Il y a longtemps, les gens ont découvert entre la charge et a la force entre les aimants, mais d'abord il n'a pas un lien entre ces deux effets. Plus tard, on a découvert que quelques-unes des pierres sera la foudre Pizhong magnétique, donc je imagine qu'il peut y avoir une certaine relation entre l'électricité et le magnétisme. Jusqu'à ce que les efforts Oster, Faraday et autres, les gens se rendent compte enfin que une relation étroite entre l'électricité et le magnétisme, les gens utilisent des générateurs aimant, mais aussi l'utilisation des électro-aimants de fabrication actuels.

Cependant, entre l'électricité et le magnétisme relation physique la plus profonde est révélée par Maxwell, les équations de Maxwell composées par quatre équations explique électricité et le magnétisme - un lien entre l'univers de la plus profonde la force, et unifié les champs électriques et magnétiques vers le haut. Les équations de la naissance de Maxwell a été pensé pour être plus belles formules physiques du monde.

Cet article vous mènera regardez le processus de découverte et spécifique qui signifie des équations de Maxwell, dans ce besoin d'introduire une base mathématique de processus. Alors que pour la plupart des gens à comprendre ce processus est très difficile, mais quand vous comprenez vraiment les équations de Maxwell, comme moi, vous serez émerveillés par la beauté et l'harmonie.

1, les lignes de champ et champ

En 1758, la force de Coulomb physicien français entre la première étude de l'accusation, et a fait la loi de Coulomb: la quantité de charge est proportionnelle au produit de l'effort entre les deux charges et inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux .

Depuis lors, les scientifiques ont débattu la force entre voie chargée: Certaines personnes pensent que la force ne nécessite pas le temps et l'espace entre la charge, une charge produira une force instantanée sur une autre charge, qui est appelé la « action à distance. »

Avec le développement de la science, l'action à un point de vue à distance de plus en plus de gens sont soupçonnés. Enfin, le scientifique britannique Faraday a proposé le concept de « champ » de.

Faraday: il y a une substance autour de la charge, cette substance est également touché invisible, mais il est là, il peut passer dans l'espace. Lorsqu'un champ électrique est transmis à l'autre charge, elle produira une force agissant sur l'autre charge. À son tour, également la deuxième charge génère un champ électrique, générant ainsi une force de réaction pour la première charge. En d'autres termes: agissant entre la charge est passé à travers un champ électrique.

En 1851, Faraday supplémentaire de l'invention propose un procédé décrit dans un champ électrique: un champ électrique représenté par une courbe avec un ensemble de flèches, la direction d'une direction tangentielle de la courbe représente le champ électrique, l'intensité du champ électrique décrit courbe de densité. Par exemple, une charge positive et un champ électrique négatif est un deux charges positives formées dans l'espace comme suit:

De telles méthodes sont décrites champ « ligne de champ », les lignes de champ peuvent être utilisés pour décrire le champ électrique, il peut également être utilisé pour décrire le champ magnétique. Les gens lignes de champ peuvent être simulés par diverses méthodes, par exemple: l'utilisation de limaille de fer autour de l'aimant de Faraday pour simuler les lignes d'induction magnétique.

terrain proposé et le terrain offrent une commodité pour les gens d'étudier de nombreux problèmes plus tard.

2, le magnétisme électrique, magnéto électrogénique

Le premier à découvrir la relation entre l'électricité et le magnétisme physicien danois Oersted.

En 1820, la première fois Oster à donner des conférences, accidentellement mis un fil droit en direct sur le sommet d'une petite aiguille, il a été surpris de trouver: une petite déviation de l'aiguille fait! La présence d'étudiants et trouvé aucune surprise de ce phénomène, ne Oster est très heureux de cette découverte.

