麦克斯韦与电磁场理论的创立
摘要：麦克斯韦是科学史上最伟大的物理学家之一，他的电磁场理论被誉为19世纪的电磁学史上的一座丰碑，他不但将全部电磁现象所
服从的规律概括为我们所熟知的麦克斯韦方程组，而且还预言了
电磁波的存在。他所完成的不朽著作《电磁场通论》，对当代物
理学家甚至对以后几代物理学家来说都是一个伟大而又不易达到
的丰碑。同时，麦克斯韦对科学之外的远见卓识和物理学领域一
样令人惊叹。
关键词：麦克斯韦麦克斯韦方程组电磁波《电磁场通论》
Maxwell and The Creation of Electromagnetic
Field Theory
Abstract:The history of science Maxwell is one of the greatest physicist of his electromagnetic theory of electromagnetism known as
the 19th-century history of a monument, not only he will obey all the
laws of electromagnetic phenomena summarized as Maxwell's equations
we know group, but also predicted the existence of electromagnetic waves. Completed his monumental book "General Theory of Electromagnetic Fields", and even after several generations of contemporary physicists for physicists, is a great and easy to reach the monument. Meanwhile, Maxwell on the science of physics beyond the
field of vision and the same is amazing.
Keywords: Maxwell Maxwell's equations Electromagnetic waves "General Theory of Electromagnetic Fields"
目录
1 引言 (3)
2 麦克斯韦的初期经历 (3)
3 划时代的三篇论文 (6)
3.1论文的前期准备 (6)
3.2《论法拉第的力线》的发表 (7)
3.3《论物理力线》的发表——位移电流 (8)
3.4《电磁场的动力学理论》 (9)
4 格伦莱尔的悠闲与《电磁场通论》的出版 (10)
4.1格伦莱尔的悠闲 (10)
4.2 《电磁场通论》的创作 (11)
5 麦克斯韦电磁理论对后世的影响 (12)
结论 (13)
致谢 (14)
参考文献 (15)
麦克斯韦与电磁场理论的创立
一、引言:
1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，这标志着电磁学的开始；随后法国物理学家安培在奥斯特实验的基础上于1820年至1827年创立了超距论的电动力学；1831年，英国物理学家法拉第）发现电磁感应定律；1845年至1846年，德国物理学家纽曼和韦伯发展了安培的电动力学，创立了德国电动力学体系，在欧洲大陆风靡一时。1861年，英国十九世纪最伟大物理学家麦克斯韦提出了电位移矢量和位移电流的概念；1861年至1865年，他又创立了著名的麦克斯韦方程组，从理论上预言电磁波的存在。麦克斯韦电磁场理论的创立，是19世纪的电磁学史上的一座丰碑，他的理论策动了后来者对电磁波存在的证实和探索，鼓励过数代人去利用电磁波为人类造福，其影响不仅超越了英吉利海峡，而且也超越了整个19和20世纪。正如普朗克在1931年纪念麦克斯韦诞辰一百周年的学术讨论会上所说：“在每一学科领域都有一些特殊的个人，他们似乎具有天赐之福，他们放射出一种超越国界的影响，直接鼓舞和促进着全世界去探求；麦克斯韦是他们当中屈指可数的一位。”
二、麦克斯韦的初期经历
麦克斯韦出生于苏格兰的首府爱丁堡市郊的格仑奈尔庄园；爱丁堡是启蒙之城，被称为“北方的雅典”。19世纪，几乎所有的英国大科学家都出生在英格兰北部、苏格兰北部和爱尔兰北部。就苏格兰而言，当时出现的著名科学家有：开尔文、泰特、霍尔、詹姆士·福布斯、莱尔、布莱克、等；当时英国只有法拉第、戴维和瑞利出生在南部。由于人才辈出、群星灿烂，使苏格兰沐浴在浓郁的文化气氛中，社会、政府、团体一致重视教育，特别重视苏格兰文化传统和实验科学的教育，这样的氛围更有利于科学天赋的脱颖而出。
麦克斯韦的出生正是法拉第发现电磁感应的1831年，其父属于那里的知识阶层，童年的教育是在母亲的精心呵护下完成的。由于受到父亲的熏
陶，麦克斯韦小时候对自然科学产生了浓厚的兴趣。13岁那年他获得了爱丁堡一年一度的数学奖；其后，父亲经常带着麦克斯韦参加爱丁堡皇家学会的各种学术活动；14岁时麦克斯韦发现了构成椭圆的新的数学方法，15岁时在英国《爱丁堡皇家学会学报》上发表数学论文，这大大地增强了麦克斯韦在科学上的进取心。1847年秋天，16岁的麦克斯韦进入苏格兰最高学府——爱丁堡大学专攻数学物理，在这里他跟凯兰（Kelland.P）学数学，跟福布斯学物理，跟哈密尔顿学逻辑学。同时，他又阅读了大量的书籍，从当年大学图书馆里记录中可以找到麦克斯韦借阅过书籍有：傅利叶的《热理论》、蒙日的《画法几何学》、牛顿的《光学》、威利斯的《机械论原理》、柯西的《微分学》、泰勒的《科学笔记》、布尔的《逻辑的数学分析》、泊松的《力学》等等；像他之前的汤姆逊一样，麦克斯韦被傅利叶的思想所惊倒，他把傅利叶数学理论誉为“伟大的数学诗篇”。为了进一步深造，三年后他又转入英才荟萃的剑桥大学。
剑桥，位于英格兰东南部平原的剑河两岸，是一座秀丽葱郁的园林式的小城，这是一座十三世纪建立起来的大学城，整个一座城市就是一所大学——剑桥大学。1850年秋，麦克斯韦以巨大的热情进入了这所大学的著名学府——圣三一学院。19世纪上半叶，剑桥大学的数学教育正面临着重大的改革，牛顿的流数概念和几何学已成为数学进步的障碍。约翰·伯努利、拉格朗日，都发展了莱布尼兹的微积分。在这个时期，欧洲大陆数学的发展超过了英国。剑桥数学家认为，极限是一个神秘的概念，虽然极限可以使数学更活跃，而拉格朗日的系统思想能为微积分提供清晰的基础，这个基础建立在完全独立于无穷小和极限原则之上；他们竭力提倡用欧洲大陆现代的数学方法对英国现行的数学教育进行一次彻底改造。
19世纪50年代，剑桥大学仍然流行一种数学荣誉考试，叫Tripos。数学Tripos是十分费时费心的，一位英国数学家多年后写道：“Tripos是全世界最难的考试，如今还没有任何大学的考试能和它相提并论。”最早的Tripos可以追溯到1730年，随着时光的累积要求越来越高，声望也越来越重要，这一神圣的传统荣耀同时也成了一种沉重的负担。对剑桥来说，Tripos已经不只是一场考试，它已成为一种制度。
剑桥大学数学荣誉学位考试内容是强调混合数学，包括力学、流体动力学、天文学、引力论，以及几何光学和物理光学。19世纪30年代，惠威尔成功地引进了一些更为物理学的课题：光的能动理论、热、电、磁，使学生的课程增加了，也冲破了学习数学只是为了提高普通教育水平的局限性。1854年，麦克斯韦以第二名的成绩顺利通过了数学荣誉学位考试。
完成数学荣誉考试以后，麦克斯韦成了剑桥大学霍普金斯教授的研究生，并开始去听斯托克斯的流体静力学、气体力学和光学等课程；在开始解释流体的性质和流体动力学的方程时，斯托克斯讨论了流体的波和声的理论以及光的波动理论。麦克斯韦已经熟习光的波动论和热、电、磁理论，对这些问题是19世纪40年代的数学物理学界争论的热点问题。麦克斯韦的兴趣并不完全限于课堂上的那些课程，他对电的理论、分析图解法和颜色的混合理论做了大量的实验与验证，并熟习W.汤姆逊对法拉第电磁场概念的发展。霍普金斯是最早认识到麦克斯韦是天才的人；他对他的同事罗森（Lawson W.N）说道：“毫无疑问，麦克斯韦是我所遇到的最出色的杰出人物；从表面看，他没有什么特别之处，虽然有时他也在分析中出错；但他又显出是一个天才，他有一些奇特的品质，我可以预言总有一天，他会像太阳那样照耀物理学界。”
在剑桥，麦克斯韦进步很快，不出四年就学完了当时所有先进的数学方法，成了一名年轻有为的数学家。1854年，他在给W.汤姆逊的一封信中表达了重返物理学领域攻克电学的强烈愿望。起初，他研究的课题是光的色散理论；不久，他接受了W·汤姆逊的建议开始研读法拉第的《电学实验研究》一书时，立即被书中新颖的实验和见解所吸引，他迅速以极大的热情投入了这个大有作为的研究领域。当时，电磁学在实验研究方面的四大定律（库仑定律、高斯定律、安培定律和法拉第电磁感应定律）已先后建立，特别是法拉第长期坚持对抗磁体的研究，并于1851年发表了《论磁力线》一文。这篇文章中蕴藏着朦胧的电磁场论的思想，这些先决条件为麦克斯韦的创造性研究准备了肥田沃土。
