關(guān)于電磁場的一些牛人牛律

漢無為 2023-08-20 發(fā)布于湖北

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現(xiàn)代通信行業(yè)的發(fā)展離不開電磁場，無論1G模擬，2G數(shù)字，3G寬帶，4G LTE還是5G MassiveMIMO，都是基于電磁波作為最基礎(chǔ)的承載形式。話說，有沒有將來脫離電磁場？不知量子通信到底能不能發(fā)展到民用？

作為時代的最強音，我們一起來回顧一下電磁場的那些牛人牛律們。

一庫侖 VS 庫倫定律

他在1785年到1789年之間，通過精密的實驗對電荷間的作用力作了一系列的研究，連續(xù)在皇家科學(xué)院備忘錄中發(fā)表了很多相關(guān)的文章。他在1785年用扭秤推導(dǎo)出兩靜止電荷間相互作用力的定律(現(xiàn)稱庫侖定律)。他指出地磁場對磁鐵作用的力偶同偏差角的正弦成正比，建立了磁體在磁場中運動方程并根據(jù)振動周期求出磁矩。他在電磁學(xué)方面的主要著作有《電氣與磁性》7卷，1785～1789年出版。國際單位制中電荷[量]的單位庫[侖]即以其姓氏命名。

庫侖定律（Coulomb's law）是靜止點電荷相互作用力的規(guī)律。1785年法國科學(xué)家C,-A.de庫倫由實驗得出，真空中兩個靜止的點電荷之間的相互作用力同它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上，同名電荷相斥，異名電荷相吸。

二奧斯特 VS 電磁效應(yīng)

1820年7月21日，奧斯特寫成《論磁針的電流撞擊實驗》的論文，這篇僅用了4頁紙的論文，是一篇極其簡潔的實驗報告。奧斯特在報告中講述了他的實驗裝置和60多個實驗的結(jié)果，從實驗總結(jié)出：電流的作用僅存在于載流導(dǎo)線的周圍；沿著螺紋方向垂直于導(dǎo)線；電流對磁針的作用可以穿過各種不同的介質(zhì)；作用的強弱決定于介質(zhì)，也決定于導(dǎo)線到磁針的距離和電流的強弱；銅和其他一些材料做的針不受電流作用；通電的環(huán)形導(dǎo)體相當(dāng)于一個磁針，具有兩個磁極，等等——正式向?qū)W術(shù)界宣告發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)。^[3]

三安培 VS 安培定則

安德烈·瑪麗·安培（André-Marie Ampère，1775年1月20日 — 1836年6月10日），里昂人，法國物理學(xué)家、化學(xué)家和數(shù)學(xué)家。安培最主要的成就是1820～1827年對電磁作用的研究，他被麥克斯韋譽為“電學(xué)中的牛頓”^[1] 。在電磁作用方面的研究成就卓著。電流的國際單位安培即以其姓氏命名。

奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的實驗，引起了安培注意，使他長期信奉庫侖關(guān)于電、磁沒有關(guān)系的信條受到極大震動，他全部精力集中研究，兩周后就提出了磁針轉(zhuǎn)動方向和電流方向的關(guān)系及從右手定則的報告，以后這個定則被命名為安培定則。

四法拉第 VS 電磁感應(yīng)定律

1831年8月，法拉第在軟鐵環(huán)兩側(cè)分別繞兩個線圈，其一為閉合回路，在導(dǎo)線下端附近平行放置一磁針，另一與電池組相連，接開關(guān)，形成有電源的閉合回路。實驗發(fā)現(xiàn)，合上開關(guān)，磁針偏轉(zhuǎn)；切斷開關(guān)，磁針反向偏轉(zhuǎn)，這表明在無電池組的線圈中出現(xiàn)了感應(yīng)電流。法拉第立即意識到，這是一種非恒定的暫態(tài)效應(yīng)。緊接著他做了幾十個實驗，把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形概括為5 類：變化的電流，變化的磁場，運動的恒定電流，運動的磁鐵，在磁場中運動的導(dǎo)體，并把這些現(xiàn)象正式定名為電磁感應(yīng)。進而，法拉第發(fā)現(xiàn)，在相同條件下不同金屬導(dǎo)體回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流與導(dǎo)體的導(dǎo)電能力成正比，他由此認識到，感應(yīng)電流是由與導(dǎo)體性質(zhì)無關(guān)的感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的，即使沒有回路沒有感應(yīng)電流，感應(yīng)電動勢依然存在。

