電磁場

電磁場在電磁學裡，電磁場（electromagnetic field）是一種由帶電物體產生的一種物理場。處於電磁場的帶電物體會感受到電磁場的作用力。電磁場與帶電物體 （電荷或電流）之間的相互作用可以用麥克斯韋方程和洛倫茲力定律來描述。

電磁場
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中文名 ：電磁場

外文名 ：electromagnetic field

本 質 ：電荷的運動

描 述 ：麥克斯韋方程和洛倫茲力定律

特點：依存的電場和磁場統一體的總稱

目錄

定義

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在電磁學裡，電磁場（electromagnetic field）是一種由帶電物體產生的一種物理場。處於電磁場的帶電物體會感受到電磁場的作用力。電磁場與帶電物體 （電荷或電流）之間的相互作用可以用麥克斯韋方程和洛倫茲力定律來描述。電磁場是有內在聯繫、相互依存的電場和磁場的統一體的總稱。

隨時間變化的電場產生磁場，隨時間變化的磁場產生電場，兩者互為因果，形成電磁場。電磁場可由變速運動的帶電粒子引起，也可由強弱變化的電流引起，不論原因如何，電磁場總是以光速向四周傳播，形成電磁波。電磁場是電磁作用的媒介，具有能量和動量，是物質的一種存在形式。電磁場的性質、特徵及其運動變化規律由麥克斯韋方程組確定。

發展歷史

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人們很早就接觸到電和磁的現象，並知道磁棒有南北兩極。在18世紀，發現電荷有兩種：正電荷和負電荷。不論是電荷還是磁極都是同性相斥，異性相吸，作用力的方向在電荷之間或磁極之間的連接線上，力的大小和它們之間的距離的平方成反比。 在這兩點上和萬有引力很相似。18世紀末發現電荷能夠流動，這就是電流。但長期以來，人們只是發現了電和磁的現象，並沒有發現電和磁之間的聯繫。

19世紀前期，奧斯特發現電流可以使小磁針偏轉。而後安培發現作用力的方向和電流的方向互相垂直，磁針到通過電流的導線的垂直線方向與電流方向相互垂直。不久之後，法拉第又發現，當磁棒插入導線圈時，導線圈中就產生電流。這些實驗表明，在電和磁之間存在着密切的聯繫。在電和磁之間的聯繫被發現以後，人們認識到電磁力的性質在一些方 面同萬有引力相似，另一些方面卻又有差別。為此法拉第引進了力線的概念，認為電流產生圍繞着導線的磁力線，電荷向各個方向產生電力線，並在此基礎上產生了電磁場的概念。

人們認識到，電磁場是物質存在的一種特殊形式。電荷在其周圍產生電場，這個電場又以力作用於其他電荷。磁體和電流在其周圍產生磁場，而這個磁場又以力作用於其他磁體和內部有 電流的物體。電磁場也具有能量和動量，是傳遞電磁力的媒介，它瀰漫於整個空間。

19世紀下半葉，麥克斯韋總結了宏觀電磁現象的規律，並引進位移電流的概念。這個概念的核心思想是：變化着的電場能產生磁場；變化着的磁 場也能產生電場。在此基礎上他提出了一組偏微分方程來表達電磁現象的基本規律。這套方程稱為麥克斯韋方程組，是經典電磁學的基本方程。麥克斯韋的電磁理論預言了電磁波的存在，其傳播速度等於光速，這一預言後來為赫茲的實驗所證實。於是人們認識到麥克斯韋的電磁理論正確地反映了宏觀電磁現象的規律，肯定了光也是一種電磁波。由於電磁場能夠以力作用於帶電粒子，一個運動中的帶電粒子既受到電場的力，也受到磁場的力，洛倫茲把運動電荷所受到的電磁場的作用力歸結為一個公式，人們就稱這個力為洛倫茨力。描述電磁場基本規律的麥克斯韋方程組和洛倫茨力就構成了經典電動力學的基礎。

電磁理論

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19世紀時期，人類對電磁現象的認識取得了很大的進展，關於電磁現象的三個最基本的實驗定律：庫侖定律、畢奧-薩伐爾定律和法拉第電磁感應定律已被總結出來，法拉第的「電力線」和「磁力線」概念已發展成「電磁場概念」。1855年至1865年，麥克斯韋在全面地審視了三大定律的基礎上，把數學分析方法帶進了電磁學的研究領域，創立了麥克斯韋電磁場理論。

麥克斯韋電磁場理論的核心思想是：變化的磁場可以激發渦旋電場，變化的電場可以激發渦旋磁場；電場和磁場不是彼此孤立的，它們相互聯繫、相互激發組成一個統一的電磁場。麥克斯韋用數學方法概括了電場和磁場的所有規律，建立了完整的電磁場理論體系。這一理論體系的核心就是麥克斯韋方程組。

麥克斯韋方程組由四個微分方程構成：

1、∇·E=ρ/ε0，描述了電場的性質。在一般情況下，電場可以是庫侖電場，也可以是變化磁場激發的感應電場，而感應電場是渦旋場，它的電位移線是閉合的，對封閉曲面的通量無貢獻。

2、∇·B=0，描述了磁場的性質。磁場可以由傳導電流激發，也可以由變化電場的位移電流所激發，它們的磁場都是渦旋場，磁感應線都是閉合線，對封閉曲面的通量無貢獻。

3、∇×E=-∂B/∂t，描述了變化的磁場激發電場的規律。

4、∇×B=μ0J+1/c2*∂E/∂t (c2=1/μ0ε0)，描述了變化的電場激發磁場的規律。

電與磁

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從科學的角度來說，電磁波是能量的一種，凡是能夠釋出能量的物體，都會釋出電磁波。

電與磁可說是一體兩面，變動的電會產生磁，變動的磁則會產生電。電磁的變動就如同微風輕拂水面產生水波一般，因此被稱為電磁波，而其每秒鐘變動的次數便是頻率。當電磁波頻率低時，主要藉由有形的導電體才能傳遞；當頻率漸提高時，電磁波就會外溢到導體之外，不需要介質也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。舉例來說，太陽與地球之間的距離非常遙遠，但在戶外時，我們仍然能感受到和煦陽光的光與熱，這就好比是「電磁輻射藉由輻射現象傳遞能量」的原理一樣。

電磁輻射

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廣義的電磁輻射通常是指電磁波頻譜而言。狹義的電磁輻射是指電器設備所產生的輻射波，通常是指紅外線以下部分。

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電磁場與電磁波的關係

電磁場,有內在聯繫、相互依存的電場和磁場的統一體和總稱 。隨時間變化的電場產生磁場 ， 隨時間變化的磁場產生電場，兩者互為因果，形成電磁場。電磁場可由變速運動的帶電粒子引起，也可由強弱變化的電流引起，不論原因如何，電磁場總是以光速向四周傳播，形成電磁波。電磁場是電磁作用的媒遞物，具有能量和動量，是物質存在的一種形式。電磁場的性質、特徵及其運動變化規律由麥克斯韋方程組確定。

電磁波是電磁場的一種運動形態。 在高頻電磁振盪的情況下，部分能量以輻射方式從空間傳播出去所形成的電波與磁波的總稱叫做「電磁波」。在低頻的電振盪中，磁電之間的相互變化比較緩慢，其能量幾乎全部反回原電路而沒有能量輻射出去。然而，在高頻率的電振盪中，磁電互變甚快，能量不可能全部反回原振盪電路，於是電能、磁能隨着電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去。

外部連結

• 物理學家麥克斯韋對人類的貢獻

• 電磁場理論

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電磁場示意圖