麦克斯韦毕业后留校工作，1855年10月，麦克斯韦成为三一学院校友会成员。正是剑桥为他准备了舞台，性情一致的好友，第一流的科学家，
与这些人经常在一块讨论问题和消遣使他进步很快。正在这时，麦克斯韦的父亲身体状况日益恶化，他有意回爱丁堡去照顾父亲。恩师福布斯告诉他，阿伯丁的马里斯舍尔学院的自然哲学教授去世了，问他有没有兴趣取得这个职位。在那个时代，大多数教授的年纪都很轻，由于听从导师福布斯的劝告，麦克斯韦23岁时就如愿以偿地成为阿伯丁马里斯舍尔学院的自然哲学教授。
三、划时代的三篇论文
3.1论文的前期准备法拉第是19世纪最伟大的实验物理学家，他在电学、磁学、电化学和光学等方面都做了大量的实验研究，发现著名的是电磁感应定律、电解定律和磁光效应；法拉第的卓越贡献是和他丰富而深刻的物理思想密切联系的。当麦克斯韦刚刚开始电磁学研究时，电磁学才走过了三十年的历程。这三十年中充满着超距电动力学与法拉第的电磁场论的斗争；对麦克斯韦来说，法拉第的理论更为合理、更为充实，他决心用一种严格的数学语言来翻译法拉第理论。正如他后来在他的专著《电磁场通论》中所说：“法拉第看到了横贯整个空间的力线，而数学家们在那里只看到在一个距离上作用的吸引力的中心；法拉第看到了介质，而他们在那里除了看见距离还是看见距离……当我开始研究法拉第时，我发觉他考虑现象的方法也是一种数学方法，尽管不是用通常的数学符号的形式来表示；我也发现，这种数学方法能够表示成一般的数学形式，而且可以与职业数学家的方法相媲美。”
法拉第认为带电体和磁体周围存在着某种“特殊状态”，他用电力线和磁力线来描述这种状态。他认为力线是物质的，充满了整个空间，并把相异的电荷或相异的磁极联系起来。法拉第的力线思想是场概念的先声，许多物理学家都给以极高的评价，他被誉为场理论的创建人。W.汤姆孙推崇说：“在法拉第的许多贡献中，最伟大的一个就是力线概念了。我想借助于它就可以把电场和磁场的许多性质最简单而极富启发性地表示出来。”法拉第广泛深入的实验研究对错综复杂的电磁现象提供的简洁而深刻的超距作用解释深深地打动了麦克斯韦。麦克斯韦还进一步阅读汤姆孙等人的
类比研究，使得他更深刻地认识到用严密的数学表述法拉第力线思想的迫切性。他从19世纪50年代中期到60年代中期，连续发表了三篇长文《论法拉第的力线》、《论物理力线》和《电磁场的动力学理论》，为电磁场理论的建立树起耀眼的丰碑。
3.2《论法拉第的力线》的发表 1856年，麦克斯韦完成了电磁学领域的第一篇论文——《论法拉第的力线》，该文他利用当时最先进的数学工具对电磁场中的力线作了几何学解释，并把法拉第的力线考虑成不可压缩的流体运动的流线。《论法拉第的力线》是麦克斯韦试图用数学工具表达法拉第学说的开端，也是将汤姆孙所作的类比研究更进一步延拓的尝试；它把力线和不可压缩流体的流动作为类比。他的论文开头这样说到：“为了不用物理理论而得到思想，我们必须熟悉物理类比的存在。所谓物理类比，我指的是一种科学的定律与另一种科学的定律之间的部分相似性，它使得这两种科学可以互相说明。于是，所有数学科学都是建立在物理学定律与数的关系上，因而，精密科学的目的，就是把自然界的问题简化为通过数的运算来确定各个量。从最普遍的类比过渡到部分类比，我们就可以在两种不同的产生光的物理理论的现象之间找到数学形式的相似性”。从而把电磁现象中的电位移矢量、电场强度矢量与磁感应强度矢量、磁场强度矢量区分开来，使得电磁现象的描述中令人困惑的两类矢量各居其位，并推动了电磁场理论的研究工作沿着正确的道路前进。
同时，麦克斯韦接受了法拉第的磁体周围必定存在某种“电紧张状态”的思想，并且找到了电紧张函数与描述磁场的磁感应强度之间以及电紧张函数与电磁感应引起的电动力之间的联系，用现在的语言表述就是变化的磁场产生涡旋电场。麦克斯韦在这篇论文中未能将所有法拉第的物理模型同自己的数学模型对应起来，而仅仅试图用数学语言去直接描述法拉第的某些物理概念；因而麦克斯韦未能超越法拉第的工作而达到更新的高度。法拉第读完了麦克斯韦的论文后这样说道；“当我看到了数学在解释这个问题时的这种威力时……，一开始我甚至感到惊骇。但后来，看到问题竞如此出色地经受住了这一切时，我又感惊异”。1857年，法拉第抑制不住激动的心情欣然向麦克斯韦写了一封长信，对他的论文作出了中肯的评价，
并对他的研究工作给予了热情的鼓励。
3.3《论物理力线》的发表——位移电流 1860年，麦克斯韦应邀到伦敦皇家学院任教，来到伦敦后不久，麦克斯韦特意拜访了已是伦敦皇家学院院长的法拉第。这位实验大师已年近七旬，而麦克斯韦还未到而立之年。虽然两人年岁相差甚远，而且他们的研究方法截然不同；一个专于实验，另一个善长理论。但两位科学巨匠对物质世界的看法却产生了共呜，这使他们相见恨晚。在对电磁理论本质规律的探索中，两人在许多方面是互补的；爱因斯坦后来把他们俩称为一对。法拉第在四年前已经拜读了麦克斯韦的论文，见面后才知道论文的作者如此年轻。当麦克斯韦征求这位古稀老人对论文的看法时，法拉第谦虚地说：“我不认为自己的学说一定是真理，但你是真正理解它的人”。他接着又说：“但你不应该停留在用数学解释我的观点，而应该突破它”。这位古稀老人激动的鼓励，深深地牵动着麦克斯韦的心，经过两年的苦心研究，麦克斯韦于1862年在英国著名的《哲学杂志》上以《论物理力线》为题，发表了他的第二篇电学研究论文。
《论物理力线》一文试图将第一篇论文所作的类比研究进一步推进到建立电磁作用的力学模型。他吸取了前人的思想，把传递磁相互作用的磁以太想象为一些分子涡旋，把传递电相互作用的电以太想象为分子涡旋之间与之啮合的可动的细微粒子。靠着它们的啮合运动说明电流产生磁场、电磁感应以及静电相互作用。在这个模型的基础之上，麦克斯韦对变化的磁场能产生感应电动势的现象进行了深入的分析，认为即使不存在导体回路，变化的磁场通过媒介也会激发一种场，他称这种场为感应电场或涡旋电场。同时麦克斯韦还发现：在连接交变电源的电容器中，电介质内并不存在自由电荷，也就是没有传导电流，但磁场却同样存在。经过反复思考和分析，麦克斯韦毅然指出：这里的磁场是由另一种类型的电流形成的。这种电流存在于任何电场变化的电介质中，麦克斯韦把这种电流称为“位移电流”。这篇文章一刊出立即引起了广泛的注意和争论，这是一篇划时代的论文，它与1856年《论法拉第力线》相比有了质的飞跃。“涡旋电场”和“位移电流”的概念是这篇文章的杰出之处。
麦克斯韦后来认识到：《论物理力线》一文有两点重要进展脱胎于颇为怪诞的以太力学模型，这一模型使许多物理学家争论的焦点。他本来也认识到这个力学模型的暂时性；他在文中写道：“这是力学上可以想象和便于研究的一种联系模型，它适宜于显示已知电磁现象之间真实的力学联系。因此，我敢于说任何理解到这一假设的暂时性质的人将会发现，在他真正理解这些现象之后的研究中利必大于弊。”麦克斯韦颇感到需要另辟溪径，直接面对电磁场的研究课题，紧紧握住已揭示的电磁场的内在联系和运动特征及建立电磁场的动力学理论。
3.4《电磁场的动力学理论》1864年，麦克斯韦向皇家学会提交了他的第三篇电学论文《电磁场的动力学理论》，这是一篇关于电磁场理论最重要的总结性论文。他于1864年12月8日在英国皇家学会宣读，并于1865年发表在《英国皇家学会会报》上。通过前两篇论文关于力线与恒定流速场的类比研究以及电磁以太力学模型的阐述，麦克斯韦把握电场和磁场中最本质的特征就是涡旋电场、位移电流和电磁波的概念。他感到需要在实验事实和普遍的动力学原理的基础上提出一个全新的理论框架——电磁场的动力学理论。
为此，他在这篇论文的引言中首先评论了韦伯和诺埃曼的超距作用电磁理论的成就及其机制上的根本困难，指出不能把这个理论看作最终的真理。他宁愿寻求对事实的另一解释，即假设电磁作用是由周围媒质引起的。他以非凡的理论家的气魄，高屋建瓴地直接提出了电磁场的动力理论的命题。他在这篇论文中系统地总结了从库仑、安培到法拉第以及他自己的研究成果，提出了一共包含20个变量的20个方程式，即著名的麦克斯韦方程组。在论文接下去的几部分中，麦克斯韦广泛地讨论了各种电磁现象，如场对运动的载流导体、磁体以及带电体的机械作用、静电效应的测量、电容和电吸收、电磁波的性质和电磁扰动在晶体媒质中的传播以及电磁感应系数的计算等等。文中写道：“我提出的这个学说可以称为电磁场理论，因为它关系到带电体或磁体周围的空间。它可以称为动力学理论，因为它假定在那个空间存在着运动的物质，在这些物质中理应产生可观测到的电磁现象”。麦克斯韦就这样直接地预言了电磁波的存在。按着，麦克斯韦
从基本方程组导出波动方程，证明了电磁波是一种横波，并求得电磁波的传播速度在空气中等于电量的电磁单位与静电单位之比，即等于空气或真空中的光速。他由此得出结论：“这一速度与光速如此接近，看来，我们有强烈的理由断定，光本身乃是以波的形式在电磁场中按电磁规律传播的一种电磁扰动”——这就是“光的电磁说”。这样，早先法拉第关于光的电磁理论的朦陇猜想，由麦克斯韦把它变成了科学的严谨推论。
