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如何求解一般情況的麥克斯韋方程組?《張朝陽的物理課》求解動態情況的電磁勢

時間:2022-09-06 22:38  來源:中國網  編輯:葉知秋   閱讀量:13128   

9月4日12點,《張朝陽物理教程》第八十二期上線搜狐創始人,董事長兼CEO張朝陽坐在搜狐視頻直播間,與網友探討將電磁場表示為電磁勢的意義,并用簡單的方程求解技巧和發散定理求解靜電荷產生的靜電勢

然后,討論了一般情況麥克斯韋方程組在洛倫茲規范下用電磁勢表示發現電勢和磁矢勢所滿足的方程形式相同,用類似靜電勢的求解方法求解電磁勢關于電荷電流密度的表達式

張朝陽把電磁理論分為三層第一層是電勢和磁矢勢,第二層是電磁場,由第一層的時空偏導數得到,而第三層的物理量由第二層的時空偏導數得到第二層的電磁場是實際可觀測的測量,第三層對應的是更具體更全面的物理量雖然第一層的電磁勢目前沒有物理意義,但是第一層的物理量不僅很小,而且可以用來推導第二層和第三層的物理量,在構建理論體系上有很多優勢因此,有必要研究麥克斯韋方程組在一樓的表達式

上節課,張朝陽已經解決了靜磁矢勢關于電流密度的表達式這節課解了關于電荷密度的勢的表達式

張朝陽先求出原點處的電荷濃度,再用狄拉克函數描述電荷密度在非原點處,勢是一個簡單的拉普拉斯方程,利用球坐標系,勢與離原點的距離成反比為了進一步得到比例系數,在方程的兩邊同時進行球面積分利用散度定理可以得到勢項,利用狄拉克函數性質可以得到電荷密度,最后可以計算出比例系數

然后張朝陽開始考慮一般情況下麥克斯韋方程組的求解首先用麥克斯韋方程組的兩個方程來定義廣義電勢和磁矢勢然后將麥克斯韋方程組的另外兩個方程用電磁勢表示,并采用洛侖茲規范,使方程對稱,簡潔,易于求解之后我們開始求解原點處隨時間變化的點電荷產生的電勢,這樣非原點處的方程就變成了波動方程

為了進一步得到波函數,采用類似于靜態情況的方法對電勢方程進行球積分,但球體積趨于零,所以電勢的時間偏導數沒有貢獻利用散度定理和狄拉克函數的性質,得到波函數和電荷函數之間的關系然后利用疊加原理得到了一般勢方程的解由于磁矢勢方程的形式與勢方程的形式相同,因此可以類比勢的表達式得到磁矢勢方程的解最后用電荷電流密度表示電磁勢,也可以用電磁勢得到電磁場

截至目前,《張朝陽的物理課》已直播80余次,每周五,周日中午12點在搜狐視頻直播其風格重在推導,通過一步一步的詳細數學計算,推導出相關的物理公式

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