The Maxwellove enačbe objavil znanstvenik “ James Clerk Maxwell 'Leta 1860. Te enačbe povedo, kako zagotavljajo nabiti atomi ali elementi električna sila kot tudi magnetno silo za vsako enoto naboja. Energija za vsako enoto naboja se imenuje polje. Elementi bi se sicer lahko gibali. Maxwellove enačbe razlagajo, kako lahko tvorijo magnetna polja električni tokovi kot tudi naboji in na koncu razložijo, kako lahko električno polje ustvari magnetno polje itd. Primarna enačba vam omogoča, da določite električno polje, ki nastane z nabojem. Naslednja enačba vam omogoča določanje magnetnega polja, preostali dve pa razložita, kako polja tečejo okoli svojih zalog. Ta članek obravnava Maxwellova teorija ali Maxwellov zakon . Ta članek obravnava pregled sistema Maxwellova elektromagnetna teorija .
Kaj so Maxwellove enačbe?
The Izpeljava Maxwellove enačbe zbirajo štiri enačbe, kjer vsaka enačba ustrezno pojasni eno dejstvo. Vseh teh enačb Maxwell ni izumil, vendar je združil štiri enačbe, ki jih sestavljajo Faraday, Gauss in Ampere. Čeprav je Maxwell v četrto enačbo vključil en del informacij, in sicer Amperejev zakon, je enačba popolna.
Maxwells enačbe
- Prvi zakon je Gaussov zakon namenjena statičnim električnim poljem
- Tudi drugi zakon je Gaussov zakon namenjena za statična magnetna polja
- Tretji zakon je Faradayev zakon kar pove, da bo sprememba magnetnega polja povzročila električno polje.
- Četrti zakon je Zakon Ampereja Maxwella kar pove, da bo sprememba električnega polja povzročila magnetno polje.
Dve enačbi 3 in 4 lahko opišeta elektromagnetno valovanje ki se lahko širi samo od sebe. Skupina teh enačb pove, da lahko sprememba magnetnega polja povzroči spremembo električnega polja, nato pa bo to povzročilo dodatno spremembo magnetnega polja. Zato se ta serija nadaljuje, saj je elektromagnetni signal pripravljen in se širi po vesolju.
Maxwellove štiri enačbe
Maxwellove štiri enačbe razložite dve polji, ki izhajata iz oskrbe z elektriko in toka. Polja so namreč tako električna kot magnetna in kako se spreminjajo v času. Štiri Maxwellove enačbe vključujejo naslednje.
- Prvi zakon: Gaussov zakon o električni energiji
- Drugi zakon: Gaussov zakon za magnetizem
- Tretji zakon: Faradayev zakon indukcije
- Četrti zakon: Amperov zakon
Zgornje štiri Maxwellove enačbe so Gauss za elektriko, Gauss za magnetizem, Faradayev zakon za indukcijo. Amperejev zakon je napisano na različne načine, na primer Maxwellove enačbe v integralni obliki , in Maxwellove enačbe v diferencialni obliki ki je obravnavano v nadaljevanju.
Maxwellovi simboli enačbe
Simboli, uporabljeni v Maxwellovi enačbi, vključujejo naslednje
- JE označuje električno polje
- M označuje magnetno polje
- D označuje električni premik
- H označuje jakost magnetnega polja
- P. označuje gostoto naboja
- jaz označuje električni tok
- ε0 označuje propustnost
- J označuje gostoto toka
- μ0 označuje prepustnost
- c označuje hitrost svetlobe
- M označuje magnetizacijo
- P označuje polarizacijo
Prvi zakon: Gaussov zakon o električni energiji
The prvi Maxwellov zakon je Gaussov zakon ki se uporablja za elektrika . Gaussov zakon določa, da bo električni tok iz katere koli zaprte površine sorazmeren celotnemu naboju, ki je zaprt v površini.
