如何从麦克斯韦方程中推导出电磁波？

大家好，在上一篇文章中，我们回顾了以下内容 麦克斯韦方程组. 这组公式被评为 2020 年最美丽的公式，与 牛顿力学公式, 爱因斯坦的质能方程和 欧拉公式.

有的学生可能会问，除了那些复杂的数学符号，不就是"...... "吗？

• 高斯电定律
• 高斯磁定律
• 法拉第电磁感应定律
• 安培环路定律?

是的，这就是令人兴奋的地方。

突破：位移电流可预测电磁波

这个方程式 预言了电磁波的存在 并开创了无线时代。

这款 红色部分 等式中的 位移电流密度也由 JD表示通过单位面积的位移电流。

这 位移电流是独立的 安培环路定理中的传导电流。它由麦克斯韦提出，以解决将安培定律应用于 非稳流证明了这一点：

• 不仅 恒定电流 能产生磁场
• 但也 变化的电场 能产生磁场

那么，对于变化的电场和变化的磁场来说，就是你中有我，我中有你，这是什么呢？这不就是电磁波吗？是的，麦克斯韦方程组的伟大之处在于，通过简单的数学推导，我们就能得到电磁场的波方程。

让我们一起推导：

为了简单起见，我们最终给出了一维被动条件下的电场方程，即完全电场波方程。同时，根据麦克斯韦方程④，我们还可以推导出磁场的波方程。我们将最简单的一维无源电磁场波方程整理如下、

这个波方程的波速 v 是真空中的光速 ≈ 3*10^8 米/秒

麦克斯韦的预测和赫兹的证实

当麦克斯韦首次预言电磁波的存在并提出 光本身就是一种电磁波科学界对此深表怀疑。

直到 1888, 麦克斯韦去世九年后这意味着 赫兹 通过实验证实了电磁波的存在。他还利用 驻波法并将结果发表在

"论空气中的电磁波及其反射"

但确认波速并不一定意味着 光波是电磁波.

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赫兹的进一步证明

在随后的实验中，赫兹验证了这一点：

• 反思
• 折射
• 聚焦
• 干扰
• 衍射
• 极化

......电磁波 - 并指出：

电磁波是横波 -
具有与光波完全相同的特性

只有在那时 麦克斯韦预言 完全被科学界接受。

费曼和爱因斯坦谈麦克斯韦的天才

费曼曾在他的 物理讲座:

"光--这个既普通又难以捉摸的东西--是如此重要和神秘，以至于在撰写《创世纪》时，上帝需要一个特殊的日子来创造它。但当麦克斯韦完成他的发现时，他可以说："只要有电和磁，就会有光"

爱因斯坦的相对论也是 深受麦克斯韦影响特别是在以下方面

光速不变性

电磁对称性

时空对称性

麦克斯韦的遗产与射频工程的未来

这款 历史的进程充满曲折.直到赫兹的实验取得成功，麦克斯韦才被公认为牛顿之后最伟大的数学物理学家。

爱因斯坦曾发出这样的感叹：

"物理学家花了很多年才理解麦克斯韦发现的全部意义。直到赫兹通过实验证实了电磁波的存在，他的天才才被打败"。

从库仑到射频工程师

电磁学理论是 绮楼.

• 花了 110年 从 库仑定理（1785 年） 至 赫兹实验（1888 年）.
• 安培、高斯和法拉第 奠定了坚实的基础。
• 麦克斯韦 建造的。
• 赫兹 通过实验证明了这一点。

而今天--我们的工作是 射频工程师和天线开发人员 是为了

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