[拼音]：diancichang lilun

[外文]：theory of electromagnetic fields

研究電磁場中各物理量之間的關(guān)系及其空間分布和時間變化的理論。

概述

人們注意到電磁現(xiàn)象首先是從它們的力學(xué)效應(yīng)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(guān)系，提出了安培環(huán)路定律。基于這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(qiáng)度、電通量密度（電位移矢量）、磁場強(qiáng)度、磁通密度等，并將這些量表示為空間坐標(biāo)的函數(shù)。但是當(dāng)時對這些量僅是為了描述方便而提出的數(shù)學(xué)手段，實(shí)際上認(rèn)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(rèn)為場是真實(shí)的物理存在，電力或磁力是經(jīng)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(yīng)定律，并用磁力線的模型對定律成功地進(jìn)行了闡述。1846年，M.法拉第還提出了光波是力線振動的設(shè)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(xué)中的方法，采用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)形式，將電磁場的基本定律歸結(jié)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(bǔ)充了位移電流的作用，他認(rèn)為位移電流也能產(chǎn)生磁場。根據(jù)這組方程，麥克斯韋還導(dǎo)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(yù)見到存在電磁輻射現(xiàn)象。靜電場、恒定磁場及導(dǎo)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。

應(yīng)用

法拉第的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)將機(jī)械功與電磁能聯(lián)系起來，證明二者可以互相轉(zhuǎn)化。麥克斯韋進(jìn)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(jù)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(nèi)的能量流。這些理論為電能的廣泛應(yīng)用開辟了道路，為制造發(fā)電機(jī)、變壓器、電動機(jī)等電工設(shè)備奠定了理論基礎(chǔ)。

麥克斯韋預(yù)言的電磁輻射，在1887年由H.R.赫茲的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。電磁波可以不憑借導(dǎo)體的聯(lián)系，在空間傳播信息和能量。這就為無線電技術(shù)的廣泛應(yīng)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(zhì)的性質(zhì)，再運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)手段，即可對電工設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、能量轉(zhuǎn)換、運(yùn)行特性等，進(jìn)行分析計算，因而極大地促進(jìn)電工技術(shù)的進(jìn)步。

電磁場理論所涉及的內(nèi)容都屬于大量帶電粒子共同作用下的統(tǒng)計平均結(jié)果，不涉及物質(zhì)構(gòu)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(jīng)典的理論。涉及個別粒子的性質(zhì)、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(guān)介質(zhì)的電磁性質(zhì)、激光、超導(dǎo)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(xué)的重要組成部分，也是電工技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

參考書目

1. N.B.塔姆著，錢尚武譯：《電學(xué)原理》，人民教育出版社，北京，1963。
2. J.A.斯特萊頓著，何國瑜譯，宋麗川校：《電磁理論》，北京航空學(xué)院出版社，1986。(J.A. Stratton，Electromagn tic Theory， McGraw-Hill，N.Y.，1941.)

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標(biāo)簽：電磁場理論

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文章名稱：《電磁場理論》

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