麥克斯韋電磁理論究竟講了些什么 ？讓我們一起來了解一下

經典力學、電磁理論、熱力學、統(tǒng)計力學構成了經典物理學體系，那么電磁理論究竟講了些什么，讓我們一起來了解一下。

1831年，這是一個人類歷史上都值得永遠銘記的時刻，法拉第在這一年發(fā)現(xiàn)了電磁感應理論，這個理論標志著一場重大的工業(yè)和技術革命的到來，人類由蒸汽時代正在向電氣化時代邁進，歷史似乎早已冥冥之中注定，在這一年，另外一個正式帶領大家邁入電氣化時代的人降生了!他的名字叫做麥克斯韋。

麥克斯韋是繼法拉第之后，又一位集電磁學大成于一身的偉大科學家。他全面地總結了電磁學研究的全部成果，并在此基礎上提出了“感生電場”和“位移電流”的假說，建立了完整的電磁場理論體系，不僅科學地預言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的內在聯(lián)系及統(tǒng)一性，完成了物理學的又一次大綜合。他的理論成果為現(xiàn)代無線電電子工業(yè)奠定了理論基礎。

在大學期間，麥克斯韋在潛心研究了法拉第關于電磁學方面的新理論和思想之后，堅信法拉第的新理論包含著真理。于是他抱著給法拉第的理論“提供數(shù)學方法基礎”的愿望，決心把法拉第的天才思想以清晰準確的數(shù)學形式表示出來。

在經過十幾年的研究之后，麥克斯韋把電磁場理論由介質推廣到空間，更是假設在空間存在一種動力學以太(科學家認為以太是傳播光的媒介，引力甚至電、磁力是在以太中傳播的，由此發(fā)展了“光以太”假說)，它有一定的密度，具有能量和動量：它的動能體現(xiàn)磁的性質，勢能體現(xiàn)電的性質，它的動量是電磁最基本的量，表示電磁場的運動性質和傳力的特征。在1865年，他提出了一共包含20個變量的20個方程式，即著名的麥克斯韋方程組。他在1873年嘗試用四元數(shù)來表達，但未成功!

1873年麥克斯韋將自己十幾年的研究成功集結成冊，出版了科學名著《電磁理論》。系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場理論。這一理論成為經典物理學的重要支柱之一。他還預言了電磁波的存在，電磁波的存在也正式敲開了現(xiàn)代無線通信的大門。

麥克斯韋建立的電磁場理論，將電學、磁學、光學統(tǒng)一起來，是19世紀物理學發(fā)展的最光輝的成果，是科學史上最偉大的綜合之一?？梢哉f，沒有電磁學就沒有現(xiàn)代電工學，也就不可能有現(xiàn)代文明。

然而在當時，麥克斯韋卻的學說卻并沒有得到承認，正如當初大家把亞里士多德的著作奉為神典永無錯漏一般，18、19世紀的科學家也將牛頓奉為神明。

麥克斯韋為了推廣自己的電磁學理論，最終積勞成疾，在1879年不幸逝世，所以到去世也沒有將自己構想的麥克斯韋方程組完美地表達出來。

電磁場理論是研究電磁場中各物理量之間的關系及其空間分布和時間變化的理論。庫侖定律揭示了電荷間的靜電作用力與它們之間的距離平方成反比。安培等人又發(fā)現(xiàn)電流元之間的作用力也符合平方反比關系。麥克斯韋全面地總結了電磁學研究的全部成果，建立了完整的電磁場理論體系。以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論，是經典物理學最引以自豪的成就之一。

理論要點：變化的磁場可以激發(fā)渦旋電場，變化的電場可以激發(fā)渦旋磁場，電場和磁場不是彼此孤立的，它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個統(tǒng)一的電磁場。電磁場對物質的影響與物質的性質有關。電磁場理論不僅是物理學的重要組成部分，也是電工技術的理論基礎。

