Chapter38 Maxwell Equations

最重要的一集:麦克斯韦方程组。

对称性原则先放一边,我们讨论下面一个有点意思的东西:

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其实就是一个电流,我们首先知道,对于磁场强度\(\vec{H}\)积分,有:

\(\oint\vec{H}d\vec{l} = i_0 = \iint_{S_2}\vec{j_0}d\vec{A}\)

这是对于\(S_2\)的一个面积分,同理对于\(S_1\),有:

\(- \iint_{S_1}\vec{j_0}d\vec{A} = \iint_{S_2}\vec{j_0}d\vec{A} = i_0\)

那么合二为一:

\(\oiint_S\vec{j_0}d\vec{A} = \iint_{S_1}\vec{j_0}d\vec{A} + \iint_{S_2}\vec{j_0}d\vec{A} = 0\)

由于\(S_1、S_2\)是两个面关联所谓的环,因此二者叠加形成的\(S\)就是一个闭合的面。

这启发我们:以一个封闭的曲面包裹着电流,其面积分为0;

但是这样的结论在给电容器充电时出现了别的情况:

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不论是以(1,2)、(1,4)来论断,其面积分都是0,但是对于(1,3)出现了不同,有进无出,这是"不自然"的。

哦,原来我们忽略了变化的电场。

那么我们自然而然的引入了位移电流\(\vec{I_D}\)

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这是使用我们之前的定义,(1,3)闭合曲面呈现的结果。

那么\(\frac{dq_0}{dt}\)是什么?我们不妨使用之前的电位移矢量的概念。

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那么为了修正它,我们写作:

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哎,这样我们就呈现出了完好的修正形式:

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完善一下定义:

  1. 电位移通量:\(\phi_D = \iint \vec{D}d\vec{A}\)
  2. 位移电流:\(\vec{I_D} = \frac{\partial\phi_D}{\partial t} = \iint \frac{\partial\vec{D}}{\partial t}d\vec{A}\)
  3. 位移电流密度:\(\vec{J_D} = \frac{\partial\vec{D}}{\partial t}\)

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那我们还能做一些推广:在真空电容器中,原本有\(\vec{D} = \epsilon_0 \vec{E} + \vec{P}\)同时\(\vec{H} = \frac{\vec{B}}{\mu_0} - \vec{P}\),由于真空,\(\vec{P} = \vec{M} = 0\),那么:\(\vec{D} = \epsilon_0 \vec{E}\)\(\vec{H} = \frac{\vec{B}}{\mu_0}\),推到得到上述。

我们注意到,变化的电场产生了涡旋磁场。

给出例题:

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总结:

这是对于真空成立麦克斯韦方程组:

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