電磁場(chǎng)理論是研究電磁場(chǎng)中各物理量之間的關(guān)系及其空間分布和時(shí)間變化的理論。庫(kù)侖定律揭示了電荷間的靜電作用力與它們之間的距離平方成反比。安培等人又發(fā)現(xiàn)電流元之間的作用力也符合平方反比關(guān)系。麥克斯韋全面地總結(jié)了電磁學(xué)研究的全部成果，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系。以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論，是經(jīng)典物理學(xué)最引以自豪的成就之一。

概述

人們注意到電磁現(xiàn)象首先是從它們的力學(xué)效應(yīng)開始的。庫(kù)侖定律揭示了電荷間的靜電作用力與它們之間的距離平方成反比。A.-M.安培等人又發(fā)現(xiàn)電流元之間的作用力也符合平方反比關(guān)系，提出了安培環(huán)路定律?；谶@與牛頓萬有引力定律十分類似，S.D.泊松、C.F.高斯等人仿照引力理論，對(duì)電磁現(xiàn)象也引入了各種場(chǎng)矢量，如電場(chǎng)強(qiáng)度、電通量密度（電位移矢量）、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁通密度等，并將這些量表示為空間坐標(biāo)的函數(shù)。

但是當(dāng)時(shí)對(duì)這些量?jī)H是為了描述方便而提出的數(shù)學(xué)手段，實(shí)際上認(rèn)為電荷之間或電流之間的物理作用是超距作用。直到M.法拉第,他認(rèn)為場(chǎng)是真實(shí)的物理存在,電力或磁力是經(jīng)過場(chǎng)中的力線逐步傳遞的，最終才作用到電荷或電流上。他在1831年發(fā)現(xiàn)了著名的電磁感應(yīng)定律，并用磁力線的模型對(duì)定律成功地進(jìn)行了闡述。

1846年,M.法拉第還提出了光波是力線振動(dòng)的設(shè)想。J.C.麥克斯韋繼承并發(fā)展了法拉第的這些思想，仿照流體力學(xué)中的方法，采用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)形式,將電磁場(chǎng)的基本定律歸結(jié)為4個(gè)微分方程，人們稱之為麥克斯韋方程組。

在方程中麥克斯韋對(duì)安培環(huán)路定律補(bǔ)充了位移電流的作用，他認(rèn)為位移電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng)。根據(jù)這組方程，麥克斯韋還導(dǎo)出了場(chǎng)的傳播是需要時(shí)間的，其傳播速度為有限數(shù)值并等于光速，從而斷定電磁波與光波有共同屬性，預(yù)見到存在電磁輻射現(xiàn)象。靜電場(chǎng)、恒定磁場(chǎng)及導(dǎo)體中的恒定電流的電場(chǎng)，也包括在麥克斯韋方程中，只是作為不隨時(shí)間變化的特例。

電磁感應(yīng)

法拉第的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)將機(jī)械功與電磁能聯(lián)系起來，證明二者可以互相轉(zhuǎn)化。麥克斯韋進(jìn)一步提出：電磁場(chǎng)中各處有一定的能量密度，即能量定域于場(chǎng)中。根據(jù)這個(gè)理論，J.H.坡印廷1884年提出在時(shí)變場(chǎng)中能量傳播的坡印廷定理,矢量E×H代表場(chǎng)中穿過單位面積上單位時(shí)間內(nèi)的能量流。這些理論為電能的廣泛應(yīng)用開辟了道路，為制造發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等電工設(shè)備奠定了理論基礎(chǔ)。

麥克斯韋預(yù)言的電磁輻射，在1887年由H.R.赫茲的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。電磁波可以不憑借導(dǎo)體的聯(lián)系，在空間傳播信息和能量。這就為無線電技術(shù)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。電磁場(chǎng)理論給出了場(chǎng)的分布及變化規(guī)律，若已知電場(chǎng)中介質(zhì)的性質(zhì),再運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)手段,即可對(duì)電工設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、能量轉(zhuǎn)換、運(yùn)行特性等，進(jìn)行分析計(jì)算，因而極大地促進(jìn)電工技術(shù)的進(jìn)步。

電磁場(chǎng)理論所涉及的內(nèi)容都屬于大量帶電粒子共同作用下的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果，不涉及物質(zhì)構(gòu)造的不均勻性及能量變化的不連續(xù)性。它屬于宏觀的理論，或稱為經(jīng)典的理論。涉及個(gè)別粒子的性質(zhì)、行為的理論則屬于微觀的理論，不能僅僅依賴電磁場(chǎng)理論去分析微觀起因的電磁現(xiàn)象，例如有關(guān)介質(zhì)的電磁性質(zhì)、激光、超導(dǎo)問題等。這并不否定在宏觀意義上電磁場(chǎng)理論的正確性。電磁場(chǎng)理論不僅是物理學(xué)的重要組成部分，也是電工技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

相關(guān)

麥克斯韋是繼法拉第之后，又一位集電磁學(xué)大成于一身的偉大科學(xué)家。他全面地總結(jié)了電磁學(xué)研究的全部成果，并在此基礎(chǔ)上提出了“感生電場(chǎng)”和“位移電流”的假說，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系及統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。他的理論成果為現(xiàn)代無線電電子工業(yè)奠定了理論基礎(chǔ)。

1873年麥克斯韋的一部電磁學(xué)專著終于問世了，書名叫作《電磁學(xué)通論》。在《電磁學(xué)通論》中，麥克斯韋比以前更為徹底地應(yīng)用了拉格朗日的方程，推廣了動(dòng)力學(xué)的形式體系。

麥克斯韋提出的渦旋電場(chǎng)和位移電流假說的核心思想是：變化的磁場(chǎng)可以激發(fā)渦旋電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)可以激發(fā)渦旋磁場(chǎng)；電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是彼此孤立的，它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。麥克斯韋進(jìn)一步將電場(chǎng)和磁場(chǎng)的所有規(guī)律綜合起來，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系。這個(gè)電磁場(chǎng)理論體系的核心就是麥克斯韋方程組。

麥克斯韋方程組在電磁學(xué)中的地位，如同牛頓運(yùn)動(dòng)定律在力學(xué)中的地位一樣。以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論，是經(jīng)典物理學(xué)最引以自豪的成就之一。它所揭示出的電磁相互作用的完美統(tǒng)一，為物理學(xué)家樹立了這樣一種信念：物質(zhì)的各種相互作用在更高層次上應(yīng)該是統(tǒng)一的。另外，這個(gè)理論被廣泛地應(yīng)用到技術(shù)領(lǐng)域。