Après une recherche minutieuse, Oster mode actuel d'action proposé de petite aiguille magnétique. En point de vue d'aujourd'hui, Oster, en fait, clarifie l'existence d'un champ magnétique circulaire autour du fil comme le centre du conducteur d'alimentation en courant. Plus tard, les scientifiques indiquent ampère la méthode de détermination magnétique direction du champ: Règle de vis à droite.

Lorsque Oster a constaté que le courant peut produire un champ magnétique de la diffusion de message à travers le monde, le britannique Faraday, qui vient d'avoir 30 ans, il travaillait encore chimiste gens de David. Beaucoup soupçonnent David sur l'utilisation jalousie diverses méthodes pour supprimer Faraday, tels que la recherche forcée optique Faraday. Après la mort de David jusqu'en 1829, Faraday a commencé à étudier les questions d'intérêt électromagnétiques pour continuer.

Faraday a dit: Comme le courant peut produire un champ magnétique, l'aimant doit être en mesure de produire de l'électricité. A cet effet, Faraday a mené une série d'expériences de physique, a finalement trouvé le phénomène de l'induction électromagnétique en 1831.

Sur les deux côtés d'un cercle autour des deux fils différents, un fil passant sur le premier courant, l'autre côté du courant de fil est également produite. Faraday a expliqué: c'est parce que le premier circuit de courant a changé, le champ magnétique généré est également modifiée, ce qui change peut être généré le courant de champ magnétique.

Nous pouvons également faire cette expérience: un électro-aimant d'insertion d'aimant, solénoïde connecté à un mètre, on trouvera les relevés de compteurs. Cette satisfait aussi Faraday appelé « le mouvement et le changement dans le processus, le champ magnétique peuvent être générés en cours. »

Par Oster, Faraday et d'autres ont constaté que les gens se rendent compte que l'électricité et le magnétisme ne sont pas séparés, mais étroitement liés, et ont même suggéré que: l'électricité et le magnétisme semblent être deux côtés du même problème.

3, la base mathématique des équations de Maxwell

En 1860, Faraday moins de quarante jeunes scientifiques Maxwell est venu avant Faraday, il « Sur les lignes de Faraday de force » avant de publier des documents soumis à Faraday. Faraday fou de joie, et Maxwell a dit: Vous ne devriez pas être limité à utiliser les mathématiques pour expliquer mon point de vue, mais à faire preuve d'innovation.

Encouragé par Faraday, Maxwell développer leur point de vue, et finalement résumée dans les équations de Maxwell composé de quatre équations. Pour comprendre ces quatre équations, nous avons d'abord besoin de deux opérations mathématiques: intégrale de flux et le chemin.

Le premier concept est flux. Si le champ électrique E en passant par un plan vertical S, le produit du champ électrique E et nous avons appelé la zone S du flux de champ électrique. Si une certaine méthode de serrage de l'angle du champ électrique E et le plan S, on peut mettre le champ électrique décomposition orthogonale, puis une perpendiculaire au plan composante du champ électrique est obtenue en multipliant la zone du flux.

Etant donné que le champ électrique E peut représenter des lignes de champ électrique de densité, le champ électrique E est multiplié par la surface S, est représente en fait les lignes de champ magnétique passant à travers le plan du nombre. Si le champ électrique partout différent, il est nécessaire à la zone infinie est divisée en deux parties, avec l'ajout de petites portions de chaque flux de champ.

Représenté par l'expression mathématique est la suivante:

De même, un champ magnétique passe à travers la surface de flux magnétique peut être défini de la même manière. L'écriture avec le signe intégral:

Le second concept est l'intégrale de chemin. Si une direction du champ électrique E le long du trajet AB, la longueur L multipliée par le champ électrique E de l'itinéraire, AB, pour obtenir une intégrale de chemin. Si le champ électrique E et la direction de la voie AB d'un certain angle, le champ électrique décomposé mis, la composante de champ le long d'une direction AB multipliée par la longueur du trajet L. Le champ magnétique a une intégrale de chemin similaire.

