麦克斯韦电磁.doc

???　?§1.3麦克斯韦电磁场理论的基本框架 1.???? 法拉第电磁感应定律与麦克斯韦对电磁理论的发展???? 法拉第1831年发现的电磁感应定律初步揭示了电与磁的内在联系。麦克斯韦则在高斯定理、安培环路定理及法拉第电磁感应定律的基础上，建立了电磁场理论的宏伟大厦，大厦的基础就是优美的麦克斯韦方程。可以毫不夸张地说，法拉第的发现和麦克斯韦的贡献都是人类科学进程的里程碑，具有划时代的意义。法拉第使人类走进了电气化时代，麦克斯韦则给人类带来了通讯和信息技术的革命。他们不仅在科学研究上承前启后，而且还有过划时代的会见与合作。下面一段文章对此作了生动的写照。???? 法拉第、麦克斯韦与电磁理论（阅读资料1）???? ??　韦伯穿过一个又一个欧姆，把回音带给我──“我是你忠实而又真诚的法拉，充电到一个伏特，表示对你的爱。”????????????????????──麦克斯韦 ????法拉第通过实验发现了电磁感应现象，并从直观的猜想提出了磁力线、场的假设，但是他一时无法用实验去证实，便将这个预言于1832年3月存入皇家学院地下室的文件柜里，专等知音者上门。他等了整整二十三年，也未见有一人上门，没听到一句能理解他的知心话。相反，有不少人，包括当时一些著名的物理学家，经常讽刺挖苦他。他只有靠发奋工作来消除这些烦恼。他在工作很疲倦的时侯，便靠在椅子上闭目养神，有时不由自主地想起了开普勒在发现三定律后说的那段话： ???反正我是发现了，也许要到一百年以后才会有人理解看来此生不会有人同我分享发现的欢乐，我只能忍受这种发现的孤独了。 ????一天，他正唉声叹气地翻着每天收到的一大摞学报、杂志，忽然眼前一亮，一篇论文的题目豁然映入眼帘：《论法拉第的力线》。他犹若饿汉拣着一块甜面包一样，一口气将那些文字连标点一起扫了个精光。这的确是一篇好论文，是专门阐述他的发现和他的思想的，而且妙就妙在文章将法拉第充满力线的场比做一种流体场，这就可以借助流体力学的成果来做解释；又把力线概括为一个矢量微分方程，可借助数学方法来描述。???? 法拉第从小失学，未受过正规???校的训练，最缺的就是数学，现在突然有人从数学角度来为他帮忙，真是如虎添翼。他忙看作者是谁，却是一个陌生的名字：詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。从此，他就到处打听这个作者。就如这篇文章的突然出现一样，作者也突然的无影无踪了。 ????就在法拉第盼望着与麦克斯韦见面，却又无从找寻之时，通往苏格兰古都爱丁堡的大路上正匆匆走着一个小伙子。这人正是麦克斯韦（1831年～1879年）。他本是在伦敦剑桥大学毕业后留校工作的，但是前几天突然接到家里来信，说父亲病重，便放下手头的工作赶回老家来了。 ????麦克斯韦生于1831年11月13日。正好是法拉第发现电磁感应那一天后的第三十三天。好像上帝将他送到人间就是专门准备来接替法拉第似的。麦克斯韦九岁那年母亲因肺病去世，于是他从小与父亲相依为命。他父亲是一位极聪明而又不愿受传统束缚的工程师。一次，他在桌上摆了一瓶花教儿子画写生。不想画完后交来的却是满纸的几何图形：花朵是些大大小小的圆圈，叶子是些三角形，花瓶是个大梯形。父亲摸着儿子稚气的脸蛋说：“看来你是个数学天才，将来在这方面必有所成。”于是便开始教他几何、代数。麦克斯韦也真是个神童，在中学举办的一次数学、诗歌比赛中，他一个人竟囊括了两项头等奖；十五岁那年，他中学还未毕业就写了一篇讨论二次曲线的论文，居然在《爱丁堡皇家学会学报》上发表。麦克斯韦十六岁便考进爱丁堡大学。一次上课，他突然举手站起来，说老师在黑板上推导的一个方程有错误。这位讲师也赌气似地说：“要是你对，我就叫他‘麦氏公式’！”不想这位老师下课以后仔细一算,果然是学生算对了。 ????1850年，父亲又把他送到剑桥大学学习。1854年，他以数学优等第二名的成绩毕业，毕业后即对电磁学产生了浓厚的兴趣。第二年就发表了《论法拉第的力线》。正当他才华初露要在新领域大显身手时，忽然接到家信，便急急赶了回去。 ????麦克斯韦一进家门，看见父亲形容枯槁，卧床不起，便想到自己幼年失母，父亲拉扯自己的艰辛，不觉抱头痛哭。他终日侍药床前，百般温顺。为了就近照顾父亲，他又写信给剑桥大学辞去职务，准备在离家不远的阿伯丁港的马锐斯凯尔学院任教。第二年，父亲溘然长逝。他就到马锐欺凯尔学院上任，主持一个“自然哲学”的讲座。???? 冬去春来，转眼到了1860年。麦克斯韦来这里已经四个年头，他关于土星光环、气体力学的研究虽已取得重要成果，却无暇顾及他时刻挂念的电磁学。这时又赶上马锐斯凯尔学院和另一家学院合并，他主持的讲座也被取消，新的饭碗不知道在哪里。可这时，他的母校爱丁堡大学正要招一名自然哲学讲座的教授，他连忙报名。同考的有三人，论学问和名声，他自然稳被录取。不想在口试的时候，他面对台前母校