Thực đơn
Phương_trình_Maxwell Tóm tắtBảng sau đây tóm tắt các phương trình và khái niệm cho trường hợp tổng quát. Ký hiệu bằng chữ đậm là vectơ, trong khi đó những ký hiệu in nghiêng là vô hướng.
Tên | Dạng phương trình vi phân | Dạng tích phân |
---|---|---|
Định luật Gauss: | ∇ ⋅ D = ρ {\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {D} =\rho } | ∮ S D ⋅ d A = ∫ V ρ d V {\displaystyle \oint _{S}\mathbf {D} \cdot d\mathbf {A} =\int _{V}\rho dV} |
Đinh luật Gauss cho từ trường (sự không tồn tại của từ tích): | ∇ ⋅ B = 0 {\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {B} =0} | ∮ S B ⋅ d A = 0 {\displaystyle \oint _{S}\mathbf {B} \cdot d\mathbf {A} =0} |
Định luật Faraday cho từ trường: | ∇ × E = − ∂ B ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}} | ∮ C E ⋅ d l = − d d t ∫ S B ⋅ d A {\displaystyle \oint _{C}\mathbf {E} \cdot d\mathbf {l} =-\ {d \over dt}\int _{S}\mathbf {B} \cdot d\mathbf {A} } |
Định luật Ampere (với sự bổ sung của Maxwell): | ∇ × H = J + ∂ D ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {H} =\mathbf {J} +{\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t}}} | ∮ C H ⋅ d l = ∫ S J ⋅ d A + d d t ∫ S D ⋅ d A {\displaystyle \oint _{C}\mathbf {H} \cdot d\mathbf {l} =\int _{S}\mathbf {J} \cdot d\mathbf {A} +{d \over dt}\int _{S}\mathbf {D} \cdot d\mathbf {A} } |
Bảng sau đây liệt kê khái niệm của các đại lượng trong hệ đo lường SI:
Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị trong hệ SI |
---|---|---|
E {\displaystyle \mathbf {E} } | Cường độ điện trường | volt / mét |
H {\displaystyle \mathbf {H} } | Cường độ từ trường | ampere / mét |
D {\displaystyle \mathbf {D} } | Độ điện dịch (Điện cảm) | coulomb / mét vuông |
B {\displaystyle \mathbf {B} } | Vectơ cảm ứng từ | tesla, weber / mét vuông |
ρ {\displaystyle \ \rho \ } | Mật độ điện tích, | coulomb / mét khối |
J {\displaystyle \mathbf {J} } | Mật độ dòng điện, | ampere / mét vuông |
d A {\displaystyle d\mathbf {A} } | Vectơ vi phân diện tích A, có hướng vuông góc với mặt S | mét vuông |
d V {\displaystyle dV\ } | Vi phân của thể tích V được bao bọc bởi diện tích S | mét khối |
d l {\displaystyle d\mathbf {l} } | Vectơ vi phân của đường cong, tiếp tuyến với đường kính C bao quanh diện tích S | mét |
∇ ⋅ {\displaystyle \nabla \cdot } (còn gọi là div) | toán tử tính suất tiêu tán: ∇ ⋅ a = ( ∂ a x ∂ x + ∂ a y ∂ y + ∂ a z ∂ z ) {\displaystyle \nabla \cdot {\textbf {a}}=\left({\frac {\partial a_{x}}{\partial x}}+{\frac {\partial a_{y}}{\partial y}}+{\frac {\partial a_{z}}{\partial z}}\right)} | trên mét |
∇ × {\displaystyle \nabla \times } (còn gọi là rot) | toán tử tính độ xoáy cuộn của trường vectơ. | trên mét |
Các đại lượng D và B liên hệ với E và H bởi:
D = ε 0 E + P = ( 1 + χ e ) ε 0 E = ε E {\displaystyle \mathbf {D} \ \ =\ \ \varepsilon _{0}\mathbf {E} +\mathbf {P} \ \ =\ \ (1+\chi _{e})\varepsilon _{0}\mathbf {E} \ \ =\ \ \varepsilon \mathbf {E} } B = μ 0 ( H + M ) = ( 1 + χ m ) μ 0 H = μ H {\displaystyle \mathbf {B} \ \ =\ \ \mu _{0}(\mathbf {H} +\mathbf {M} )\ \ =\ \ (1+\chi _{m})\mu _{0}\mathbf {H} \ \ =\ \ \mu \mathbf {H} }trong đó:
χ e {\displaystyle \chi _{e}} là hệ số cảm ứng điện của môi trường,
χ m {\displaystyle \chi _{m}} là hệ số cảm ứng từ của môi trường,
ε là hằng số điện môi của môi trường, và
μ là hằng số từ môi của môi trường.