四、格仑莱尔的悠闲与《电磁场通论》的出版
4.1格伦莱尔的悠闲1865年，麦克斯韦辞去了皇家学院的教席，来到了故乡格伦奈尔庄园，格仑奈尔是苏格兰加罗维地区的一个小山村，这里到处是一望无际的丘陵绿草如茵。时而点缀着一些小小的平地和清澈如镜的湖泊，一丛丛的茂密矮树林，一条条蜿蜒的溪流伸向蔚蓝的天际，……格仑奈尔的美丽是天然的、未经雕琢的，实在令人陶醉；不少有社会地位的人在这里安了家。在格仑奈尔度过童年的麦克斯韦操一口地道的乡音一生也未曾改变。
麦克斯韦离开伦敦皇家学院至少有两个理由：其一是他想重建格仑奈尔，这是一种封建义务和家庭传统，父亲关于重建格仑奈尔的遗嘱对他而言是神圣的，一定要完成的，“父亲想把这所房子扩大规模，使它像一个地方官员的宅邪，但他还没有完成自己的工作就去世了。我一定要完成父亲未竟的事业。”麦克斯韦有不少资产足以支持他退休。在皇家学院期间，教学和研究任务十分繁重，现在回到了家乡，他想当一个业余的科学家。他说，“现在我有了充足的时间进行物理学实验和思考，这是有公职时做不到的”。他把自己的时间分成两部分，一部分在家乡，一部分在伦敦；有时他还到国外去游历。夏天是格仑奈尔最美好的季节；1867年，改建房子的计划终于完成了，他过起了悠闲的苏格兰地主的生活。他与科学界的主要人物如：斯托克斯、W.汤姆逊和泰特一直保持通信联系，麦克斯韦与这些学识渊博的人交往得益甚多。他的邮件往往又大又重，以至于邮局专门为他设了一个邮筒。他要反复修改自己的论文，还要为自己的朋友修改或校对稿子，使他每天都有一堆事情需要处理。
其二也是更重要的原因，麦克斯韦在伦敦皇家学院任教期间，由于长期含辛茹苦地工作把他弄得疲惫不堪；他最大的负担是晚上上课，更糟的是在冬天的晚上上课，教室里很冷，课后还要对那些喜欢物理学和数学的有天分的学生进行辅导，这使他不能集中精力搞他想搞的研究工作。更为痛情的是，以前许多优秀的电磁学论文都是刊登在各种卷跌浩繁的学报上，逐年累月渐渐被人遗忘；而且这些论文太深，学生们不敢问津。于是，他决定用一种统一的方法，按照一种统一的思想来总结近百年的电学成就和他本人十多年来取得的成果。这种统一的方法就是动力学的方法，这种统一的思想就是法拉第的电磁场论的思想。
4.2 《电磁场通论》的创作 在格仑奈尔，他以一种奔放的热情于1866－1870年间投入一部伟大的著作——《电磁场通论》的写作，准备对人类近二百年来在电磁学领域的研究成果作全面的总结。其中有库仑、安培、奥斯特、法拉第等人的创造性劳动，也有
他本人的开山之功。经过几年的甘苦，《电磁学
通论》的专著终于在1873年问世。这部经典著作，
共分两卷，由四大篇构成。第一篇包括13章，系
统地阐述了静电学的理论和实验验证。第二篇包
括12章，阐述了稳恒电流的基本规律和物质导电
理论。第三篇包括8章，论述了静态磁场的基本理论和物质的磁化特性。第四篇包括23章，阐述的是电现象和磁现象之间的内在关系。第四篇是全书中最重要的部分，麦克斯韦在此全面展开地论述了自己的研究成果。这就是将全部电磁现象所服从的规律概括为一组基本方程，这就是为我们所熟知的麦克斯韦方程组。这一著名的方程组把电荷、电流、电场和磁场间的普遍联系完全统一了起来，电磁波传播的研究和光的电磁理论是这部著作的精髓。在物理学史上，这一鸿篇巨著可以与牛顿的《自然哲学之数学原理》相媲美。这部伟大著作于1881年、1891年相继再版；其中包含了作者许多保贵的资料和深奥的见解。它对当代物理学家甚至对以后几代物理学家来说都是一个伟大而又不易达到的丰碑。他的著作通过德国的赫兹和法国的庞加勒而传遍了整个欧洲大陆。
麦克斯韦的手稿
五、麦克斯韦电磁理论对后世的影响
麦克斯韦电磁理论在他的生前并未得到充分的重视，他在英国的声誉远不及法拉第。麦克斯韦的电磁理论未得到充分重视的原因是它里面隐含的思想不易被理解，就像赫姆霍兹和玻尔兹曼这样有异常才能的人为了理解它也要花费好几年的气力。据说当玻尔兹曼读到《电磁场通论》中的麦克斯韦方程组时，他引用了歌德的话说道：“写出这些符号的是上帝吗？”这个理论的统一力量受到不连贯性的损害；在英国，“论物理的力线”的机械论类比，比起电磁场的动力学理论来说有更大的吸引力。在欧洲大陆上，对电荷的不完美的表述和电磁媒质明显的无理由的假定被看成是这个理论不能成立的证据，超距作用的理论也解释不了这个问题。直到19世纪70年代中期，赫姆霍兹仍然很难接受麦克斯韦的理论，并把此时电磁学领域称为“无路的荒原”。在他看来，麦克斯韦的理论只不过是这种情况的数学特例加上物理学的假设而已。1876年之后，赫姆霍兹不再花费时间来研究电磁理论，但他于1879年麦克斯韦去世后专门为柏林科学院设立了一个奖项，鼓励用实验批评地研究麦克斯韦理论的假设。在19世纪80年代，瑞利和吉布斯证明了麦克斯韦光方程体系对反射、折射、散射与实验完全一致。19世纪80年代后期，赫兹开始向麦克斯韦理论验证的目标全面迈进并最终得到充分证实。到19世纪90年代，玻尔兹曼也已表明，折射率和麦克斯韦理论预言的一种气体在实验上被确证。洛伦兹对光的研究为麦克斯韦提出的光的电磁理论提供了越来越多的证据，他坚信：麦克斯韦电磁理论必定能击败欧洲大陆上流行的超距理论。其实，麦克斯韦理论的真正力量并不在于导出了电磁的性质，而在于在这个基础上成功地建立了他的理论体系。
即使麦克斯韦在电磁场理论方面所做的贡献只是为电磁学、光学奠定了当代经典理论的基础，也是极为了不起的成就。事实上，麦克斯韦在这个领域里的成就远远超出了经典理论的范围，把物理学大大推进了一步。现在看来，麦克斯韦是当代场论的先驱而且是广义相对论的先驱；相对论和量子论的形式正是电磁理论方法的某些方面结出的果实。在纪念麦克斯韦诞生100周年时，爱因斯坦写道：“在麦克斯韦以前，人们以为，物理
实在——就它应当代表自然界中的事件而论——是质点，质点的变化完全是由那些服从全微分方程的运动组成的。在麦克斯韦之后，他们则认为，物理实在是由连续的场来代表的，它服从偏微分方程，不能对它作机械论的解释。实在概念的这一变革，是物理学自牛顿以来的一次最深刻的和最富有成效的变革。”爱因斯坦的评论既简洁又充满历史洞见。自量子力学出现以后，麦克斯韦的电磁场理论和在此基础上的一些观念就不再令人惊异了。理论物理学家们所喜爱的方法是在不断变化的，但创建场理论方法、规范理论的方式还在发展。能量守恒定律的方法论、动力学、向量分析，麦克斯韦在他的电磁场理论中开创的东西仍然是十分重要的。
麦克斯韦的电磁场理论是继牛顿力学之后又一次划时代的伟大成就，它的建立标志着电磁学的研究发展到了一个新阶段，并开拓了广泛的研究领域。电磁波和电磁辐射的研究导致通讯、广播和信息传输技术的发展；物质电磁性质的研究推动了材料科学的发展，导致优质物性材料的不断涌现；建立在电磁场理论基础上的光学研究拓宽了光学研究领域，对于以太的深入研究导致了狭义相对论的诞生；这些发展推动了20世纪以来科学技术的繁荣。
结论：麦克斯韦的电磁场理论是继牛顿力学之后又一次划时代的伟大成就，它的建立标志着电磁学的研究发展到了一个新阶段，并开拓了广泛的研究领域。电磁波和电磁辐射的研究导致通讯、广播和信息传输技术的发展；物质电磁性质的研究推动了材料科学的发展，导致优质物性材料的不断涌现；建立在电磁场理论基础上的光学研究拓宽了光学研究领域，对于以太的深入研究导致了狭义相对论的诞生；这些发展推动了20世纪以来科学技术的繁荣。著名的美国理论物理学家费恩曼（Feynman）在他的《物理学讲义》中写道：“从人类历史的长远观点来看，例如从今过后一万年来看，几乎无疑的是，19世纪最重要的事件将判定麦克斯韦发现电动力学定律。与这一重要科学事件相比，同一个十年中的美国内战（指南北战争）就黯然失色地降为地区性的琐事了。”
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［8］杨庆余唐福元编著，《电磁学史》，北京：中国物资出版社，2004．206．［9］［美］曹天予著，吴新忠等译，《20世纪场论的概念发展》，上海：上海世纪出版集团，2008，41～54．
