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【最美公式】人类历史上空前绝后的化学学大一统——麦克斯韦等式组

更新时间:2023-10-04 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

假如说要推选人类文明以来最伟大的公式,这么麦克斯韦等式组可以说是毫无疑惑的第一电磁感应的公式,麦克斯韦的公式融合了高斯磁定理、高斯定律、法拉第定理、安培定理,这个多项式组是人类历史上空前绝后的化学学大一统。它被评价为“一般地,宇宙间任何的电磁现象电磁感应的公式,皆可由此等式组解释。”!回答麦克斯韦等式组究竟有几个公式,可以说是考验一名数学研究者是否合格的究级利器。kki物理好资源网(原物理ok网)

虽然像爱因斯坦这样伟大的科学家,都在紧随麦克斯韦的步伐,想要更进一步,旨在于找寻一种统一的理论来解释所有互相作用,从而解释宇宙的一切化学现象。其实他并没有成功,并且构建统一理论的思想却一直吸引着成千上万的化学学家们…而这一切,如同我说的,都是源自麦克斯韦多项式~kki物理好资源网(原物理ok网)

那麦克斯韦多项式组到底是怎样样的呢?我们先来说说麦克斯韦这个人。kki物理好资源网(原物理ok网)

在数学学的殿堂剑桥学院三一大学。这儿诞生了许多在时代中具有重大影响的科学家,其中就包括麦克斯韦。kki物理好资源网(原物理ok网)

麦克斯韦在三一大学期间,他开始即将研究法拉第的《电学的实验研究》,18世纪五十年代,热学的研究主要步入了两个阶段,一是韦伯在牛顿的“超距作用”的传统观念基础下所做的综合二就是法拉第的力线学说。kki物理好资源网(原物理ok网)

可惜法拉第的语文水平不高,都是使用的直观的方式来抒发,而并非严谨的逻辑论证。所以微博的学说大行其道!kki物理好资源网(原物理ok网)

麦克斯韦在勤于研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想以后,深信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供物理方式基础”的心愿,决心把法拉第的天才思想以清晰确切的物理方式表示下来。kki物理好资源网(原物理ok网)

在经过十几年的研究以后,1873年麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁理论》。系统、全面、完美地阐释了电磁场理论。这一理论成为精典数学学的重要支柱之一。他还预言了电磁波的存在,电磁波的存在也即将敲开了现代无线通讯的房门。kki物理好资源网(原物理ok网)

他完善的电磁场理论,将热学、磁学、光学统一上去,是19世纪数学学发展的最光辉的成果,是科学史上最伟大的综合之一。可以说,没有电磁学就没有现代钳工学,也就不可能有现代文明。kki物理好资源网(原物理ok网)

而麦克斯韦为了把电磁场理论由介质推广到空间,假定在空间存在一种动力学以太,它有一定的密度,具有能量和动量:它的动能彰显磁的性质,势能彰显电的性质,它的动量是电磁最基本的量,表示电磁场的运动性质和传力的特点。在1865年,他提出了一共包含20个变量的20个方程式,即知名的麦克斯韦等式组。他在1873年尝试用四元数来抒发,但未成功!kki物理好资源网(原物理ok网)

电磁感应的公式_电磁感应计算_电磁感应公式kki物理好资源网(原物理ok网)

四元数kki物理好资源网(原物理ok网)

在当时,麦克斯韦却的学说却并没有得到承认,正如当年你们把亚里士多德的专著奉为神典永无错漏通常,18世纪的科学家也将牛顿奉为神明。kki物理好资源网(原物理ok网)

麦克斯韦为了推广自己的电磁学理论,最终积劳成疾,在1789年不幸离世,所以到逝世也没有将自己设想的公式完美地抒发下来。kki物理好资源网(原物理ok网)

直至1884年,奥利弗·赫维赛德和约西亚·吉布斯以矢量剖析的方式重新抒发,才有了如今我们所见到的麦克斯韦等式组!kki物理好资源网(原物理ok网)

奥利弗·赫维赛德也是一个传奇,他由于患有哮喘,眼睛听不清楚,却自学成才,他将麦克斯韦付出由四元数改为矢量,将原先20条等式减到4条微分等式。kki物理好资源网(原物理ok网)