Khi hai hằng số ε and μ phụ thuộc vào cường độ điện trường và từ trường, ta có hiện tượng phi tuyến; xem thêm trong các bài hiệu ứng Kerr và hiệu ứng Pockels.)
Trong môi trường tuyến tính, vectơ phân cực điện P (coulomb / mét vuông) và vectơ phân cực từ M (ampere / mét) cho bởi:
P = χ e ε 0 E {\displaystyle \mathbf {P} =\chi _{e}\varepsilon _{0}\mathbf {E} } M = χ m H {\displaystyle \mathbf {M} =\chi _{m}\mathbf {H} }Trong môi trường không tán sắc (các hằng số không phụ thuộc vào tần số của sóng điện từ), và đẳng hướng (không biến đổi đối với phép quay), ε và μ không phụ thuộc vào thời gian, phương trình Maxwell trở thành:
∇ ⋅ ε E = ρ {\displaystyle \nabla \cdot \varepsilon \mathbf {E} =\rho } ∇ ⋅ μ H = 0 {\displaystyle \nabla \cdot \mu \mathbf {H} =0} ∇ × E = − μ ∂ H ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-\mu {\frac {\partial \mathbf {H} }{\partial t}}} ∇ × H = J + ε ∂ E ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {H} =\mathbf {J} +\varepsilon {\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}}Trong môi trường đồng đều (không biến đổi đối với phép tịnh tiến), ε và μ không đổi theo không gian, và có thể được đưa ra ngoài các phép đạo hàm theo không gian.
Trong trường hợp tổng quát, ε và μ có thể là tensor hạng 2 mô tả môi trường lưỡng chiết. Và trong các môi trường tán sắc ε và/hoặc μ phụ thuộc vào tần số ánh sáng (sóng điện từ), những sự phụ thuộc này tuân theo mối liên hệ Kramers-Kronig.
Chân không là môi trường tuyến tính, đồng đẳng (không biến đổi theo phép quay và phép tịnh tiến), không tán sắc, với các hằng số ε0 và μ0 (hiện tượng phi tuyến trong chân không vẫn tồn tại nhưng chỉ quan sát được khi cường độ ánh sáng vượt qua một ngưỡng rất lớn so với giới hạn tuyến tính trong môi trường vật chất).
D = ε 0 E {\displaystyle \mathbf {D} =\varepsilon _{0}\mathbf {E} } B = μ 0 H {\displaystyle \mathbf {B} =\mu _{0}\mathbf {H} }Đồng thời trong chân không không tồn tại điện tích cũng như dòng điện, phương trình Maxwell trở thành:
∇ ⋅ E = 0 {\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {E} =0} ∇ ⋅ H = 0 {\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {H} =0} ∇ × E = − μ 0 ∂ H ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-\mu _{0}{\frac {\partial \mathbf {H} }{\partial t}}} ∇ × H = ε 0 ∂ E ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {H} =\ \ \varepsilon _{0}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}}Những phương trình này có nghiệm đơn giản là các hàm sin và cos mô tả sự truyền sóng điện từ trong chân không, vận tốc truyền sóng là:
c = 1 μ 0 ε 0 {\displaystyle c={\frac {1}{\sqrt {\mu _{0}\varepsilon _{0}}}}}Ký hiệu | Tên | Giá trị | Đơn vị trong hệ SI |
---|---|---|---|
c {\displaystyle c\ } | Vận tốc ánh sáng | 2.998 × 10 8 {\displaystyle 2.998\times 10^{8}} | mét trên giây |
ε 0 {\displaystyle \ \varepsilon _{0}} | Độ điện thẩm chân không | 8.854 × 10 − 12 {\displaystyle 8.854\times 10^{-12}} | fara / mét |
μ 0 {\displaystyle \ \mu _{0}\ } | Độ từ thẩm chân không | 4 π × 10 − 7 {\displaystyle 4\pi \times 10^{-7}} | henry / mét |
Thực đơn
Phương_trình_Maxwell Tóm tắtLiên quan
Phương Mỹ Chi Phương tiện truyền thông mạng xã hội Phương pháp giáo dục Montessori Phương Anh Đào Phương hướng địa lý Phương Thanh Phương tiện truyền thông kỹ thuật số Phương tiện xanh Phương ngữ Thanh Hóa Phương trình bậc haiTài liệu tham khảo
WikiPedia: Phương_trình_Maxwell