麦克斯韦电磁场

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1、§1.3麦克斯韦电磁场理论的基本框架1.法拉第电磁感应定律与麦克斯韦对电磁理论的发展法拉第1831年发现的电磁感应定律初步揭示了电与磁的内在联系。麦克斯韦则在高斯定理、安培环路定理及法拉第电磁感应定律的基础上，建立了电磁场理论的宏伟大厦，大厦的基础就是优美的麦克斯韦方程。可以毫不夸张地说，法拉第的发现和麦克斯韦的贡献都是人类科学进程的里程碑，具有划时代的意义。法拉第使人类走进了电气化时代，麦克斯韦则给人类带来了通讯和信息技术的革命。他们不仅在科学研究上承前启后，而且还有过划时代的会见与合作。下面一段文章对此作了生动的写照。法拉第、麦克斯韦与电磁理论（阅读资料1）　韦伯

2、穿过一个又一个欧姆，把回音带给我──“我是你忠实而又真诚的法拉，充电到一个伏特，表示对你的爱。”──麦克斯韦法拉第通过实验发现了电磁感应现象，并从直观的猜想提出了磁力线、场的假设，但是他一时无法用实验去证实，便将这个预言于1832年3月存入皇家学院地下室的文件柜里，专等知音者上门。他等了整整二十三年，也未见有一人上门，没听到一句能理解他的知心话。相反，有不少人，包括当时一些著名的物理学家，经常讽刺挖苦他。他只有靠发奋工作来消除这些烦恼。他在工作很疲倦的时侯，便靠在椅子上闭目养神，有时不由自主地想起了开普勒在发现三定律后说的那段话：反正我是发现了，也许要到一百年以后才会

3、有人理解看来此生不会有人同我分享发现的欢乐，我只能忍受这种发现的孤独了。一天，他正唉声叹气地翻着每天收到的一大摞学报、杂志，忽然眼前一亮，一篇论文的题目豁然映入眼帘：《论法拉第的力线》。他犹若饿汉拣着一块甜面包一样，一口气将那些文字连标点一起扫了个精光。这的确是一篇好论文，是专门阐述他的发现和他的思想的，而且妙就妙在文章将法拉第充满力线的场比做一种流体场，这就可以借助流体力学的成果来做解释；又把力线概括为一个矢量微分方程，可借助数学方法来描述。法拉第从小失学，未受过正规学校的训练，最缺的就是数学，现在突然有人从数学角度来为他帮忙，真是如虎添翼。他忙看作者是谁，却是一个

4、陌生的名字：詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。从此，他就到处打听这个作者。就如这篇文章的突然出现一样，作者也突然的无影无踪了。就在法拉第盼望着与麦克斯韦见面，却又无从找寻之时，通往苏格兰古都爱丁堡的大路上正匆匆走着一个小伙子。这人正是麦克斯韦（1831年～1879年）。他本是在伦敦剑桥大学毕业后留校工作的，但是前几天突然接到家里来信，说父亲病重，便放下手头的工作赶回老家来了。麦克斯韦生于1831年11月13日。正好是法拉第发现电磁感应那一天后的第三十三天。好像上帝将他送到人间就是专门准备来接替法拉第似的。麦克斯韦九岁那年母亲因肺病去世，于是他从小与父亲相依为命。他父亲是一位极

5、聪明而又不愿受传统束缚的工程师。一次，他在桌上摆了一瓶花教儿子画写生。不想画完后交来的却是满纸的几何图形：花朵是些大大小小的圆圈，叶子是些三角形，花瓶是个大梯形。父亲摸着儿子稚气的脸蛋说：“看来你是个数学天才，将来在这方面必有所成。”于是便开始教他几何、代数。麦克斯韦也真是个神童，在中学举办的一次数学、诗歌比赛中，他一个人竟囊括了两项头等奖；十五岁那年，他中学还未毕业就写了一篇讨论二次曲线的论文，居然在《爱丁堡皇家学会学报》上发表。麦克斯韦十六岁便考进爱丁堡大学。一次上课，他突然举手站起来，说老师在黑板上推导的一个方程有错误。这位讲师也赌气似地说：“要是你对，我就叫他

6、‘麦氏公式’！”不想这位老师下课以后仔细一算,果然是学生算对了。1850年，父亲又把他送到剑桥大学学习。1854年，他以数学优等第二名的成绩毕业，毕业后即对电磁学产生了浓厚的兴趣。第二年就发表了《论法拉第的力线》。正当他才华初露要在新领域大显身手时，忽然接到家信，便急急赶了回去。麦克斯韦一进家门，看见父亲形容枯槁，卧床不起，便想到自己幼年失母，父亲拉扯自己的艰辛，不觉抱头痛哭。他终日侍药床前，百般温顺。为了就近照顾父亲，他又写信给剑桥大学辞去职务，准备在离家不远的阿伯丁港的马锐斯凯尔学院任教。第二年，父亲溘然长逝。他就到马锐欺凯尔学院上任，主持一个“自然哲学”的讲座。

7、冬去春来，转眼到了1860年。麦克斯韦来这里已经四个年头，他关于土星光环、气体力学的研究虽已取得重要成果，却无暇顾及他时刻挂念的电磁学。这时又赶上马锐斯凯尔学院和另一家学院合并，他主持的讲座也被取消，新的饭碗不知道在哪里。可这时，他的母校爱丁堡大学正要招一名自然哲学讲座的教授，他连忙报名。同考的有三人，论学问和名声，他自然稳被录取。不想在口试的时候，他面对台前母校里的那些前辈师长，不知不觉又紧张起来，讲述时快时慢，语句断断续续，终因“口头表达能力欠佳”而落选了，他只好带着妻子再次来伦敦投靠皇家学院。但塞翁失马，焉知非福？他没想到正是由于在爱丁堡落选，