老張談電機NO.2:麥克斯韋方程組

2020-12-04 老張談電機

因為電機作為實現能量轉換的裝置,絕大部分也是以電磁能量轉換為基礎而實現各種功能,所以今天老張就帶大家來看看電磁場基本理論中核心的麥克斯韋方程組

首先,為什麼麥克斯韋方程組那麼重要?

1864年,麥克斯韋全面總結了電生磁磁生電的現象,同時將法拉第電磁感應定律的適用範圍推廣到所有的煤質中。其次,引入了唯一電流的概念,將恆穩磁場的安培環路定律修改適用於時變場的全電流定律。最後,麥克斯韋認為靜電場的高斯定理和穩恆磁場的磁通連續性原理推廣到時變場後任然成立。

老張先把麥克斯韋方程組拿出來鎮樓。

大概介紹一下就是第一組為微分形式,第二組為積分形式,第三組為電磁場的輔助方程。簡單點來說,微分形式主要是從一個點來描述的,積分方程是從一個面的磁場分布來描述的。同樣的,可以理解為微分形式是微觀表達式,積分形式是宏觀表達式。最後一組則是靜止,均勻,線性和各項同性媒質的電磁方程,裡面的每個常數大家有興趣可以自己去了解。

麥克斯韋方程組全面地描述了電場和磁場間的相互聯繫電磁場和場源之間的關係以及電磁場與其所處媒質之間的關係

第一方程就是全電流定律,其中H為磁場強度,J為運導電流密度,D為電荷密度,解釋了變化的電場產生磁場

第二方程就是大家熟知的法拉第電磁感應定律,解釋了變化的磁場產生電場

第三方程就是磁通連續性方程,解釋了磁力線一定是閉合的,發出和返回的數量相等

第四方程就是高斯定律,解釋了閉合面上的電力線總和等於該面所包圍的電荷總和,電力線由正電荷發出指向負電荷或無窮遠。

在這裡,老張要畫個重點。麥克斯韋方程組的重要意義在於,它對靜止媒質中宏觀電磁現象的普遍規律做出了高度概括性總結,是電磁場的基本方程。在宏觀電磁場理論中的地位,猶如定律在經典力學中的點位一樣。這也正是,電機的所有分析的理論基礎

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