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物理电磁学论文 现代人的生活已经离不开电，与此同时，电磁也充斥着我们生活中的每一个角落。随着电磁学，电磁技术的发展，我们已经离不开它了，在越来越多的领域，越来越多的角落，电磁学都在发挥着它的作用。1电磁对家庭输电的影响 现在人们越来越关注周围的生活环境了，所谓的污染已经不再是我们的眼睛所能看到的垃圾，耳朵听到的噪声，鼻子闻到的恶臭，还有我们看不见，摸不着的电磁辐射。随着科学技术的发展和信息社会的到来，我们的居室内不仅有冰箱，彩色电视机，洗衣机，微波炉和空调机等家用电器，而且不少家庭中还有计算机，传真机等多种信息交流的工具，相应地，进入每个家庭的输电线强磁场对人体也特别有害处。 摘要：介绍了电磁学计算方法的研究进展和状态，对几种富有代表性的算法做了介绍，并比较了各自的优势和不足，包括矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及复射线方法等。 关键词：矩量法；有限元法；时域有限差分方法；复射线方法 1 引言 1864年Maxwell在前人的理论（高斯定律、安培定律、法拉第定律和自由磁极不存在）和实验的基础上建立了统一的电磁场理论，并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律，这就是著名的Maxwell方程。在11种可分离变量坐标系求解Maxwell方程组或者其退化形式，最后得到解析解。这种方法可以得到问题的准确解，而且效率也比较高，但是适用范围太窄，只能求解具有规则边界的简单问题。对于不规则形状或者任意形状边界则需要比较高的数学技巧，甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来，随着电子计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法发展起来，并得到广泛地应用，相对于经典电磁理论而言，数值方法受边界形状的约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点，一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决，常需要将多种方法结合起来，互相取长补短，因此混和方法日益受到人们的重视。 2 电磁场数值方法的分类 电磁学问题的数值求解方法可分为时域和频域2大类。频域技术主要有矩量法、有限差分方法等，频域技术发展得比较早，也比较成熟。时域法主要有时域差分技术。时域法的引入是基于计算效率的考虑，某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时，频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算，然后做傅里叶反变换才能求得解答，计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化，采用时域法更加直接。另外还有一些高频方法，如GTD，UTD和射线理论。 从求解方程的形式看，可以分为积分方程法（IE）和微分方程法（DE）。IE和DE相比，有如下特点：IE法的求解区域维数比DE法少一维，误差限于求解区域的边界，故精度高；IE法适合求无限域问题，DE法此时会遇到网格截断问题；IE法产生的矩阵是满的，阶数小，DE法所产生的是稀疏矩阵，但阶数大；IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题，DE 法可直接用于这类问题〔1〕。 3 几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出，在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前，作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法，有限元法已非常著名。
1.麦克斯韦的电磁场理论 (1)变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场. (2)随时间均匀变化的磁场产生稳定电场.随时间不均匀变化的磁场产生变化的电场.随时间均匀变化的电场产生稳定磁场，随时间不均匀变化的电场产生变化的磁场. (3)变化的电场和变化的磁场总是相互关系着，形成一个不可分割的统一体，这就是电磁场. 2.电磁波 (1)周期性变化的电场和磁场总是互相转化，互相激励，交替产生，由发生区域向周围空间传播，形成电磁波. (2)电磁波是横波(3)电磁波可以在真空中传播，电磁波从一种介质进入另一介质，频率不变、波速和波长均发生变化，电磁波传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v=λf，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速c=3.00×10 8 m/s. 下面为大家介绍的是2012年高考物理知识点总结电磁感应，希望对大家会有所帮助。 1. 电磁感应现象:利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流. (1)产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化，即ΔΦ≠0.(2)产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线路中就有感应电动势.产生感应电动势的那部分导体相当于电源. (2)电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流，回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流. 2.磁通量(1)定义:磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量，定义式:Φ=BS.如果面积S与B不垂直，应以B乘以在垂直于磁场方向上的投影面积S′，即Φ=BS′，国际单位:Wb 求磁通量时应该是穿过某一面积的磁感线的净条数.任何一个面都有正、反两个面;磁感线从面的正方向穿入时，穿过该面的磁通量为正.反之，磁通量为负.所求磁通量为正、反两面穿入的磁感线的代数和. 3. 楞次定律 (1)楞次定律:感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.楞次定律适用于一般情况的感应电流方向的判定，而右手定则只适用于导线切割磁感线运动的情况，此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简便. (2)对楞次定律的理解
高等电磁场理论 教学目的：光学、电子科学与技术和信息与通讯工程等专业研究生的理论基础课。内容提要： 第一章电磁场理论基本方程 第一节麦克斯韦方程 第二节物质的电磁特性 第三节边界条件与辐射条件 第四节波动方程 第五节辅助位函数极其方程 第六节赫兹矢量 第七节电磁能量和能流 第二章基本原理和定理 第一节亥姆霍兹定理 第二节唯一性定理 第三节镜像原理 第四节等效原理 第五节感应原理 第六节巴比涅原理 第七节互易原理 第三章基本波函数 第一节标量波函数 第二节平面波、柱面波和球面波用标量基本波函数展开 第三节理想导电圆柱对平面波的散射 第四节理想导电圆柱对柱面波的散射 第五节理想导电劈对柱面波的散射 第六节理想导电圆筒上的孔隙辐射 第七节理想导电圆球对平面波的散射 第八节理想导电圆球对柱面波的散射 第九节分层介质中的波 第十节矢量波函数
第四章波动方程的积分解 第一节非齐次标量亥姆霍兹方程的积分解第二节非齐次矢量亥姆霍兹方程的积分解第三节辐射场与辐射矢量 第四节口径辐射场 第五节电场与磁场积分方程 第五章格林函数 第一节标量格林函数 第二节用镜像法标量格林函数 第三节标量格林函数的本征函数展开法 第四节标量格林函数的傅里叶变换解法 第五节并矢与并矢函数 第六节自由空间的并矢格林函数 第七节有界空间的并矢格林函数 第八节用镜像法建立半空间的并矢格林函数第九节并矢格林函数的本征函数展开 第六章导行电磁波 第一节规则波导中的场和参量 第二节模式的正交性 第三节规则波导中的能量和功率 第四节常用规则波导举例 第五节规则波导的一般分析 第六节波导的损耗 第七节波导的激励 第八节纵截面电模和磁模 第九节部分介质填充的矩形波导 第十节微带传输线 第十一节耦合微带线 第十二节介质波导 第十三节波导和微带不连续性的近似分析第十四节其它微波毫米波传输线简介
