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专业英语翻译19课

19.2.1麦克斯韦方程组

伟大的苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦第一次将电场和磁场的矢量E和B的产生原因联系在一起，即电荷、电流的变化的场的关系，并且由此提出了麦克斯韦方程组。这些方程是一个经验方程，是由库仑定律、高斯定理、毕奥-萨伐尔定律、安培定律、法拉第电磁感应定理总结出来的。该方程组是建立在安培定律的基础上的，所以不适用于非连续电流，例如那些电容充电或放电过程。麦克斯韦方程组能够概括安培定律关于位移电流的发现。并且麦克斯韦方程组预言了电磁波的存在。

麦克斯韦方程组在经典电磁学中的作用类似于经典力学中的牛顿定律。更重要的是，麦克斯韦的方程具有重要的理论意义。例如，麦克斯韦发现这些方程可以结合产生电场和磁场的矢量E和B波方程。这样的电磁波是由加速电荷引起的，例如，在一个天线中的交流电流的电荷能够产生电磁波。1887年，海因里希·赫兹首先在实验室产生了电磁波。麦克斯韦表明在自由空间的电磁波的速度应该是：

c?1/??00 （19-1）

式中?0为自由空间的介电常数，常出现在库伦定律和高斯定理中，?0为自由空间的磁通率，常出现在毕奥-萨伐尔定律和安培定律中。当测得?0的值和定义了?0的数值后，便可带入式（19-1），求出电磁波的速度大约是3?10，其测量值和光的速度相同。麦斯威尔指出，种巧合是十分令人兴奋的，光本身就是一种电磁波。

8介质中的麦克斯韦方程组：

?D?dS?qSfree?inside （19-2a）

?B?dS?0 （19-2b）

S?B?dS （19-2c） LS?t?DH?dl?(j??L?S?t)?dS （19-2d）

?E?dl???式（19-2a）为高斯定律。本定律描述了电场线起始于正电荷，并终止于一个负电荷。它的实验依据是库仑定律。

式（19-2b）也叫做磁场的高斯定律，指出通过任意闭合曲面的磁场矢量B的磁通量为零。这个方程描述的实验现象是磁场线没有起点也没有终点；即，意味着孤立的磁极是不存在的。

式（19-2c）是法拉第定律。它描述了变化的磁场产生电场，它表明了电场矢量E的磁场矢量B的变化率的关系。

式（1 9-2d）是安培环路定理，包括了麦克斯韦的位移电流。该公式变化的电场将产生磁场。

19.2.2电磁波

图19-1是电磁波的磁场和电场矢量的关系图。其电场和磁场的方向是相互垂直的，两者都是垂直于波的传播方向的。电磁波是横波。矢量E和B的相位和大小关系为：

E?cB （19-3）

其中c?1/方向。

??00是电磁波的速度。通常电磁波的传播方向为E?B的

图19-1

麦克斯韦方程组说明了，电场矢量E和磁场矢量B都服从波动方程：

?2y(x,t)1?2y(x,t)?2 （19-4） ?x2v?t2当我们只考虑没有电荷或电流自由空间时，并且电场和磁场E和B都是时间的函数，采用同一个坐标系。这样的波称为平面波，因为在垂直于x轴的传播方向的任意平面上的场量是恒定的。对于一个平行于x轴的平面波，场在x轴的分量都为0，所以E和B都垂直于x轴方向，并且服从波动方程：

?2E1?2E?2B1?2B?，2?22 (19-5) ?x2c2?x2?xc?x其中c?1/方程。

??00仍是电磁波的速度。式（19-5）分别为E和B的波动

电磁波谱

多种多样的电磁波——光、无线电波、X射线、γ射线、微波和其他的电磁波，唯一不同的只是波长和频率，它们和电磁波的传播速度的关系为f?c/?。那些名字多对应着不同的光谱的波长和频率范围。这些波长和频率范围通常不能很好的表达某些时刻的重复次数。