电动力学
麦克斯韦方程组
在模型 A 中考察麦克斯韦方程组的场几何,再切换到模型 B 观察自持电磁波 ,并用滑块检验 。
器材
- 在场几何与电磁波之间切换的“模型 A”“模型 B”按钮
- “振幅/源”与“波长/比例”滑块
- “频率/速度”与“视角/系数”滑块
- 两幅可旋转 3D 图与“暂停”按钮
实验步骤
读取四个方程的场几何
在“模型 A”中拖动旋转并改变“振幅/源”:辨认从电荷发出或终止的电力线()与闭合的磁力线()。橙色与青色区分两个矢量方向。
观察自持电磁波
切换到“模型 B”,在某一时刻按“暂停”:在图上验证 与 相互垂直、同相,且都垂直于传播方向——这正是法拉第与安培–麦克斯韦方程的平面波解。
检验 c = λf 与视角
增大“频率/速度”,可见“波长/比例”须相应缩短以保持 ;用“视角/系数”旋转波面观察偏振方向。由此推断 的作用:麦克斯韦预言 恰等于光速。
模拟
实验历史
在 1861–62 年的论文与 1865 年的综合中,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦整合了库仑、安培特别是法拉第电磁感应(1831)的定律,并加入“位移电流”使方程组闭合。该综合预言了以 传播的自持电磁场波,恰与测得的光速相符——这是光为电磁波的第一个证据。
1887–88 年,海因里希·赫兹在实验室中产生并探测到无线电波,证实了麦克斯韦的预言。四方程的简洁矢量形式主要归功于奥利弗·赫维赛德(1884);本模拟定性地描绘的正是方程组所编码的场结构与波。