Si les champs électriques ou magnétiques à travers les différents chemins que nous pouvons mettre AB divisé en un nombre infini de copies, chaque copie du chemin de l'intégration combinée, exprimée comme suit:

Notez que le chemin est pas nécessairement une ligne droite, mais aussi le long d'une trajectoire courbe intégrale.

4, les équations de Maxwell

Eh bien, maintenant, nous savons qu'un vecteur de flux peut être calculé, peut également calculer l'intégrale de chemin. Afin que nous puissions comprendre ces quatre grands depuis l'équation.

1. champs électriques sont dérivés

La première équation des équations de Maxwell représentent le premier point de Faraday mathématiquement: Charge va produire un champ électrique dans l'espace environnant. lignes de champ de charge positif émis à l'extérieur, la charge négative absorbera des lignes de champ environnantes. Plus la quantité des charges, plus la émise ou absorbée par les lignes de champ électrique.

Si nous utilisons une surface fermée entoure une charge, le flux du champ électrique sur la surface fermée représente le nombre de lignes de champ. Étant donné que ces lignes sont le champ électrique émis par la charge dans la surface, de sorte qu'il est proportionnel à la somme algébrique de toute la surface de charge. Notez que: peu importe la façon dont nous choisissons la forme incurvée, tant qu'il est entouré par la même charge, son flux électrique est le même. Si la charge à surface fermée, les lignes de champ électrique qui pénètrent à transmettre sur les deux faces, mais de perçage aussi la surface, de sorte que la puissance ne contribue pas à la surface de flux, et donc la quantité de charge dans l'équation sont considérés à l'intérieur de la charge de surface .

Écrire avec la formule

Dans cette équation, les portions égales latérales gauche représentent la fermeture du flux électrique sur une surface courbe, ce qui est des lignes de champ électrique incurvée de perçage du nombre, de droite q montrant la surface intérieure et la charge algébrique, appelée la permittivité du vide [epsilon] O. Cette équation est les équations de Maxwell dans la première équation, également connu sous le nom de la loi de Gauss domaine. Cette équation nous dit: champ électrique est actif, sa source est la charge d'espace.

2. Champ de passivité

Différents champ électrique, si le champ magnétique généré par l'aimant ou le champ magnétique généré par les lignes de courant, le champ magnétique est toujours fermé. lignes de champ magnétique ni le point de départ ni le point final. Par exemple, nous observons la mise sous tension du champ magnétique à solénoïde trouveront cette fonction.

Donc, si nous faisons une surface fermée dans l'espace, les lignes de champ magnétique soit ne pénètrent pas la surface, ou les deux doivent pénétrer de sorte que les lignes de flux d'induction magnétique est égal à zéro la surface, et perçant la surface,.

De cette façon, la deuxième équation des équations de Maxwell peut être écrit:

Cette équation est appelée le champ magnétique de la loi de Gauss, il nous dit: champ magnétique passif est soit sans commencement ni fin, mais toujours fermé.

Boucle champ magnétique solidaire de 3

Troisième équation de équations de Maxwell pour expliquer la loi de Faraday de l'induction électromagnétique.

Par exemple, quand un aimant annulaire à proximité d'un fil, la bobine de fil va produire un courant induit. Faraday, qui croient: c'est parce que la fermeture magnétique à la bobine les changements de flux magnétique, et la force électromotrice générée est proportionnelle à la vitesse de variation du flux magnétique.

réflexion Maxwell, viennent à une idée: une force électromotrice est générée, car il y a une force de poussée de la charge électrique, faisant ainsi varier le champ magnétique peut être généré par le champ électrique en spirale. S'il y a juste un conducteur dans le champ électrique induit, courant induit est généré dans le conducteur. En outre, la taille du champ électrique induit est proportionnelle à la vitesse de variation du flux magnétique.

Ainsi, les troisièmes équations de Maxwell écrit:

équation intégrale de gauche représente un trajet fermé le long de la trajectoire de champ, ce qui peut représenter une force électromotrice sur le chemin fermé. Alors que le côté droit indique le taux de variation du flux magnétique, à savoir le taux de variation du flux magnétique.