人們注意到電磁現(xiàn)象首先是從它們的力學效應開始的。庫侖定律揭示了電荷間的靜電作用力與它們之間的距離平方成反比。 A.-M.安培等人又發(fā)現(xiàn)電流元之間的作用力也符合平方反比關系，提出了安培環(huán)路定律?；谶@與牛頓萬有引力定律十分類似，S.D.泊松、C.F.高斯等人仿照引力理論，對電磁現(xiàn)象也引入了各種場矢量，如電場強度、電通量密度(電位移矢量)、磁場強度、磁通密度等，并將這些量表示為空間坐標的函數(shù)。

但是當時對這些量僅是為了描述方便而提出的數(shù)學手段，實際上認為電荷之間或電流之間的物理作用是超距作用。直到M.法拉第,他認為場是真實的物理存在,電力或磁力是經過場中的力線逐步傳遞的，最終才作用到電荷或電流上。他在1831年發(fā)現(xiàn)了著名的電磁感應定律，并用磁力線的模型對定律成功地進行了闡述。1846年,M.法拉第還提出了光波是力線振動的設想。J.C.麥克斯韋繼承并發(fā)展了法拉第的這些思想，仿照流體力學中的方法，采用嚴格的數(shù)學形式,將電磁場的基本定律歸結為4個微分方程，人們稱之為麥克斯韋方程組。在方程中麥克斯韋對安培環(huán)路定律補充了位移電流的作用，他認為位移電流也能產生磁場。根據這組方程，麥克斯韋還導出了場的傳播是需要時間的，其傳播速度為有限數(shù)值并等于光速，從而斷定電磁波與光波有共同屬性，預見到存在電磁輻射現(xiàn)象。靜電場、恒定磁場及導體中的恒定電流的電場，也包括在麥克斯韋方程中，只是作為不隨時間變化的特例。

法拉第的電磁感應實驗將機械功與電磁能聯(lián)系起來，證明二者可以互相轉化。麥克斯韋進一步提出：電磁場中各處有一定的能量密度，即能量定域于場中。根據這個理論，J.H.坡印廷1884年提出在時變場中能量傳播的坡印廷定理,矢量E×H代表場中穿過單位面積上單位時間內的能量流。這些理論為電能的廣泛應用開辟了道路，為制造發(fā)電機、變壓器、電動機等電工設備奠定了理論基礎。

麥克斯韋預言的電磁輻射，在1887年由H.R.赫茲的實驗所證實。電磁波可以不憑借導體的聯(lián)系，在空間傳播信息和能量。這就為無線電技術的廣泛應用創(chuàng)造了條件。 　電磁場理論給出了場的分布及變化規(guī)律，若已知電場中介質的性質,再運用適當?shù)臄?shù)學手段,即可對電工設備的結構設計、材料選擇、能量轉換、運行特性等，進行分析計算，因而極大地促進電工技術的進步。 　電磁場理論所涉及的內容都屬于大量帶電粒子共同作用下的統(tǒng)計平均結果，不涉及物質構造的不均勻性及能量變化的不連續(xù)性。它屬于宏觀的理論，或稱為經典的理論。涉及個別粒子的性質、行為的理論則屬于微觀的理論，不能僅僅依賴電磁場理論去分析微觀起因的電磁現(xiàn)象，例如有關介質的電磁性質、激光、超導問題等。這并不否定在宏觀意義上電磁場理論的正確性。電磁場理論不僅是物理學的重要組成部分，也是電工技術的理論基礎。

回顧麥克斯韋出生和逝世年月，我們會發(fā)現(xiàn)兩個驚人的巧合——麥克斯韋出生的那一年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應;麥克斯韋去世的那一年，愛因斯坦出生。

愛因斯坦一生對麥克斯韋極為推崇，他后來取得的很多研究成果(狹義相對論等)，都離不開麥克斯韋的前期貢獻。也有人戲稱，愛因斯坦是麥克斯韋的隔世弟子。

1931年，在麥克斯韋誕辰一百周年的紀念會上，愛因斯坦評價麥克斯韋的建樹，是“牛頓以來，物理學最深刻和最富有成果的工作?！?

量子論創(chuàng)立者普朗克也是麥克斯韋的忠實擁躉。他是這么評價麥克斯韋的：“他的光輝名字將永遠鐫刻在經典物理學的門扉上，永放光芒。從出生地來說，他屬于愛丁堡;從個性來說，他屬于劍橋大學;從功績來說，他屬于全世界?！?