五 畢奧-薩伐爾定律

畢奧-薩伐爾定律是由H.C.奧斯特實驗（見電流磁效應(yīng)）引起的，這個實驗表明，長直載流導(dǎo)線對磁極的作用力是橫向力。為了揭示電流對磁極作用力的普遍定量規(guī)律，J.B.畢奧和F.薩伐爾認為電流元對磁極的作用力也應(yīng)垂直于電流元與磁極構(gòu)成的平面，即也是橫向力。他們通過長直和彎折載流導(dǎo)線對磁極作用力的實驗，得出了作用力與距離和彎折角的關(guān)系。在P.S.M.拉普拉斯的幫助下，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆治?，得到了電流元對磁極作用力的規(guī)律。根據(jù)近距作用觀點，它被理解為電流元產(chǎn)生磁場的規(guī)律。

電流元Idl 在空間某點P處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度 dB 的大小與電流元Idl 的大小成正比，與電流元Idl 所在處到 P點的位置矢量和電流元Idl 之間的夾角的正弦成正比，而與電流元Idl 到P點的距離的平方成反比。

七高斯 VS 高斯定律

約翰·卡爾·弗里德里?！じ咚梗ǖ抡Z：Johann Carl Friedrich Gau?;? ，英語：Gauss，拉丁語：Carolus Fridericus Gauss，1777年4月30日－1855年2月23日），生于布倫瑞克，卒于哥廷根。德國著名數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家、幾何學(xué)家，大地測量學(xué)家。享有“數(shù)學(xué)王子”的美譽。

高斯定律（Gauss' law）：在靜電場中，穿過任一封閉曲面的電場強度通量只與封閉曲面內(nèi)的電荷的代數(shù)和有關(guān)，且等于封閉曲面的電荷的代數(shù)和除以真空中的電容率。

該定律表明在閉合曲面內(nèi)的電荷分布與產(chǎn)生的電場之間的關(guān)系。靜電場中通過任意閉合曲面（稱高斯面）S 的電通量等于該閉合面內(nèi)全部電荷的代數(shù)和除以真空中的電容率，與面外的電荷無關(guān)

八麥克斯韋方程組

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell，1831年6月13日?1879年11月5日），出生于蘇格蘭愛丁堡，英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。經(jīng)典電動力學(xué)的創(chuàng)始人，統(tǒng)計物理學(xué)的奠基人之一。1831年6月13日生于蘇格蘭愛丁堡，1879年11月5日卒于劍橋。1847年進入愛丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理，畢業(yè)于劍橋大學(xué)。他成年時期的大部分時光是在大學(xué)里當(dāng)教授，最后是在劍橋大學(xué)任教。1873年出版的《論電和磁》，也被尊為繼牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》之后的一部最重要的物理學(xué)經(jīng)典。麥克斯韋被普遍認為是對物理學(xué)最有影響力的物理學(xué)家之一。沒有電磁學(xué)就沒有現(xiàn)代電工學(xué)，也就不可能有現(xiàn)代文明。

麥克斯韋方程組乃是由四個方程共同組成的：

高斯定律：該定律描述電場與空間中電荷分布的關(guān)系。電場線開始于正電荷，終止于負電荷。計算穿過某給定閉曲面的電場線數(shù)量，即其電通量，可以得知包含在這閉曲面內(nèi)的總電荷。更詳細地說，這定律描述穿過任意閉曲面的電通量與這閉曲面內(nèi)的電荷之間的關(guān)系。
高斯磁定律：該定律表明，磁單極子實際上并不存在。所以，沒有孤立磁荷，磁場線沒有初始點，也沒有終止點。磁場線會形成循環(huán)或延伸至無窮遠。換句話說，進入任何區(qū)域的磁場線，必需從那區(qū)域離開。以術(shù)語來說，通過任意閉曲面的磁通量等于零，或者，磁場是一個無源場。
法拉第感應(yīng)定律：該定律描述時變磁場怎樣感應(yīng)出電場。電磁感應(yīng)是制造許多發(fā)電機的理論基礎(chǔ)。例如，一塊旋轉(zhuǎn)的條形磁鐵會產(chǎn)生時變磁場，這又接下來會生成電場，使得鄰近的閉合電路因而感應(yīng)出電流。
麥克斯韋-安培定律：該定律闡明，磁場可以用兩種方法生成：一種是靠傳導(dǎo)電流（原本的安培定律），另一種是靠時變電場，或稱位移電流（麥克斯韋修正項）。

站在巨人的肩膀上，我們能夠看得更遠。和牛人做朋友，我們也會Nibility起來。

來源：射頻學(xué)堂

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