第十二章 电磁感应和麦克斯韦电磁理论 12-1将一条形磁铁插入一闭合线圈，线圈中将产生感应电动势。问在磁铁与线圈相对位置相同的情况下，迅速插入和缓慢插入线圈中所产生的感应电动势是否相同感应电流是否相同因电磁感应所产生的总电量是否相同 答：迅速插入在线圈中产生的感应电动势大，缓慢插入线圈中产生的感应电动势小。感应电流也不相同（因 为I= R ε ），但电磁感应所产生的总电量是相同的。 （因为11 d q Idt dt dt R R dt R εΦ===-=-?Φ???，?Φ相同，所以q 相同） 12-2一闭合圆形线圈在匀强磁场中运动，在下列情况下是否会产生感应电流为什么 (1)线圈沿磁场方向平移； (2)线圈沿垂直于磁场方向平移； (3)线圈以自身的直径为轴转动，轴与磁场方向平行；(4)线圈以自身的直径为轴转动，轴与磁场方向垂直。 解：由d dt εΦ=- 1d I R R dt εΦ==- （1）因为0d dt Φ =，所以没有电流产生 （2）0d dt Φ= 也没有电流产生 （3） 0Φ= 0d dt Φ = 没有电流产生 （4）0d dt Φ≠ 若转动的角速度为，则2sin d R dt πωθΦ=（θ为线圈平台与之间的夹角） 12-3在一环状铁芯上绕有两组线圈1和2，如题图所示，这样就构成了一个变压器。当在线圈1中所通电流I 增大或减小时，在线圈2中都要感应电动势。判断在这两种情况下，线圈2中的感应电流的方向。 答：（1）当I 增大，?Φ增大，由楞次定律，I 产生的磁场应阻碍变化， 所以I 感的方向如图所示（从B 端流出） （2）当I 减小时，?Φ减小，由楞次定律产生的磁场应阻碍变化 所以I 感的方向从A 端流出。 （3） （4） A B
电磁场理论发展史 ——著名实验和相关科学家 纲要： 一、定性研究 1、吉尔伯特的研究 2、富兰克林 二、定量研究 1、反平方定律的提出 2、电流磁效应的发现 3、电磁感应定律及楞次定律 4、麦克斯韦方程 5、电磁波的发现 三、小结 一、定性研究 1、吉尔伯特的研究 他发现不仅摩擦过的琥珀有吸引轻小物体的性质，而且一系列其他物体如金刚石、水晶、硫磺、明矾等也有这种性质，他把这种性质称为电性，他是第一个用“电力”、“电吸引”、“磁极”等术语的人。吉尔伯特把电现象和磁现象进行比较，发现它们具有以下几个截然不同的性质： 1.磁性是磁体本身具有的，而电性是需要用摩擦的方法产生； 2.磁性有两种——吸引和排斥，而电性仅仅有吸引（吉尔伯特不知道有排斥）； 3.磁石只对可以磁化的物质才有力的作用，而带电体可以吸引任何轻小物体； 4.磁体之间的作用不受中间的纸片、亚麻布等物体的影响，而带电体之间的作用要受到中间这些物质的影响。当带电体浸在水中，电力的作用可以消失，而磁体的磁力在水中不会消失； 5.磁力是一种定向力，而电力是一种移动力。
2、富兰克林的研究 富兰克林（公元1706一1790）原来是费城的印刷商，他通过书本和科学上的来往获得了丰富知识，他利用莱顿瓶做出的第一项重要工作，是根据莱顿瓶内外两种电荷的相消性，在杜菲的“玻璃电”和“树脂电”的基础上提出正电和负电的概念。 富兰克林所做的第二项重要工作是统一了天电和地电。 二、定量研究 1、反平方定律的提出 1750年前后，彼得堡科学院院士埃皮努斯在实验中发现；当发生相互作用的电荷之间的距离缩短时，两者之间的吸引力和排斥力便增加。1766年富兰克林写信给他在德国的一位朋友普利斯特利（公元1733一1804），介绍了他在实验中发现在金属杯中的软木球完全不受金属杯电性的影响的现象。他请普利斯特利给予验证。 英国科学家卡文迪许在1772年做了一个电学实验，他用一个金属球壳使之带电，发现电荷全部分布在球壳的外表面，球腔中任何一点都没有电的作用。 法国物理学家库仑（公元1736—1806），起先致力于扭转和摩擦方面的研究。由于发表了有关扭力的论文，于1781年当选为国家科学院院士。他从事研究毛发和金属丝的扭转弹性。1784年法国科学院发出船用罗盘最优结构的悬奖征文，库仑转而研究电力和磁力问题。 1785年库仑自制了一台精巧的扭秤，作了电的斥力实验，建立了著名的库仑定律：两电荷之间的作用力与其距离的平方成反比，和两者所带电量的乘积成正比。 公式：F=k*(q1*q2)/r^2 2、电流磁效应的发现 丹麦物理学家奥斯特（公元1777—1851）首次发现电流磁效应，揭开了电和磁两种现象的内在联系，从此开始了电磁学的真正研究。 1820年4月在一次关于电和磁的讲课快结束时，他抱着试试看的心情做了实验，在一根根细的铂丝导线的下面放一个用玻璃罩罩着的小磁针，用伽伐尼电池将铂丝通电，他发现磁针偏转，这现象虽然未引起听讲人的注意，却使他非常激
经典电磁理论的建立 在古代，人们对静电和静磁现象已分别有一些认识，但从这门学科的发展来看，直到十八世纪末十九世纪初，电和磁之间的联系才被揭露出来，并逐步发展成为一门新的学科——电磁学。电磁学的发展之所以比较晚，主要是由于电磁学的研究需要借助于更为精密的仪器和更精确的实验方法，而这些条件只有生产发展到一定水平之后才能具备。 首先对于电和磁现象进行系统地实验研究的是英国的威廉·吉尔伯特。他通过一系列的实验认识到电力和磁力是性质不同的两种力。例如，磁力只对天然磁石起作用，而电力能作用于许多材料。他第一个将琥珀与毛皮摩擦后吸引轻小物体的性质叫做“电”。吉尔伯特这种关于电和磁在本质上不同的观点，给后来的电磁学的发展留下了深刻的影响，直至十九世纪初，许多科学家都把这两种现象看作是毫无联系的。吉尔伯特之后的整个十七世纪，对电和磁的研究进展不大。 到了十八世纪四十年代，起电装置的改善和大气现象的研究，引起了物理学家的极大兴趣。1745年荷兰莱顿大学的马森布罗克(1692～1761)和德国的克莱斯德(1700～1748)各自发明了“蓄电”的最早器具——莱顿瓶。1752年7月，美国的富兰克林进行了一次震动世界的吸取天电的风筝实验，从而使人们认识到天空的闪电和地面上的莱顿瓶放电现象是一致的。富兰克林还提出了电荷守恒的思想和电的“单流质”说，他认为一个物体所带的电流质是一个常量，如果流质在一个物体比常量多，就带负电，比常量少就带正电。他在风筝实验的基础上，发明了“避雷针”。由于他在电学方面做出了杰出贡献，而被誉为近代电学的奠基人。 我们知道，牛顿在发现万有引力的过程中，曾用数学方法证明过，如果引力随着引力中心距离的平方反比减少，一个均匀球壳对其内部的物体就没有引力的作用。1775年，富兰克林发现将一小块软木块悬于带电的金属罐内并不受到电力的作用。他的朋友普里斯特列(1733～1804)根据这个实验和牛顿对万有引力定律的数学证明推想电的作用力也遵守平方反比定律。1771年，英国物理学家卡文迪许也用类似的实验和推理的方法对电力相互作用的规律进行了研究，他从实验得到电力与距离的n 比定 律。库仑定律的发现为静电学奠定了理论基础。通过西蒙·泊松(1781～1840)、高斯(1777～1855)和乔治·格林(1793～1841)等人的工作，确定了处理静电场和静磁场的数学方法。 十八世纪末，1780年意大利的医生和动物学教授伽伐尼(1737～1798)在解剖青蛙时，发现了电流，这是电学发展史上的一个转折点。在伽伐尼发现的基础上，伏打于1800年制成伏打“电堆”，得到了比较强的电流，从而使人的认识由静电进入动电，由瞬时电流发展到恒定电流，为进一步研究电流运动的规律和电运动与其他运动形式的联系和转化创造了条件。
第十三章 电磁场理论的基本概念 历史背景：十九世纪以来，在当时社会生产力发展的推动下，电磁学得到了迅速的发展： 1． 零星的电磁学规律相继问世（经验定律） 2． 理论的发展，促进了社会生产力的发展，特别是电工和通讯技术的发展→提出了建立理论的要求，提 供了必要的物质基础。 3． ＊（Maxwell,1931~1879）麦克斯韦:数学神童，十岁进入爱丁堡科学院的学校，十四岁获科学院的数 学奖； 1854，毕业于剑桥大学。以后，根据开尔文的建议，开始研究电学,研究法拉第的力线； 1855，“论法拉第的力线”问世，引入δ =???H H ，同年，父逝，据说研究中断； 1856，阿贝丁拉马利亚学院的自然哲学讲座教授，三年； 1860，与法拉第见面； 1861－1862，《论物理力线》分四部分发表；提出涡旋电场与位移电流的假设。 1864，《电磁场的动力理论》向英国皇家协会宣读； 1865，上述论文发表在《哲学杂志》上； 1873，公开出版《电磁学理论》一书，达到顶峰。这是一部几乎包括了库仑以来的全部关于电磁研究信息的经典著作；在数学上证明了方程组解的唯一性定理，从而证明了方程组内在的完备性。 1879，去世，48岁。（同年爱因斯坦诞生） ＊ 法拉第－麦克斯韦电磁场理论，在物理学界只能被逐步接受。它的崭新的思想与数学形式，甚至象赫姆霍兹和波尔兹曼这样有异常才能的人，为了理解消化它也花了几年的时间。 §13－1 位移电流 一． 问题的提出 1. 如图，合上K ， 对传I l d H :S =?? 1 对传I l d H :S =?? 2 2. 如图，合上K ，对C 充电： 对传I l d H :S =?? 1 对02=??l d H :S 3. M axwell 的看法：只要有电动力作用在导体上，它就产生一个电流，……作用在电介质上的电动力，使它的组成部分产生一种极化状态，有如铁的颗粒在磁力影响下的极性分布一样。……在一个受到感应的电介质中，我们可以想象，每个分子中的电发生移动，使得一端为正，另一端为负，但是依然和分子束缚在一起，并没有从一个分子到另一个分子上去。这种作用对整个电介质的影响是在一定方向上引起的总的位移。……当电位移不断变化时，就会形成一种电流，其沿正方向还是负方向，由电位移的增大或减小而定。”这就是麦克斯韦定义的位移电流的概念。
