7
Phương trình Maxwell James Clerk Maxwell Các phương trình Maxwell bao gm bn phương trình, đề ra bi James Clerk Maxwell, dùng để mô ttrường đin tcũng như nhng tương tác ca chúng đối vi vt cht. Bn phương trình Maxwell mô tln lượt : Đin tích to ra đin trường như thế nào (định lut Gauss). Skhông tn ti ca vt cht ttích. Dòng đin to ra ttrường như thế nào (định lut Ampere). Và ttrường to ra đin trường như thế nào (định lut cm ng Faraday) Đây cũng chính là ni dung ca thuyết đin thc Maxwell. Lch sCác công thc ca Maxwell vào năm 1865 bao gm 20 phương trình vi 20 n s, nhiu phương trình trong đó được coi là ngun gc ca hphương trình Maxwell ngày nay. Các phương trình ca Maxwell đã tng quát hóa các định lut thc nghim được nhng

phuong_trinh_maxwell_4105.pdf

Embed Size (px)

Citation preview

  • Phng trnh Maxwell

    James Clerk Maxwell

    Cc phng trnh Maxwell bao gm bn phng trnh, ra bi James Clerk Maxwell,

    dng m t trng in t cng nh nhng tng tc ca chng i vi vt cht. Bn

    phng trnh Maxwell m t ln lt :

    in tch to ra in trng nh th no (nh lut Gauss).

    S khng tn ti ca vt cht t tch.

    Dng in to ra t trng nh th no (nh lut Ampere).

    V t trng to ra in trng nh th no (nh lut cm ng Faraday)

    y cng chnh l ni dung ca thuyt in t hc Maxwell.

    Lch s

    Cc cng thc ca Maxwell vo nm 1865 bao gm 20 phng trnh vi 20 n s, nhiu

    phng trnh trong c coi l ngun gc ca h phng trnh Maxwell ngy nay.

    Cc phng trnh ca Maxwell tng qut ha cc nh lut thc nghim c nhng

  • ngi i trc pht hin ra: chnh sa nh lut Ampre (ba phng trnh cho ba chiu (x,

    y, z)), nh lut Gauss cho in tch (mt phng trnh), mi quan h gia dng in tng

    v dng in dch (ba phng trnh (x, y, z)), mi quan h gia t trng v th nng

    vect (ba phng trnh (x, y, z), ch ra s khng tn ti ca t tch), mi quan h gia

    in trng v th nng v hng cng nh th nng vect (ba phng trnh (x, y, z),

    nh lut Faraday), mi quan h gia in trng v trng dch chuyn (ba phng trnh

    (x, y, z)), nh lut Ohm v mt dng in v in trng (ba phng trnh (x, y, z)),

    v phng trnh cho tnh lin tc (mt phng trnh). Cc phng trnh nguyn bn ca

    Maxwell c vit li bi Oliver Heaviside v Willard Gibbs vo nm 1884 di dng

    cc phng trnh vect. S thay i ny din t c tnh i xng ca cc trng trong

    cch biu din ton hc. Nhng cng thc c tnh i xng ny l ngun gc hai bc

    nhy ln trong vt l hin i l thuyt tng i hp v vt l lng t.

    Tht vy, cc phng trnh ca Maxwell cho php on trc c s tn ti ca sng

    in t, c ngha l khi c s thay i ca mt trong cc yu t nh cng dng in,

    mt in tch... s sinh ra sng in t truyn i c trong khng gian. Vn tc ca

    sng in t l c, c tnh bi phng trnh Maxwell, bng vi vn tc nh sng c

    o trc bng thc nghim. iu ny cho php kt lun rng nh sng l sng in t.

    Cc nghin cu v nh sng v sng in t, tiu biu l cc nghin cu ca Max Planck

    v vt en v ca Heinrich Hertz v hin tng quang in cho ra i l thuyt lng

    t.

    S khng ph thuc ca vn tc nh sng vo chiu v h quy chiu - nhng kt lun

    c rt ra t phng trnh Maxwell - l nn tng ca thuyt tng i. Ch rng khi ta

    thay i h quy chiu, nhng bin i Galileo c in khng p dng c vo cc

    phng trnh Maxwell m phi s dng mt bin i mi, l bin i Lorentz.

    Einstein p dng bin i Lorentz vo c hc c in v cho ra i thuyt tng i

    hp.

    Tm tt

  • Bng sau y tm tt cc phng trnh v khi nim cho trng hp tng qut. K hiu

    bng ch m l vect, trong khi nhng k hiu in nghing l v hng.

    Tn Dng phng trnh vi

    phnDng tch phn

    nh lut

    Gauss:

    inh lut

    Gauss cho

    t trng

    (s khng

    tn ti ca

    t tch):

    nh lut

    Faraday

    cho t

    trng:

    nh lut

    Ampere

    (vi s b

    sung ca

  • Maxwell):

    Bng sau y lit k khi nim ca cc i lng trong h o lng SI :

    K hiu ngha n v trong

    h SI

    Cng in trng volt / mt

    Cng t trng ampere / mt

    in thmcoulomb / mt

    vung

    Vect cm ng t

    tesla,

    weber / mt

    vung

    Mt in tch, coulomb / mt

    khi

  • Mt dng in, ampere / mt

    vung

    Vect vi phn din tch A, c hng vung gc vi mt S mt vung

    Vi phn ca th tch V c bao bc bi din tch S mt khi

    Vect vi phn ca ng cong, tip tuyn vi ng knh

    C bao quanh din tch S mt

    (cn

    gi l div)

    ton t tnh sut tiu tn:

    trn mt

    (cn

    gi l rot) ton t tnh xoy cun ca trng vect. trn mt

    Cc i lng D v B lin h vi E v H bi :

  • trong :

    e l h s cm ng in ca mi trng,

    m l h s cm ng t ca mi trng,

    l hng s in mi ca mi trng, v

    l hng s t mi ca mi trng.

    Khi hai hng s and ph thuc vo cng in trng v t trng, ta c hin

    tng phi tuyn; xem thm trong cc bi hiu ng Kerr v hiu ng Pockels.)

    Trong mi trng tuyn tnh

    Trong mi trng tuyn tnh, vect phn cc in P (coulomb / mt vung) v vect

    phn cc t M (ampere / mt) cho bi :

    Trong mi trng khng tn sc (cc hng s khng ph thuc vo tn s ca sng in

    t), v ng hng (khng bin i i vi php quay), v khng ph thuc vo thi

    gian, phng trnh Maxwell tr thnh :

  • Trong mi trng ng u (khng bin i i vi php tnh tin), v khng i

    theo khng gian, v c th c a ra ngoi cc php o hm theo khng gian.

    Trong trng hp tng qut, v c th l tensor hng 2 m t mi trng lng chit.

    V trong cc mi trng tn sc v/hoc ph thuc vo tn s nh sng (sng in

    t), nhng s ph thuc ny tun theo mi lin h Kramers-Kronig.

    Trong chn khng

    Chn khng l mi trng tuyn tnh, ng ng (khng bin i theo php quay v php

    tnh tin), khng tn sc, vi cc hng s 0 v 0 (hin tng phi tuyn trong chn khng

    vn tn ti nhng ch quan st c khi cng nh sng vt qua mt ngng rt ln

    so vi gii hn tuyn tnh trong mi trng vt cht).

    ng thi trong chn khng khng tn ti in tch cng nh dng in, phng trnh

    Maxwell tr thnh :