怎样理解麦克斯韦电磁场理论

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年第3期

怎样理解麦克斯韦电磁场理论

■河南　　　冯英民

　　19

世纪中叶伟大的理论物理学家麦克斯韦,总结了前人关于电磁学的研究成果,建立了完整的电磁场理论,预言了电磁波的存在.这个理论的要点有以下两点.

1.变化的磁场可以在周围空间产生电场.

怎样理解这句话呢?让我们从电磁感应现象来讨.如图1

穿过磁通量变化,也即线圈所在处的磁场变化,比如增强,此时线圈中就有感应电流I产生.我们知图2道电流是电荷在

电场力作用下的定向移动形成的,线圈中有电流,说明线圈所在处有电场产生,而磁场不变化时无感应电流,也就是线圈中无电场,因此这个电场的产生是由于线圈周围的磁场变化产生的.线圈的存在提供了产生感应电流的物质条件,使我们能通过电流的产生观察认识到线圈

中产生了电场.那么若把线圈拿开,仍保持磁场按原来的规律变化,在原来放置线圈的空间,会不会依然产生电场呢?回答是肯定的,即变化的磁场可以在其周围产生电场,如图2所示.,,使我变化的磁场激发电场,又大大地开阔了人们的思路,启发人们去想,能否通过变化的电场获得磁场,这正是麦克斯韦电磁场理论的第二要点.

2.变化的电场可以在周围空间产生磁场.

怎样理解这一结论呢?我们知道,电荷的周围存在着电场,电荷不动时,周围的电场

图3是静止的,电荷

运动时,电荷周围空间的电场就发生变化,即运动电荷(也就是电流)的周围能够产生磁场.用场的观点来分析这一现象,可以认为这个磁

中学生数理化　03　　高二版　

　　没有一个人见到过明天,因为明天降临时它已是今天了,只有今天属于你。

———[email protected]

2008年第3期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

场是由于电场的变化产生的.在如图3所示的LC振荡电路中,当电容器充电或放电的过程中,两极板间的电场发生变化,这个变化的电场会在其周围产生磁场,而且这个磁场跟两极板间存在电流时所产生的磁场是一样的.

麦克斯韦还指出,变化的磁场所产生的电场是由磁场的变化情况决定的.如果磁场是均匀变化的,在相等的时间内磁感应强度变化相等,产生的电场就是稳定的,即电场强度不随时间而变化.如果磁场的变化是不均匀的,产生的电场就是变化的.

同样,变化的电场所产生的磁场是由电场的变化情况决定的.如果电场的变化是均匀的,产生的磁场就是稳定的.不均匀的,.

,.了解.

可能大家会发现,上面的叙述带有明显的对称性.从对称性的角度提出和探讨问题,是研究物理学问题的重要方法.在物理学史上通过对称性发现问题取得重大成功的不乏其例.奥斯特发现电流的磁效应后,法拉第沿着通过磁场也应能获得电流的线索,苦苦探索11年终于发现了著名的电磁感应定律.麦克斯韦根据磁场变化能产生电场,大胆地假设变化的电场能产生磁场,建立了旷世的经典电磁场理论……我们在吸取前人创造的知识的同时,也应借鉴前人的科学方法.

　　学习是灯,努力是油,要想灯亮,必须加油!

对于麦克斯韦电磁场理论主要

理解以下几点.

(1)变化的磁场能在周围空间产生电场;变化的电场能在周围空间产生磁场.

(2)均匀变化的磁场产生稳定的电场;均匀变化的电场产生稳定的磁场.

(3)非均匀变化的磁场产生变化的电场;非均匀变化的电场产生变化的磁场.

(4)振荡(即周期性变化)的磁场产生同频率的振荡电场;振荡的电场产生同频率的振荡磁场.

(5),一体,.

(5)部,“电磁场”呢?

前面我们已经学习过,在电荷周围有电场,磁体或电流周围有磁场.那么本章中所提的电磁场,是否就是上述电场和磁场的统称呢?并非如此.

首先有“静”“动”、之分.在电场一章中我们所讨论的电场是电荷不动时周围存在的静电场,它是不变化的;在磁场一章中所研究的磁场往往是磁体或稳恒电流所产生的磁场,也是不变化的.本章所讨论的“电磁场”是指,变化的磁(电)场,周围的空间一定能产生电(磁)场.有变化的磁场就一定激起电场,有变化的电场就一定激起磁场,它们是统一的不可分割的整体,称为“电磁场”,就像阳光下的物体与它的影子一样不可分割.

(下转第34页)

中学生数理化　13　　高二版　

———[email protected]

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年第3期

C.从t2到t3,电容器放电D.在t4时刻,

线圈中磁场能最小

在t1时刻,电路中电流最大,所以磁场

能最大,电场能为零,故选项A错误,同理判断知选项D正确.

在t1到t2过程中,电路中的电流减小,所以磁场能

减小,电场能增大,则电容器极板上电荷量增加,故选项B错误.

在t2到t3过程中,电路中的电流增大,所以磁场能增大,电场能减小,则电容器极板上电荷量减小,电容器放电,故选项C正确.

三、电磁波和电磁场

由麦克斯韦电磁场理论可知,变化的电场周围产生磁场,变化的磁场周围产生电场.但要注意均匀变化的场周围一定产生另外一个稳定的场;不均匀变化的场周围一定产生另外一个不均匀变化的场.而电磁波就是不均匀变化电磁场在空间的传播.

中学生数理化　43　　高二版　

).根据麦克斯韦电磁场理论,(　　例3　

A.在电场周围一定产生磁场,B.生变化的电场

C.

,稳定的电场周围不会产生,同理,稳定的磁场周围也不会产生电场,所以选项A错误.随时间均匀变化的电场,其变化率是常量,其周围产生的磁

场是稳定的,同理,均匀变化的磁场周围产生的电场也是稳定的,所以选项BC错误.电场周期性变化,其周围产生的磁场一定随之周期性变化,且变化周期相同,所以选项D正确.

(责任编辑　任林茂)

(上接第31页)

其次,静电场中的电场线不是

封闭的,而“电磁场”中的电场与磁场的电场线与磁感线均是封闭的,是所谓的“涡旋场”.

再次,前者所说的电场不能脱离电荷,磁场不能脱离磁体(或电流)而独立存在,而后者即电磁场可

以脱离电荷和磁体独立存在.

另外,我们还应认识到电磁场跟由分子、原子组成的物质一样,都是不依赖于我们的感觉而客观存在的.电磁场是物质的一种特殊形态.爱因斯坦曾说“:在一个现代物理学家看来,电磁场正和他所坐的椅子一样实在.”(责任编辑　任林茂)

　　认识自己,降伏自己,改变自己,才能改变别人。

———[email protected]