或磁物体附近的空间”。通过对麦克斯韦方程组的求解，可以研究电磁场的运动状态、电磁场的能量和动量以及电磁场可以独立于场源而存在和传播等问题，这就表明电磁场不仅仅是一种描述电磁现象的方法和手段，而且和实物一样，是物质存在的一种形式，即电磁场是物质世界的重要组成部分。四、电磁作用是自然界的基本相互作用之一人类对自然界各种物质之间的相互作用的研究由来已久，但把这种研究引上科学舞台的则是17世纪牛顿对万有引力的研究。一切具有质量的物体之间都存在的吸引力称为万有引力，它是一种长程力，在所有基本相互作用中它是最弱的。由于它与质量有关，因而在微观粒子相互作用的研究中通常可以忽略不计，但在天体物理研究中，引力却起着决定性的作用。倘若不存在引力，地球上的物体都将飞离地球，地球和其它行星也都将飞离太阳。甚至太阳和星系也将不复存在，那是一个怎样的“世界”呀？带电物体或具有磁矩的物体之间的相互作用称为电磁作用，它的规律总结在麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式之中。电磁作用也是一种长程力，其强度要比引力大得多，而且也是目前人类研究得最为清楚的一种力。原子核和电子结合成原子，原子结合成分子，分子结合成凝聚态物质都是靠电磁作用。宏观的摩擦力、弹性力、粘滞力以及各种化学作用实质上也都是电磁作用的表现。因此可以想见，如果没有电磁作用，不要说原子、分子以及凝聚态物质将不复存在，就是以化学作用为基础的生命体，包括人类自身也都将化为乌有！后来，物理学又在原子核衰变过程中发现一种仅在微观尺度上起作用的力程甚短的弱相互作用；在质子、中子以及其它一些亚核粒子的相互作用中发现一种力程也较短的强相互作用力。近代物理学认为，这四种基本相互作用决定了物质世界中的一切过程。与此同时，构建一种能够对各种相互作用给予统一说明的理论，也是近代物理学继续研究的方向