麦克斯韦电磁场理论和电磁波 电磁学电子教案第八章麦克斯韦磁场理论和电磁波 三、麦克斯韦方程组 一、电磁波的产生、传播 三、电磁波的性质 五、电磁波谱 一、电磁场具有能量 二、.电磁场理论的基本概念二、电磁波的辐射四、光的电磁理论二、次开发1 电磁学电子教案第八章麦克斯韦磁场理论和电磁波 电磁场的基本理论是麦克斯韦方程组。这是他在前人实践和理论的基础上对整个电磁现象作系统研究，特别对库仑、安培、法拉第等电磁学说加以总结、发展，提出了“涡旋”电场和“位移电流”的假说。在1865 年他预言了电磁波的存在，并计算出其传播速度等于光速，提出了光的统一电磁场理论。 麦克斯韦的电磁场理论把电、磁、光三个领域综合到一起，具有划时代意义，爱因斯坦评价麦克斯韦的工作，他说“这是自牛顿以来，物理学上经历的最深刻和最有成果的一次变革。” §1 麦克斯韦电磁理论 一. 位移电流 位移电流的假说，是麦克斯韦对电磁理论所作重大贡献的核心，问题
是由含有电容的交变电路引出。 我们知道，稳恒电流磁场的安培环路定理具有如下形势： H?dl????LS???0?dS??Io ? 图中S1、S2是一曲线L为边线的两个曲面，在稳恒电路中，穿过S1，S2的电流I0相同。 但是在含有C的交流电路中，将安培环路定理应用于闭合曲线L上。 对于S1面：H?dl?i L?? 而对于S2面：H?dl?0 L?? 矛盾的焦点：在非稳恒情况下，H得环流应是怎样的表达式? 麦克斯韦提出应满足下式：? ?D?dS H?dl???(?0?LS?t???? 其中S是以L为边线的任意曲面 ?D???D——位移电流密度（矢量）?t 2 ? 电磁学电子教案第八章麦克斯韦磁场理论和电磁波 ?D? ???dS?ID——位移电流（标量）?t ??D ??(?0?)?dS ——全电流S?t??? 即I?I0?ID 比较H?dl????LS ?????0?dS??Io ????D?dS?I0?ID * H?dl???(?0?LS?t *式满足非稳恒，也满足稳恒，反映了新的物理规律——位移电流与
麦克斯韦电磁场理论的建立及意义 班级：物理系09本三班姓名：范日耀 摘要：文章通过对法拉第力线思想和W.汤姆孙的类比研究的阐述来引出麦克斯韦的电磁场理论。麦克斯韦经过三个艰难的过程建立了电磁场理论，为壮伟的物理大厦添砖加瓦，做出了巨大贡献。 关键字：法拉第力线思想W.汤姆孙类比研究麦克斯韦电磁场理论 一、引言 二、内容 1、前人的研究 （1）法拉第的力线思想 法拉第从广泛的实验研究中构想出描绘电磁作用的“力线”图像。他认为电荷和磁极周围的空间充满了力线，靠力线（包括电力线和磁力线）将电荷（或磁极）联系在一起。力线就像是从电荷（或磁极）发出、又落到电荷（或磁极）的一根根皮筋一样，具有在长度方向力图收缩，在侧向力图扩张的趋势。他以丰富的想象力阐述电磁作用的本质。 法拉第研究了电介质对电力作用的影响，认识到这一影响表明电力不可能是超距作用，而是通过电介质状态的变化；即使没有电介质，空间也会产生某种变化，布满了力线。后来，法拉第又进一步研究了磁介质，解释了顺磁性和反磁性。电磁感应现象则解释为磁铁周围存在某种“电应力状态”，当导线在其附近运动时，收到应力作用而有电荷做定向运动；回路中产生电动势则是由于穿过回路的磁力线数目发生了变化。 法拉第的力线思想实际上就是场的观念，这是近距理论的核心内容。 （2）W.汤姆孙的类比研究 在法拉第力线思想的激励下，W.汤姆孙对电磁作用的规律也进行过有益的研究。他从法国科学家傅里叶的热传导理论得到启示。傅里叶在1824年发表《热的分析理论》一书，详细的研究了在介质中热流的传播问题，建立了热传导方程。这本书W.汤姆孙对有很深的影响。 1842年，W.汤姆孙发表了第一篇关于热和电的数学论文，题为：《论热在均匀固体中的均匀运动及其与电的数学理论的联系》，他论述了热在均匀固体中的传导和法拉第电应力在均匀介质中传递这两种现象之间的相似性。他指出电的等势面对应于热的等温面，而电荷对应与热源。利用傅里叶的热分析法，他把法拉第的力线思想和拉普拉斯、泊松等人已经建立的完整的静电理论结合在一起，初步形成了电磁作用的统一理论。 1847年，W.汤姆孙进一步研究了电磁现象与弹性现象的相似性，在题为《论电力、磁力和伽伐尼力的力学表征》一文中，以不可压缩流体的流线连续性为基础，论述了电磁现象和流体力学现象的共性。1851年，他给除了磁场的定义，1856年，根据磁致旋光效应提出了磁具有旋转的特性，这样就为进一步借用流体力学中关于涡旋运动的理论，做好了准备。 W.汤姆孙运用类比方法，把法拉第的力线思想转变为定量的表述，为麦克斯韦的工作提供了十分有益的经验。 2、麦克斯韦建立电磁场理论 （1）电磁场理论建立的第一步 麦克斯韦在电磁理论方面的工作可以和牛顿在力学理论方面的工作相媲美。他和牛顿一样，是“站在巨人的肩上”，看得更深更远，作出了伟大的历史综合；他和牛顿一样，其丰硕的成果是一步一步提炼出来的。
电磁学——迈向电磁理论的统一1873年，英国物理学家麦克斯韦的所著的《电磁学》出版，在这部著作中，麦克斯韦全面地总结并发展了19世纪中叶以前，以法拉第和高斯为代表的科学家在电磁领域研究中所取得的成果，他以严格的数学方法形成了在理论上的系统化，从而建立起严密的经典电磁理论体系。 将各种现象统一起来的思考 进入19世纪下半叶，尽管科学技术发展迅速，然而关于电磁学的理论还未能达成我们今天所看到的这样统一的状态。当时的情况正如革命导师恩格斯所描述的那样，“在电学中，只有一堆陈旧的，不可靠的，既没有最后证实也没有最后推翻的实验所凑成的杂乱的东西，只有许多孤立的学者在黑暗中胡乱摸索，从事毫无联系的研究和实验，他们像一群游牧的骑者一样，分散地向未知的领域进攻。……电学还处于这种支离破碎的状态，暂时还不能建立起一种无所不包的理论……”① 的确，尽管像电素和磁素这样一类不可称量的流体的概念已经发生了动摇，但人们还未能像今天这样彻底地从中挣脱出来，在取得显著进步的电化学方面“接触说”和“化学说”的争论也还尚未得出结果，充满片面性的议论仍然横行无忌。遵循牛顿力学的形式，从库仑定律开始，在毕奥和萨伐尔定律等电磁定律中，关于电流或磁极间的相互作用问题，存在着一种超距作用的解释，但对这种超距作用机制的研究却处于空白状态。 在上述背景当中，瞩目于各种自然力的相互作用，法拉第首先考虑在相互作用物体之间的介质当中，使用有物理性质的“力线”将两者连接起来。继承法拉第的这一思想，麦克斯韦在统一把握电磁理论方面迈出了具有决定意义的一大步。尽管所说的统一把握电磁理论的思想，也受到当时认识的一定局限，但它毕竟是向前迈出了一大步。麦克斯韦针对当时电学领域中各种理论之间缺乏相关性的批判，以及同法拉第一样注重用统一性观点看待自然界中诸现象的立场，无疑应当首先引起注意。 展露才华的少年 说来也凑巧，麦克斯韦（James Clerl Maxwell，1831－1879）刚好出生于法拉第发现了电磁感应的那一年，也就是1831年。所不同的是，麦克斯韦的家境要比法拉第优裕得多。麦克斯韦出生于苏格兰的邓弗里希尔庄园，他的父亲属于那里的知识阶层。麦克斯韦的童年教育是在母亲的精心呵护下完成的。从少年时起麦克斯韦就在数学方面表现出杰出的才能。13岁那年他获得了一年一度的数学奖，其后他父亲带他去参加爱丁堡皇家学会的各种学术活动。14岁时麦克斯韦发现了构成椭圆的新的数学方法．次年他的处女作论文提交给爱丁堡皇家学会。16岁的时候，麦克斯韦便进入爱丁堡大学，在该校三年的学习生涯中发展了他的数学技能。后来麦克斯韦又转到剑桥去读书，1854年毕业，以优秀的成绩获得荣誉学位考试第二名。麦克斯韦留校，被选为三一学院研究员，这时他只有24岁。麦克斯韦以后又在苏格兰和伦敦担任教职。他一生最为重要并值得在科学史上特书一笔的职务，是他回到剑桥担任卡文迪许实验室第一位主任教授。 从法拉第的研究出发 麦克斯韦的研究工作最初是流体力学和颜色理论，在气体运动论方面他的贡献也引人注目。关于电磁学的研究，他在开尔文勋爵的指导下，先从阅读法拉第的《电的实验研究》开始。法拉第的论文中未包含任何数学公式，而麦克斯韦首先着眼于寻求其中数学方法的研究。由于这个原因，从1855年12月开始的电磁学研究工作，麦克斯韦发表的最早的电磁学论文