Integralna oblika Gaussovega zakona odkrije uporabo med izračunom električnih polj v območju nabitih predmetov. Z uporabo tega zakona za točkovni naboj v električnem polju lahko dokažemo, da je to zanesljivo s Coulombovim zakonom.
Čeprav primarno območje električnega polja zagotavlja mero vključenega neto naboja, odstopanje električnega polja ponuja mero kompaktnosti virov in vključuje tudi implikacije, uporabljene za zaščito naboja.
Drugi zakon: Gaussov zakon za magnetizem
The drugi Maxwellov zakon je Gaussov zakon ki se uporablja za magnetizem. Gaussov zakon določa, da je odklon magnetnega polja enak nič. Ta zakon velja za magnetni tok skozi zaprto površino. V tem primeru površinski vektor kaže s površine.
Magnetno polje zaradi materialov bo ustvarjeno skozi vzorec, imenovan kot dipol. Te polove najbolje označujejo tokovne zanke, vendar so podobni pozitivnim in tudi negativnim magnetnim nabojem, ki se nevidno odbijajo. V pogojih poljskih linij ta zakon določa, da se magnetne poljske črte ne začnejo in ne končajo, ampak ustvarjajo zanke, ki se sicer širijo v neskončnost in obračajo. Z drugimi besedami, katera koli linija magnetnega polja, ki gre skozi določeno raven, mora nekje zapustiti to prostornino.
Ta zakon lahko zapišemo v dveh oblikah, in sicer v celostni obliki in tudi v različni obliki. Ti dve obliki sta zaradi izreka o divergenci enaki.
Tretji zakon: Faradayev zakon indukcije
The tretji Maxwellov zakon je Faradayev zakon ki se uporablja za indukcijo. Faradayev zakon določa, kako bo časovno spreminjajoče se magnetno polje ustvarilo električno polje. V celostni obliki določa, da je napor za vsako enoto naboja potreben za premik naboja v območju zaprte zanke, kar je enako hitrosti zmanjšanja magnetnega pretoka med zaprto površino.
Podobno kot magnetno polje tudi energijsko inducirano električno polje vključuje zaprte poljske črte, če jih statično električno polje ne postavlja. Ta funkcija elektromagnetne indukcije je načelo delovanja številnih električni generatorji : na primer magnet z vrtljivo palico ustvari spremembo magnetnega polja, ki nato v bližnji žici ustvari električno polje.
Četrti zakon: Amperov zakon
The četrtina Maxwellovega zakona je Amperejev zakon . Amperov zakon določa, da lahko generiranje magnetnih polj izvedemo na dva načina, in sicer z električnim tokom in s spreminjanjem električnih polj. Pri integriranem tipu bo inducirano magnetno polje v območju katere koli zaprte zanke sorazmerno z električnim tokom in premičnim tokom po zaprti površini.
Maxwellov amperski zakon bo niz enačb naredil natančno zanesljiv za nestatična polja, ne da bi pri tem spreminjal Amperov in Gaussov zakon za fiksna polja. Toda kot rezultat pričakuje, da bo sprememba magnetnega polja povzročila električno polje. Tako bodo te matematične enačbe omogočale samozadostno elektromagnetno valovanje za premikanje skozi prazen prostor. Hitrost elektromagnetnih valov je mogoče izmeriti in to lahko pričakujemo od tokov, pa tudi poskusi nabojev se ujemajo s hitrostjo svetlobe, in to je ena vrsta elektromagnetnega sevanja.
∇ x B = J / ε0c2 + 1 / c2 ∂E / ∂t
Tu gre torej za to Maxwellove enačbe . Na koncu iz zgornjih enačb lahko zaključimo, da te enačbe vključujejo štiri zakone, ki so povezani z električnim (E) in magnetnim (B) poljem, o katerih smo govorili zgoraj. Maxwellove enačbe lahko zapišemo v obliki enakovrednega integrala in diferenciala. Tukaj je vprašanje za vas, kakšne so aplikacije Maxwellovih enačb?
