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麦克斯韦电磁理论
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3秒自动关闭窗口麦克斯韦方程组的答案分析 - 林志德的个人空间 - 国科社区-国家科技成果网
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麦克斯韦方程组的答案分析
& 14:32:51
高深解读位移电流怎么流，更不知道
来方程组答案及普通
答案和分析读的后
该书第319页、第322-323页还写道：“麦克斯韦在致力于解释法拉第对电学的研究结果以后，着手从数学上来阐述电和磁的理论。麦克斯韦未能发现相对论——那是50年以后的事了。然而，当麦克斯韦的理论提出时，我们一直在讨论的&E/&t项却十分自然地出现在他的公式中。麦克斯韦称之为位移电流。他研究真空中的电场，也研究固态物质中的电场。而且当讲到位移电流时，他常常也把一些运动电荷包含在内。事实上，麦克斯韦把空间本身看作是一种介质——以太；所以即使没有固态物质存在，位移电流也在某种东西中发生。”那么，位移电流究竟发生在什么样的物质实体中呢？“注意&E/c&t，它表现为传导电流分布的延续，麦克斯韦称之为位移电流，这个名称一直沿用下来，虽然现在看来已经不很恰当了。”位移电流被认为是没有电子流动的神秘莫测的电流，看来后人正是因为对其百思不通、莫名其妙就认定位移电流概念是不恰当的了。
这里必须指出，该书作者有一句话欺人太甚，我需要对他提出正告：如果天使麦克斯韦多活上20年，是不会有相对论出笼的！
今天人类需要明确：电流的本质是电子结构之中正负电荷位置的变化移动，是在电子结构整体屏蔽下，负电荷的电心在正电荷的电身上的位移，径直位移是直流电，往复位移是交流电，但两者在本质上即量子化基元性的意义上都是电荷之间的脉动位移。而磁场的根源是正电荷的电身对于电心的反弹作用力形成的。
麦克斯韦方程组有很多版本，四个方程式的排列次序也不尽相同。现在我根据中国赵凯华、陈熙谋教授编著的《电磁学》第879页上所列的高斯单位制的积分形式组的排列次序进行答案分析。关于这种答案是怎样具体求解到的，请参见我的博文《麦克斯韦方程组的简捷解法和答案》。
第（1）式可直接计算，答案是：每平方厘米空间的固有的自然的电位移量或电位移梯度是12.56静电库仑，换算成有理制是每平方米2.65×10-7库仑。现在我们可以领悟，是宇宙空间3开度背景辐射提供了空间元网络脉动的能量，并作用于电子；而在电子结构中，电心脉动起电作用的强度比电身脉动起磁作用的强度大了近十万倍，于是决定了在电子占据的空间中产生自然的固有的电荷位移量。
但是把第（1）式先直接解读成库仑定律来演算，理解分析的效果更好。因为根据库仑定律和实验验证，有8.99×109牛顿=库仑平方/米2&&&，8.99×109牛顿/库仑=库仑/&米2&&，8.99×109伏特/米=库仑/&米2&&，这表示在每米1伏特的电场强度下，每平方米空间可发布的电荷量是1.113×10-10库仑，反之，当1.113×10-10库仑的电荷集中于1平方米空间平面上时，这个平面上对外的张力就是1牛顿。麦克斯韦方程通过电场强度的面积分计算出自然空间的电位移梯度是每平方米2.65×10-7库仑，表明了真空具有电位，因此真空具有结构，普朗克常数显示空间的结构是格子网络型的。
对于第（2）式，我采用还原法的窍门，先把方程式化简并密切联系实际意义。这是因为（2）式表示最基本的法拉第电磁感应定律。在赵陈《电磁学》第487页演绎并证明了（2）式的来源是因为“式中的面积分的区间S是以环路L为周界的曲面。当环路不变动时，可以将对时间的微商和对曲面的积分两个运算的顺序颠倒，则得”。因此，我所谓的还原法意思很明确，即把对时间的微商和对曲面的积分两个运算的顺序重新颠倒过来。
参见我对（2）的演绎，经过还原变换后，对时间的微商d/dt就成了未知数。但是麦克斯韦方程组是高度统一的整体组合，我们可以在第（4）式的变换与第（1）式的关联中解得d/dt=1/秒。这样，（2）式的答案也就确定了：每平方厘米的磁场脉动对于电场的反弹作用产生的电动势为-3.333×10-10静电伏特，相当于有理制的-1.111×10-12伏特。但是要人们理解这个答案的实际意义是极端困难的，最终还要通过我的灯火静磁发电器的事实来证明。我将在解完全组后把式（2）与（4）结合起来阐明其深刻含义。