电磁场理论发展历史及其在现代科技中的应用 摘要：电磁场理论在现代科技中有着广泛的应用。现代电子技术如通讯、广播、导航、雷达、遥感、测控、嗲面子对抗、电子仪器和测量系统，都离不开电磁场的发射，控制、传播和接收；从工业自动化到地质勘测，从电力、交通等工业农业到医疗卫生等国民经济领域，几乎全都涉及到电磁场理论的应用。不仅如此，电磁学一直是，将来仍是新兴科学的孕育点。在本文中主要介绍电磁场理论发现和发展的历史以及在现代科技中的也应用。 关键词：电磁学电磁场理论现代科技 对电磁场现象的研究是从十六世纪下半叶英国伊莉莎白女王的试医官吉尔伯特开始，然而他的研究方法很原始，基本上是定性地对现象的总结。对电磁场的近代研究是从十八世纪的卡文迪许、库伦开始，他们开创了用测量仪器对电磁场现象做定量的规律，引起了电磁场从定性到定量的飞跃。 库仑定律的建立基于英国科学家卡文迪许在1772年做的一个一个电学实验，他用一个金属球壳使之带电，发现电荷全部分布在球壳的外表面，球腔中任何一点都没有电的作用。库伦定律揭示了电荷间的静电作用力与它们之间的距离平方成反比。安培在假设了两个电流元之间的相互作用力沿着它们的连线之间的作用力正比于它们的长度和电流强度，而与它们之间的距离的平方成反比的公式，即提出了著名的安培环路定理。基于这与牛顿万有引力定律十分类似，.泊松、.高斯等人仿照引力理论，对电磁现象也引入了各种场矢量，如电场强度、电通量密度（电位移矢量）、磁场强度、磁通密度等，并将这些量表示为空间坐标的函数。但是当时对这些量仅是为了描述方便而提出的数学手段，实际上认为电荷之间或电流之间的物理作用是超距作用。 直到M.法拉第,他认为场是真实的物理存在,电力或磁力是经过场中的力线逐步传递的，最终才作用到电荷或电流上。他在1831年发现了著名的电磁感应定律，并用磁力线的模型对定律成功地进行了阐述，但是电磁感应定律的确认是在1851年，这一过程花了20年。1846年,M.法拉第还提出了光波是力线振动的设想，为以后麦克斯韦从数学上建立电磁场理论奠定了基础。.麦克斯韦继承并发展了法拉第的这些思想，仿照流体力学中的方法，采用严格的数学形式,将电
电磁场理论发展史 引言 载法拉弟发现电磁感应现象的那一年，英国诞生了一位伟大的科学家——麦克斯韦，他因创立电磁场理论而成为十九世纪最伟大的物理学家．麦克斯韦创立电磁场理论系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。 一、历史的前奏 在麦克斯韦以前，解释电磁相互作用有两种相互对立的观点．一种是超距作用学说．即在研究两个电荷之间相互作用力时，忽略中介空间的作用，电荷会超越空间距离而互相作用，库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说来解释电磁相互作用的．这种学说当时拥有数学基础．另一种是媒递作用学说．认为空间有一种能传递电力的媒质（称作以太）存在，电荷间通过媒质互相作用．法拉弟通过实验揭露了空间媒质的重要作用，他认为在空间媒质中充满了电力线，即通过场来传递，但媒递作用学说还没有数学基础，不易被人接受．也使其发展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的发展．他中学时曾在数学和诗歌比赛中获第一名，这显示了他的数学才华与丰富的想象力方面的潜力．他年轻时曾读过法拉弟的《电学实验研究》，对法拉弟的物理思想（如电力线和场的思想）十分推崇，同时也发现了它的弱点．麦克斯韦对电磁相互作用的超距观点早就表示“不能接受即时传播的思想”，在法拉弟的物理思想影响下，他决心“为法拉弟的场概念提供数学方法的基础”． 二、麦克斯韦创立电磁场理论 麦克斯韦创立电磁场理论可分为三个阶段： 第一阶段，统一已知电磁定律 麦克斯韦于1856年发表了他的第一篇论文《论法拉弟的力线》，在这篇文章中，他试图用数学语言精确地表述法拉弟的力线概念，他采用数学推论与物理类比相结合的方法，以假想流体的力学模型去模拟电磁现象．他说：“借助于这种类比，我试图以一种方便的和易于处理的形式为研究电现象提供必要的数学观念”他的目标是想据此统一已知的电磁学定律．麦克斯韦为达到此目的，他运用了“建立力学模型——引出基本公式——进行数学引伸推导”的解决科学问题的思路和方法． 第一步，建立力学模型 首先运用类比方法，麦克斯韦把电磁现象和力学现象做了类比，认为可以建立一种不可压缩流体的力学模型来模拟电磁现象．这种流体模型为：一是没有惯性，因而也就没有质量；二是不可压缩；三是可以从无产生，又可消失．显然这是一种假设理想流体．麦克斯韦在这篇文章中写道：“我企图把一个在空间画力线的清楚概念摆在一个几何学家的面前，并利用一个流体的流线的概念，说明如何画出这些流线来”“力线的切线方向就是电场力的方向，力线的密度表示电场力的大小”．他企图阐明电力线和电力线所在空间之间的几何关
麦克斯韦方程组与电磁学感悟 通信四班叶萌 1006020425 摘要 麦克斯韦方程组是英国物理学家麦克斯韦在19世纪建立的描述电场与磁场的四个基本方程。方程组的微分形式，通常称为麦克斯韦方程。在麦克斯韦方程组中，电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。 关键词：麦克斯韦电磁场理论电磁波 历史背景与提出过程 1845年，关于电磁现象的三个最基本的实验定律：库仑定律（1785年），安培—毕奥—萨伐尔定律（1820年），法拉第定律（1831-1845年）已被总结出来，法拉第的“电力线”和“磁力线”概念已发展成“电磁场概念”。 法拉第用直观、形象、自然的语言表述的物理观念发表之后，由于没有严密的数学论证，仅有少数理论物理学家对它表示欢迎，而大多数都认为缺乏理论的严谨性。麦克斯韦非常钦佩法拉第的思想，把法拉第天才的观念用清晰准确的数学形式表示出来，使之更具有深刻性和普遍性。 麦克斯韦与法拉第不同，他是一位极优秀的数学家，具有很高的数学天赋，早年的兴趣主要在纯数学方面，他是英国著名数学家霍普金斯(W，H“妙ins)的研究生，在这位数学家的指导下，不到三年就基本上掌握了当时所有先进的数学方法，成为一名有为的青年数学家，并且，麦克斯韦在他的直接影响下，很注重数学的应用，这一点对日后完成电磁场理论无疑是很关键的。 麦克斯韦本着为法拉第观念提供数学方法的思想，认真分析了法拉第的场和力线，同时考察了诺伊曼和所发展起来的超距作用的电磁理论，发现“其假设中所包含着的机制上的困难”决定从“另一方面寻找对事实的解释”。他继承了法拉第的场观念和近距作用J思想，于1855年发表了其电磁学的第一篇重要论文一一《论法拉第的力线》。采用几何观点，类比流体力学理论，对法拉第的场作了精确的数学处理，
电磁场理论 在法拉弟发现电磁感应现象的那一年，英国诞生了一位伟大的科学家--麦克斯韦，他因创立电磁场理论而成为十九世纪最伟大的物理学家．麦克斯韦创立电磁场理论的思路与方法大致如下． 一、历史的前奏 在麦克斯韦以前，解释电磁相互作用有两种相互对立的观点．一种是超距作用学说．即在研究两个电荷之间相互作用力时，忽略中介空间的作用，电荷会超越空间距离而互相作用，库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说来解释电磁相互作用的．这种学说当时拥有数学基础．另一种是媒递作用学说．认为空间有一种能传递电力的媒质（称作以太）存在，电荷间通过媒质互相作用．法拉弟通过实验揭露了空间媒质的重要作用，他认为在空间媒质中充满了电力线，即通过场来传递，但媒递作用学说还没有数学基础，不易被人接受．也使其发展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的发展．他中学时曾在数学和诗歌比赛中获第一名，这显示了他的数学才华与丰富的想象力方面的潜力．他年轻时曾读过法拉弟的《电学实验研究》，对法拉弟的物理思想（如电力线和场的思想）十分推崇，同时也发现了它的弱点．麦克斯韦对电磁相互作用的超距观点早就表示"不能接受即时传播的思想"，在法拉弟的物理思想影响下，他决心"为法拉弟的场概念提供数学方法的基础"． 二、麦克斯韦创立电磁场理论 麦克斯韦创立电磁场理论可分为三个阶段： 第一阶段，统一已知电磁定律 麦克斯韦于1856年发表了他的第一篇论文《论法拉弟的力线》，在这篇文章中，他试图用数学语言精确地表述法拉弟的力线概念，他采用数学推论与物理类比相结合的方法，以假想流体的力学模型去模拟电磁现象．他说："借助于这种类比，我试图以一种方便的和易于处理的形式为研究电现象提供必要的数学观念"他的目标是想据此统一已知的电磁学定律．麦克斯韦为达到此目的，他运用了"建立力学模型--引出基本公式--进行数学引伸推导"的解决科学问题的思路和方法． 第一步，建立力学模型 首先运用类比方法，麦克斯韦把电磁现象和力学现象做了类比，认为可以建立一种不可压缩流体的力学模型来模拟电磁现象．这种流体模型为：一是没有惯性，因而也就没有质量；二是不可压缩；三是可以从无产生，又可消失．显然这是一种假设理想流体．麦克斯韦在这篇文章中写道："我企图把一个在空间画力线的清楚概念摆在一个几何学家的面前，并利用一个流体的流线的概念，说明如何画出这些流线来""力线的切线方向就是电场力的方向，力线的密度表示电场力的大小"．他企图阐明电力线和电力线所在空间之间的几何关系．他还试图通过类比凭借已知的力学公式推导出电磁学公式，寻求这两种不同的现象在数学形式上的类似． 第二步，引出基本公式 早在1842年，W·汤姆逊就曾把拉普拉斯的势函数的二阶微分方程，普遍用于热、电和磁的运动，建立了这三种相似现象的数学联系．1847年，他又在不可压缩流体的流线连续性基础上，论述了电磁现象和流体力学现象的共同性．麦克斯韦正是吸收了W·汤姆逊这种类比方法，把它发展成为研究各种力线的重要工具．例如麦克斯韦把电学中的势等效于流
