麦克斯韦统一了电与磁,从理论上预言了电磁波的存在,电现象和磁现象不再是孤立的,而是做为一个整体为人所研究。电磁波的发现促进了通信事业的极大发展,从2G到5G,wifi5到wifi6我们都应该向麦克斯韦致敬! 麦克斯韦统一了电与磁,爱因斯坦统一了时间与空间。以平面电磁波为例,研究没有电荷电流分布的真空自由空间中的电磁场,满足齐次麦克斯韦方程组: , , , 。根据上式,可以推导出真空中( 和 )的电磁场波动方程,即 , ,其中,光速满足 ,讨论时谐电磁波,波动角频率记为 ,则电磁场的波动可以表述为 , , 代回齐次麦克斯韦方程组可以得到我们熟知的赫姆霍兹方程, 其中 ,对于一维平面波,可以得到 ,或者实数部分 ,对于三维的情形下,麦克斯韦方程组化为 , ,平面波方程化为 , 为沿著电磁波传播方向的波矢,大小即上面提到的那个值。我们考虑条件 ,可以解出 ,即 ,这说明电磁波中的电场波动是横波,同样可以得到 ,即磁场波动也是横波,而且 ,这意味著磁、电、波矢方向两两正交。他们的振幅比我们也可以得到,即 ,这是个定值,同时,这正交的电磁波没有相位差( ,虚数单位没了,可以这样理解吧我觉著)。总结一下平面电磁波:a.电磁波为横波, 和 都和传播方向 垂直;b. 和 互相垂直,且 沿著 的方向;c. 和 同相位,而且振幅比为 。可以粗略的画一下在三维空间中电磁波的振幅关系,如下图,我们可以看到在电场强度减小的时候,磁场强度也减小,vice vesa,但他们的比值为定值,即光速。 平面电磁波的波动图像。 用方程来说吧。麦克斯韦方程告诉你, 电场旋度等于负的磁场对时间的偏导。所以磁场对时间变化对应非零的电场,这两个场都是局域的。你说磁场是否变化? 这个就有点烧脑,首先变化磁场可以看做向量场,而感生电流是自由电子对场环境变化的反应,如果改变自由电子原有的运动状态,就必然伴随能量的转移。因此局部磁场的总量水平必然有波动。但是局部场的能量如何影响到总场强度发生变化这个变化是瞬时还是一定时间一定流向,以及能量媒介或传导媒介是什么样子、什么形式,貌似还没有定论。 磁场是传递能量的媒介,虽然磁场也会由于磁阻产生损耗,但主要还是辅助其他能量转化,如变化的磁场激发电场,如果是机械能量带动磁场变化,那就是机械能转化为电能。 会的,典型的常见设备变压器就是。升压变其实就是磁场能转化成电场能。 怎么会问这样的问题?「变化的磁场产生电能」。这个变化包括增大和减小两个变化。也就是说磁场增大和减小都会产生感生电流。 不一定,要分不同情景进行分析:一、导体匀速切割磁感线,形成稳定电场,但没有连接导线不形成电回路,类似于静电场,不产生电流,磁场强度不会变化。 二、如果电场产生了电流,则会产生一定强度的反向磁场,从而减弱原磁场。 推荐阅读:
麦克斯韦统一了电与磁,从理论上预言了电磁波的存在,电现象和磁现象不再是孤立的,而是做为一个整体为人所研究。电磁波的发现促进了通信事业的极大发展,从2G到5G,wifi5到wifi6我们都应该向麦克斯韦致敬!
以平面电磁波为例,研究没有电荷电流分布的真空自由空间中的电磁场,满足齐次麦克斯韦方程组:
,
。
根据上式,可以推导出真空中( 和 )的电磁场波动方程,即
,
其中,光速满足 ,讨论时谐电磁波,波动角频率记为 ,则电磁场的波动可以表述为
代回齐次麦克斯韦方程组可以得到我们熟知的赫姆霍兹方程,
其中 ,对于一维平面波,可以得到
,或者实数部分 ,
对于三维的情形下,麦克斯韦方程组化为
平面波方程化为
为沿著电磁波传播方向的波矢,大小即上面提到的那个值。我们考虑条件 ,可以解出
即 ,这说明电磁波中的电场波动是横波,同样可以得到 ,即磁场波动也是横波,而且 ,这意味著磁、电、波矢方向两两正交。他们的振幅比我们也可以得到,即 ,这是个定值,同时,这正交的电磁波没有相位差( ,虚数单位没了,可以这样理解吧我觉著)。
总结一下平面电磁波:
a.电磁波为横波, 和 都和传播方向 垂直;
b. 和 互相垂直,且 沿著 的方向;
c. 和 同相位,而且振幅比为 。
可以粗略的画一下在三维空间中电磁波的振幅关系,如下图,我们可以看到在电场强度减小的时候,磁场强度也减小,vice vesa,但他们的比值为定值,即光速。
用方程来说吧。麦克斯韦方程告诉你,
电场旋度等于负的磁场对时间的偏导。
所以磁场对时间变化对应非零的电场,这两个场都是局域的。你说磁场是否变化?
这个就有点烧脑,首先变化磁场可以看做向量场,而感生电流是自由电子对场环境变化的反应,如果改变自由电子原有的运动状态,就必然伴随能量的转移。因此局部磁场的总量水平必然有波动。
但是局部场的能量如何影响到总场强度发生变化这个变化是瞬时还是一定时间一定流向,以及能量媒介或传导媒介是什么样子、什么形式,貌似还没有定论。
磁场是传递能量的媒介,虽然磁场也会由于磁阻产生损耗,但主要还是辅助其他能量转化,
如变化的磁场激发电场,如果是机械能量带动磁场变化,那就是机械能转化为电能。
会的,典型的常见设备变压器就是。升压变其实就是磁场能转化成电场能。
怎么会问这样的问题?「变化的磁场产生电能」。这个变化包括增大和减小两个变化。也就是说磁场增大和减小都会产生感生电流。
不一定,要分不同情景进行分析:
一、导体匀速切割磁感线,形成稳定电场,但没有连接导线不形成电回路,类似于静电场,不产生电流,磁场强度不会变化。
二、如果电场产生了电流,则会产生一定强度的反向磁场,从而减弱原磁场。