第（3）式的答案最直接明确，即磁通量的环流或管流等于零。但是深刻理解它的含义却是通晓方程组总体意义的关键。我打形象化的比方就是：如果把一根圆柱体永久磁铁插在螺线管线圈中静止不动，磁感应线就等于处在一段管子中，穿进与穿出的磁力线量相等就不能使螺线管线圈感应出电流。因此麦克斯韦方程组求索的最终目标其实是如何克服第（3）式规律造成的困难，通过改变磁场作用的方向，来取得高效率的电力。
&&&&第（4）式就是最著名最迷人的麦克斯韦全电流方程式了。但是现在人们把麦克斯韦全电流方程式的根本含义完全理解错了。这里，我还需要通过式（3）把（2）和（4）的意义结合起来阐述。虽然磁场的管流等于零，但是磁铁棒对于套在外圆上的导线上的微观结构还是产生重大影响的，即导线上的电身排列被磁铁棒的磁力拉动锁住了，在磁铁棒插入或拔出线圈时有短暂的电流可证明这一点。因此在磁铁静止的情况下，电身本身还存在固有的振动或脉动，决定了静磁场也存在着磁元本身的振动或波动基元变化率。要形象思维和理解这个含义，我比方一个人虽然静止不动，但是他的心脏有稳定的脉搏。麦克斯韦方程组的背景和自然导向就是振动与波动，因此可以演绎成波动方程而证明电磁波的理论性存在。比方一个人虽然他原地不动时不能做功，但他是活人，他心脏的搏动也可能对贴身的物体做功。因此，在每个电子的内部，电身的脉动对于电心还是具有反弹作用力，可以形成一种推动电心位移的基本电动势。第（2）式显示，我们如果用热波使电身脉动起来，就能够取得电动势发电，因此（2）式实际上表示了一种发电器电路，虽然磁通量的变化率以每秒一个周期不可人为地改变，电动势极其微弱，但方程式却已经指明：只要极大地提高磁感应强度和拓展出极大的磁作用面积，高效率的电力是可以取得的。这个方程式今后还便于用来发电工程与实验计算，计算的结果只要根据材料品质因数打个折扣就可以了。
第（4）式也可以作为发电器的起电电路及计算公式。我们用光波可使电心直接脉动，更能够直接产生电流。由于自然状态的电子是电中性的，电心从96484个电身台阶拾级而下时，每一个电身都象一块弹簧板产生反弹力形成了磁场，这个磁场反过来也会推进电心的位移。
对于麦克斯韦全电流永远是连续的说法，我们必须有正确的深刻的理解。可叹现在人们把全电流的概念完全歪曲了。什么叫全电流，顾名思义，流通在电路上的完全的完整的全部的电流也。因此，对于全电流方程式，绝不应该凭想当然地加以歪曲。我们必须按照它的本来面目忠实地直接解读为：一股径直位移电流产生的磁场强度的环路，可以包围是该股电流强度两倍的两股电流。自然空间中1奥斯特的磁场强度的每1厘米的环路，可以包围是产生该磁场的径直位移电流12.56×10-7安培两倍的两股脉动位移电流，其量值是25.12×10-7高斯制安培，等于有理制的3.333×10-10安培。
现在的人们会对我这样的解读分析要万分惊诧地感到荒谬绝伦可悲。但我是严格忠实于麦克斯韦方程组本来面目的，因为全电流方程式中明明白白写着是两项电流之和。而麦克斯韦是严格忠实于电磁学实验研究中的确凿事实的。我提醒人们不要忘记了磁场强度是怎样测定的？磁场强度明明是根据两股同向电流之间的作用测定的。还有，电流强度是怎样定义的？为什么安培磁称必须使用两股电流？在同一个磁场强度的环路中明明存在着两倍的两股电流！可是所有这一切在遭受汤姆孙误导之后，都被人们忘记的一干二净了！现在，第六次科技大革命开始了，需要有更多的中国人首先觉醒，去唤起西方学术界恍然大悟！
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“牛顿之后最伟大的数学物理学家”-麦克斯韦
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麦克斯韦（James Clerk Maxwell ) 是19世纪伟大的英国物理学家、数学家。日生于苏格兰的爱丁堡，自幼聪颖，父亲是个知识渊博的律师，使麦克斯韦从小受到良好的教育。10岁时进入爱丁堡中学学习。
14岁就在爱丁堡皇家学会会刊上发表了一篇关于二次曲线作图问题的论文，已显露出出众的才华。1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理。1850年转入剑桥大学三一学院数学系学习，1854年以第二名的成绩获史密斯奖学金，毕业留校任职两年。1856年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。1860年到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授。1861年选为伦敦皇家学会会员。