l、麦克斯韦的理论要点一：变化的磁场产生电场 演示实验 装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光． （1）线圈中产生感应电动势说明了什么？ 麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场（涡旋电场）在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流． （2）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？ 引导学生思考后回答，有电场、无电流． （3）想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？（有） （4）总结说明，麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关． 2、变化的电场产生磁场 我们知道，电流周围存在着磁场，麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和联系．经过反复思考提出一个假设，变化的电场产生磁场． 这一点，我们从哲学上知道，事物之间是相互联系的，可以相互转化． 比如根据麦克斯韦的理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中电流要产生磁场，而且在电容器两极板问周期性变化着的电场周围也要产生磁场． 3、电磁场、电磁波 （l）概念 麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并且由发生的区域向周围空间传播．见课本图19—10，电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波． （2）电磁波的特点 ①是横波：用课本P270图19－10说明
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电磁场理论发展史 引言 载法拉弟发现电磁感应现象的那一年，英国诞生了一位伟大的科学家——麦克斯韦，他因创立电磁场理论而成为十九世纪最伟大的物理学家．麦克斯韦创立电磁场理论系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。 一、历史的前奏 在麦克斯韦以前，解释电磁相互作用有两种相互对立的观点．一种是超距作用学说．即在研究两个电荷之间相互作用力时，忽略中介空间的作用，电荷会超越空间距离而互相作用，库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说来解释电磁相互作用的．这种学说当时拥有数学基础．另一种是媒递作用学说．认为空间有一种能传递电力的媒质（称作以太）存在，电荷间通过媒质互相作用．法拉弟通过实验揭露了空间媒质的重要作用，他认为在空间媒质中充满了电力线，即通过场来传递，但媒递作用学说还没有数学基础，不易被人接受．也使其发展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的发展．他中学时曾在数学和诗歌比赛中获第一名，这显示了他的数学才华与丰富的想象力方面的潜力．他年轻时曾读过法拉弟的《电学实验研究》，对法拉弟的物理思想（如电力线和场的思想）十分推崇，同时也发现了它的弱点．麦克斯韦对电磁相互作用的超距观点早就表示“不能接受即时传播的思想”，在法拉弟的物理思想影响下，他决心“为法拉弟的场概念提供数学方法的基础”． 二、麦克斯韦创立电磁场理论 麦克斯韦创立电磁场理论可分为三个阶段： 第一阶段，统一已知电磁定律 麦克斯韦于1856年发表了他的第一篇论文《论法拉弟的力线》，在这篇文章中，他试图用数学语言精确地表述法拉弟的力线概念，他采用数学推论与物理类比相结合的方法，以假想流体的力学模型去模拟电磁现象．他说：“借助于这种类比，我试图以一种方便的和易于处理的形式为研究电现象提供必要的数学观念”他的目标是想据此统一已知的电磁学定律．麦克斯韦为达到此目的，他运用了“建立力学模型——引出基本公式——进行数学引伸推导”的解决科学问题的思路和方法． 第一步，建立力学模型 首先运用类比方法，麦克斯韦把电磁现象和力学现象做了类比，认为可以建立一种不可压缩流体的力学模型来模拟电磁现象．这种流体模型为：一是没有惯性，因而也就没有质量；二是不可压缩；三是可以从无产生，又可消失．显然这是一种假设理想流体．麦克斯韦在这篇文章中写道：“我企图把一个在空间画力线的清楚概念摆在一个几何学家的面前，并利用一个流体的流线的概念，说明如何画出这些流线来”“力线的切线方向就是电场力的方向，
★麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组（英语：Maxwell's equations），是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。它由四个方程组成：描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。 从麦克斯韦方程组，可以推论出电磁波在真空中以光速传播，并进而做出光是电磁波的猜想。麦克斯韦方程组和洛伦兹力方程是经典电磁学的基础方程。从这些基础方程的相关理论，发展出现代的电力科技与电子科技。 麦克斯韦1865年提出的最初形式的方程组由20个等式和20个变量组成。他在1873年尝试用四元数来表达，但未成功。现在所使用的数学形式是奥利弗·赫维赛德和约西亚·吉布斯于1884年以矢量分析的形式重新表达的。 历史背景 麦克斯韦诞生以前的半个多世纪中，人类对电磁现象的认识取得了很大的进展。1785年，C．A．库仑（Charles A．Coulomb）在扭秤实验结果的基础上，建立了说明两个点电荷之间相互作用力的库仑定律。1820年H．C．奥斯特（Hans Christian Oersted）发现电流能使磁针偏转，从而把电与磁联系起来。其后，A．M．安培（Andre Marie Ampere）研究了电流之间的相互作用力，提出了许多重要概念和安培环路定律。M．法拉第（Michael Faraday）的工作在很多方面有杰出贡献，特别是1831年发表的电磁感应定律，是电机，变压器等设备的重要理论基础。 在麦克斯韦之前，关于电磁现象的学说都以超距作用观念为基础。认为带电体、磁化体或载流导体之间的相互作用，都是可以超越中间媒质而直接进行，并立即完成的。即认为电磁扰动的传播速度是无限大。在那个时期，持不同意见的只有法拉第。他认为上述这些相互作用与中间媒质有关，是通过中间媒质的传递而进行的，即主张间递学说。 麦克斯韦继承了法拉第的观点，参照流体力学的模型，应用严谨的数学形式总结了前人的工作，提出了位移电流的假说，推广了电流的涵义，将电磁场基本定律归结为四个微分方程，这就是著名的麦克斯韦方程组。他对这组方程进行了分析，预见到电磁波的存在，并且断定电磁波的传播速度为有限值（与光速接近），且光也是某种频事的电磁波。上述这些，他都写入了题为《论电与磁》的论文中。1887年H．R．赫兹（Heinrich R．Hertz）用实验方法产生和检测到了电磁波，证实了麦克斯韦的预见。1905～1915年间A．爱因斯坦（Albert Einstein）的相对论进一步论证了时间、空间、质量，能量和运动之间的关系，说明电磁场就是物质的一种形式，间递学说得到了公认。 1845年，关于电磁现象的三个最基本的实验定律：库仑定律（1785年），毕奥-萨伐尔定律（1820年），法拉第定律（1831-1845年）已被总结出来，法拉第的“电力线”和“磁力线”概念已发展成“电磁场概念”。 1855年至1865年，麦克斯韦在全面地审视了库仑定律、毕奥—萨伐尔定律和法拉第定律的基础上，把数学分析方法带进了电磁学的研究领域，由此导致麦克斯韦电磁理论的诞生。 要点分析 麦克斯韦电磁场理论的要点可以归结为： ①几分立的带电体或电流，它们之间的一切电的及磁的作用都是通过它们之间的中间区域传递的，不论中间区域是真空还是实体物质。 ②电能或磁能不仅存在于带电体、磁化体或带电流物体中，其大部分分布在周围的电磁场中。 ③导体构成的电路若有中断处，电路中的传导电流将由电介质中的位移电流补偿贯通，即全电流连续。且位移电流与其所产生的磁场的关系与传导电流的相同。 ④磁通量既无始点又无终点，即不存在磁荷。 ⑤光波也是电磁波。 麦克斯韦方程组有两种表达方式。 1. 积分形式的麦克斯韦方程组是描述电磁场在某一体积或某一面积内的数学模型。表达式为：