而吉布斯则奠定了物理热力学的基础,他成立了向量剖析并将其引入物理化学之中,更将麦克斯韦等式组引入数学光学的研究。这两个人合理建立了我们现今所见到的麦克斯韦抒发方式!kki物理好资源网(原物理ok网)

麦克斯韦等式组,确切地勾勒出电磁场的特点及其互相作用的关系。这样他就把混乱纷纭的现象归纳成为一种统一完整的学说。麦克斯韦多项式在理论和应用科学上都早已广泛应用一个世纪,可以说麦克斯韦等式组建立了现代文明的基石。kki物理好资源网(原物理ok网)

麦克斯韦通常主要有积分方式和微分方式,其中等式组中H为磁场硬度,D为电通量密度,E为电场硬度,B为磁路密度。J为电压密度,,ρ为电荷密度。在采用其他单位制时,等式中有些项将出现一常数因子,如光速c等。kki物理好资源网(原物理ok网)

积分方式的麦克斯韦等式组是描述电磁场在某一体积或某一面积内的物理模型,其中第一个公式式是由安培支路定理推广而得的全电压定理,第二个公式是法拉第电磁感应定理的表达式,第三个公式是表示铁损连续性原理,最后一个公式是高斯定理的表达式。kki物理好资源网(原物理ok网)

麦克斯韦等式组的积分方式既描述了电场的性质,也描述了磁场的性质,也描述了变化的磁场迸发电场的规律,更描述了传导电压和变化的电场迸发磁场的规律。kki物理好资源网(原物理ok网)

它反映了空间某区域的电磁场量(D、E、B、H)和场源(电荷q、电流I)之间的关系。在电磁场的实际应用中,常常要晓得空间逐点的电磁场量和电荷、电流之间的关系。而微分方式就是麦克斯韦等式组积分方式在物理方式下的转化!kki物理好资源网(原物理ok网)

这就是说,实际上麦克斯韦的工作早已冲破精典数学学和精典物理的框架,只是因为当时的历史条件,人们一直只能从牛顿的精典物理和热学的框架去理解电磁场理论,这也是为何当时你们并不了解麦克斯韦电磁学理论的诱因。kki物理好资源网(原物理ok网)

直至赫兹经过反复实验,发明了一种电波环,用这些电波环作了一系列的实验,总算在1888年发觉了人们怀疑和期盼已久的电磁波。kki物理好资源网(原物理ok网)

赫兹的实验公布后,震惊了全世界的科学界,由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论,至此才取得了决定性的胜利。kki物理好资源网(原物理ok网)

赫兹实验装置kki物理好资源网(原物理ok网)

化学学历史上觉得牛顿的精典热学打开了机械时代的房门,而麦克斯韦电磁学理论则为电气时代走向现代文明奠定了基石,其中麦克斯韦电磁学理论的核心就是麦克斯韦多项式。kki物理好资源网(原物理ok网)

随着化学学的不断发展,你们也更加地认识到这个等式组的伟大,在这个等式组中延展下来的“场”概念,使当时许多化学学家得以从牛顿“超距观念”的禁锢中甩掉下来,普遍地接受了电磁作用和引力作用都是“近距作用”的思想。爱因斯狭义相对论的完善,基于麦克斯韦的电磁场理论(依据光速不变性和真空中麦克斯韦多项式)。kki物理好资源网(原物理ok网)

1879年是麦克斯韦去世的一年,又是爱因斯坦诞生的一年。这真的是一个有趣的巧合。kki物理好资源网(原物理ok网)

它所阐明出的电磁互相作用的完美统一,为化学学家树立了这样一种信念:物质的各类互相作用在更高层次上应当是统一的。kki物理好资源网(原物理ok网)

这也是为何自量子热学和相对论诞生以来的100多年,无数科学家想把两者融为一体。kki物理好资源网(原物理ok网)

这也是为何你们都觉得麦克斯韦多项式组是世界上最完美的公式的诱因。kki物理好资源网(原物理ok网)

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