1865年春辞去教职回到家乡系统地总结他的关于电磁学的研究成果，完成了电磁场理论的经典巨著《论电和磁》，并于1873年出版，1871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪什试验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪什实验室，1874年建成后担任这个实验室的第一任主任，直到日在剑桥逝世。
麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。
麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。他在前人成就的基础上，对整个电磁现象作了系统、全面的研究，凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文：《论法拉第的力线》（1855年12 月至1856年2月）；《论物理的力线》（年）；《电磁场的动力学理论》（日）。对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此，1865年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并计算了电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。1888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁理论》。系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。在热力学与统计物理学方面麦克斯韦也作出了重要贡献，他是气体动理论的创始人之一。
1859年他首次用统计规律得出麦克斯韦速度分布律，从而找到了由微观两求统计平均值的更确切的途径。1866年他给出了分子按速度的分布函数的新推导方法，这种方法是以分析正向和反向碰撞为基础的。他引入了驰豫时间的概念，发展了一般形式的输运理论，并把它应用于扩散、热传导和气体内摩擦过程。1867年引入了“统计力学”这个术语。麦克斯韦是运用数学工具分析物理问题和精确地表述科学思想的大师，他非常重视实验，由他负责建立起来的卡文迪什实验室，在他和以后几位主任的领导下，发展成为举世闻名的学术中心之一。他善于从实验出发，经过敏锐的观察思考，应用娴熟的数学技巧，从缜密的分析和推理，大胆地提出有实验基础的假设，建立新的理论，再使理论及其预言的结论接受实验检验，逐渐完善，形成系统、完整的理论。特别是汤姆孙·W 卓有成效地运用类比的方法使麦克斯韦深受启示，使他成为建立各种模型来类比研究不同物理现象的能手。在他的电磁场理论的三篇论文中多次使用了类比研究方法，寻找到了不同现象之间的联系，从而逐步揭示了科学真理。 麦克斯韦严谨的科学态度和科学研究方法是人类极其宝贵的精神财富。
麦克斯韦后期的生活充满了烦恼。他的学说没有人理解，妻子又久病不愈。这双重的不幸，压得他精疲力尽。妻子生病以后，整个家庭生活的秩序都乱了。麦克斯韦对妻子一向体贴入微，为了看护妻子，他曾经整整三个星期没有在床上睡过觉。尽管这样，他的讲演，他的实验室工作，却从来没有中断过。过分的焦虑和劳累，终于损害了他的健康。同事们注意到这位无私的科学家在渐渐地消瘦下去，面色也越来越苍白。但是，他还是那样顽强地工作。
1879年是麦克斯韦生命的最后一年。这一年的春天来得很晚，也格外冷。他的健康明显恶化，但是他仍然坚持不懈地宣传电磁理论。这时，他的讲座只有两个听众。一个是美国来的研究生，另一个就是后来发明电子管的弗莱明。这是一幕多么令人感叹的情景啊！空旷的阶梯教室里，只在头排坐着两个学生。麦克斯韦夹着讲义，照样步履坚定地走上讲台，他面孔消瘦，目光闪烁，表情严肃而庄重。仿佛他不是在向两个听众，而是在向全世界解释自己的理论。
日，麦克斯韦患癌症去世，终年只有49岁。物理学史上一颗可以同牛顿交相辉映的明星陨落了。他正当壮年就不幸夭折，这是非常可惜的。他的理论为近代科学技术开辟了一条崭新的道路，可是他的功绩，在他活着的时候却没有得到人们重视。麦克斯韦的一生，是咤叱风云的一生，也是自我牺牲的一生。这位科学巨匠生前的荣誉远远不及法拉第，直到他死后许多年，在赫兹证明了电磁波存在以后人们才意识到，并且公认他是“牛顿以后世界上最伟大的数学物理学家”。
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