麦克斯韦方程组
2025年11月26日
物理 / 普通物理学
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一、位移电流

在原始的安培环路定理中,只考虑了电流产生磁场:

但在电容充放电等情况下,电流的连续性会断开(比如电容板之间没有实际电流通过),这导致了矛盾。例如,如果我们取一个环路穿过电容板之间的空间,按安培定律,环路上应有磁场,但空间中没有实际电流。或者说选取下图中圈1作为安培环路,利用斯托克斯公式,将积分写为面积分形式,发现如果取得曲面是2或者4,则不存在问题,但是若是取曲面3,曲面3并不包括任何电流,导致这一细节问题产生。

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麦克斯韦为了解决这个矛盾,引入了位移电流的概念:

  • 当电场随时间变化时,也会在空间中产生磁场。
  • 位移电流并不是真正的电荷流动,而是电场变化引起的“等效电流”。

位移电流密度定义为:

二、麦克斯韦补充后的安培环路定理

麦克斯韦将安培环路定理扩展为:

其中,是穿过环路所围面积的电场通量:

更一般地,在积分形式下,麦克斯韦方程组的最后一个方程(安培-麦克斯韦定律)为:

  • 第一项是传导电流,即实际电荷流动。
  • 第二项是位移电流,即电场变化产生的等效电流。

三、麦克斯韦方程组积分形式

四个方程积分如下,积分形式可以通过高斯定理和斯托克斯定理转化为微分形式:

1、电场高斯定律

转化为

2、磁场高斯定律

转化为

3、法拉第定律

转化为

4、麦克斯韦补充后的安培环路定理

转化为

5、麦克斯韦方程组微分形式

为了包含含介质的情况,将上式改写:

  • 这里是电位移矢量,是磁场强度,是自由电流密度。
  • 在真空中,
作者信息:老官童鞋gogo
发表于:2025年11月26日
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