L'équation mathématique pour expliquer les causes de la loi de Faraday de l'induction électromagnétique, peut également être décrit comme le champ électrique induit est champ tournant.

4. Le chemin intégrale du champ magnétique

Oster depuis cette époque, il a été reconnu que la présence d'un champ magnétique autour du courant, et la densité de flux magnétique est proportionnel au courant. Maxwell Cette fonction d'écriture des expressions mathématiques:

Gauche opérande représente un chemin magnétique solidaire du trajet fermé arbitraire sur le côté droit représente le chemin fermé entouré courants.

Cependant, l'idée de Maxwell ne se limite pas à cela. L'idée de Maxwell: Comme champ magnétique changeant peut former un vortex, puis en changeant le champ électrique peut également former le champ magnétique naturel. Par exemple: un condensateur dans un circuit, pendant la charge et la décharge du condensateur, la présence d'un champ magnétique autour du fil. Le champ électrique dans le condensateur changera son statut devrait être équivalent au courant. Ainsi, Maxwell a proposé le concept de courant de déplacement: variable équivalent courant électrique.

Enfin, les quatrième équations de Maxwell écrit:

champ opérande gauche indique l'intégrale de chemin le long d'une trajectoire, à droite 0 représente la perméabilité du vide, I représente le courant, le flux [phi] représente le champ électrique sur ce chemin entouré. Cette équation: courant et variation du champ électrique peut provoquer un champ magnétique.

5, la prédiction de Maxwell

Les équations de Maxwell sont les plus belles de l'histoire humaine, les équations de la physique, il a une symétrie forte et auto-cohérence. Il nous dit: les champs électriques et magnétiques ne seuls existent pas, mais unis dans le champ électromagnétique.

En outre, après le calcul montre Maxwell en outre: s'il y a un champ électrique oscillant dans le vide, il génère un champ magnétique autour du champ électrique oscillant, et ce champ magnétique génère un champ électrique va plus loin ... et ainsi de suite, peut se propager dans le champ lointain, la formation d'une onde électromagnétique.

Maxwell vitesse calculée des ondes électromagnétiques, les ondes électromagnétiques trouver juste la vitesse de la lumière dans le vide est égale à la vitesse, de sorte que la prédiction gras: La lumière est une onde électromagnétique.

Jusqu'à présent, la physique classique sont allés à l'extrême, la confiance des physiciens fortement gonflé. Alors que, lorsque le physicien 1900 du rallye Sir Kelvin fièrement déclaré: bâtiment de physique a été pratiquement achevé, plus tard le faire un travail esthétique sur elle.

Malheureusement, Maxwell n'a pas confirmé personnellement les prévisions des ondes électromagnétiques, en 1879, seulement âgé de 48 ans Maxwell est mort. Dans la même année, le plus grand scientifique de la physique moderne, Albert Einstein qui vient de naître.

Avant de Maxwell, le grand physicien Newton, parce que sa loi du ciel et de la terre unie de la gravitation universelle, il a prouvé que la lune et rencontrer d'Apple les mêmes lois physiques. Après le plus grand physicien de Maxwell Albert Einstein, parce qu'il est spécial et la relativité générale unifiée temps et de l'espace, de sorte que les gens se rendent compte que le monde est en fait un espace unifié et exist temps. Entre Newton et Einstein, le plus grand physicien de Maxwell, son ensemble d'équations Unifier les champs électriques et magnétiques, il a prédit des ondes électromagnétiques deviennent les plus importants moyens de communication modernes. Même, la théorie de la relativité, Einstein a proposé en partie à cause du problème, mais aussi pour faire face à la covariance des équations de Maxwell.

Certains la vie des gens, bien que plus rares, mais ses idées brillantes sont toujours dans le monde.

Source: professeur Lee Wing-lok

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