麦克斯韦方程组

麦克斯韦方程序组，或麦克斯韦-海维赛德方程，是一组耦合的偏微分方程，与洛伦兹力定律一起构成了经典电磁学、经典光学和电路的基础。

这些方程为发电、电动机、无线通信、透镜、雷达等电力、光学和无线电技术提供了数学模型。它们描述了电荷、电流和场的变化如何产生电场和磁场。

这些方程以物理学家和数学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 (James Clerk Maxwell) 的名字命名，他在 1861 年和 1862 年发表了包含洛伦兹力定律的方程的早期形式。

麦克斯韦首先使用方程提出光是一种电磁现象。最常见公式中方程式的现代形式归功于奥利弗·海维赛。

麦克斯韦方程序组可以结合起来演示电磁场（波）的波动如何在真空中以恒定速度传播，c（299792458 米/秒）。 这些波被称为电磁辐射，以各种波长发生，产生从无线电波到伽马射线的辐射光谱。

这些方程式有两个主要变体。 微观方程具有普遍适用性，但对于普通计算来说却很笨拙。 它们将电场和磁场与总电荷和总电流联系起来，包括原子尺度材料中复杂的电荷和电流。

宏观方程定义了两个新的辅助场，它们描述了物质的大规模行为，而无需考虑原子级电荷和自旋等量子现象。然而，它们的使用需要通过实验确定的参数来对材料的电磁响应进行现象学描述。

术语麦克斯韦方程序组通常也用于等效的替代公式。 基于电势和磁势标量的麦克斯韦方程序组版本更适合显式求解方程作为边值问题、分析力学或用于量子力学。

协变公式（在时空上而不是空间和时间上分开）使麦克斯韦方程序组与狭义相对论的相容性得到体现。 弯曲时空的麦克斯韦方程序组，常用于高能和引力物理，与广义相对论兼容。

事实上，阿尔伯特爱因斯坦发展了狭义和广义相对论来适应光速不变，这是麦克斯韦方程序组的结果，其原理是只有相对运动才会产生物理结果。

这些方程式的发表标志着以前单独描述的现象理论的统一：磁、电、光和相关辐射。

自 20 世纪中叶以来，人们了解到麦克斯韦方程序组没有给出电磁的准确描述现象，而是更精确的量子电动力学理论的经典极限。

高斯定律描述了静电场和电荷之间的关系：静电场远离正电荷指向负电荷，电场通过封闭表面的净流出量与封闭的电荷成正比， 包括由于材料极化引起的束缚电荷。 该比例的系数是自由空间的介电常数。

高斯磁性定律指出，电荷没有磁性类似物，称为磁单极子； 没有北极或南磁极是孤立存在的。 相反，材料的磁场归因于偶极子，磁场通过封闭表面的净流出量为零。 磁偶极子可以表示为电流回路或不可分离的相等和相反磁荷对。 准确地说，通过高斯面的总磁通量为零，磁场是螺线管矢量场。

法拉第感应定律的麦克斯韦-法拉第版本描述了时变磁场如何对应于电场的旋度。 在积分形式中，它表示将电荷绕闭合环移动所需的每单位电荷的功等于通过封闭表面的磁通量的变化率。

电磁感应是许多发电机背后的工作原理：例如，旋转的条形磁铁会产生变化的磁场并在附近的电线中产生电场。

最初的安培定律指出，磁场与电流有关。 麦克斯韦补充说，它们还与变化的电场有关，麦克斯韦称之为位移电流。