从加速运动介质中的法拉第电磁感应定律到拓展的麦克斯韦方程组

在经典电动力学中,无论相对运动的是观察者或是有几何形状的介质,一般教材中默认它们进行匀速直线运动(即惯性参考系);所以,狭义相对论(洛伦兹变换)可以方便地描述真空中带电粒子的电磁场变化规律.在工程应用中,介质一般有不同的形状和大小,更多情况下进行的是加速运动.最近有关运动介质的纳米发电机实验表明,为描述工程中带电介质变速运动时的电磁场动力学变化规律,有必要对麦克斯韦方程组进行拓展.因此,对于低速运动介质且在忽略相对论效应的情况下,我们系统地构建了研究加速运动介质电磁现象的动生麦克斯韦方程组.本文首先概括了动生麦克斯韦方程组的最新研究进展,接着深入探讨加速运动介质系统中的法拉第电磁感应定律.我们发现:费曼物理讲义中列举的“反通量法则”的例子正是由于不可忽略几何形状的介质的运动引起,描述介质加速运动的(v_(r)×B)项没有被包含在经典的麦克斯韦方程组关于电磁感应定律的表达式中.这是拓展麦克斯韦方程组的一个典型例证.所以,介质运动是产生电磁波的源之一(动生电);对于一个不可忽略几何尺寸和体积的介质,无论其是否有加速度,描述介质内部的电动力学现象使用动生麦克斯韦方程组.另外,动生麦克斯韦方程组把传统的电磁发电机理论与描述电磁波的麦克斯韦方程组两种不同情况有机结合并统一描述出来.最后,对动生麦克斯韦方程组和经典麦克斯韦方程组之间的四个主要区别进行了总结,提出了近场电动力学与远场电动力学的相关概念.

非匀速运动物体系统的动生麦克斯韦方程组理论

从实际工程应用角度出发,我们构建了非匀速运动介质(物体)系统中的动生麦克斯韦方程组(Maxwell’s equations for a mechano-driven media system),拟解决在非惯性系中低速变速运动介质以及介质形状和边界随时间/空间变化时电磁场的动力学演化规律.本文概括总结了动生麦克斯韦方程组理论的核心内容,包括方程组的构建背景、物理图像、基本特点、与经典方程组之间的区别和联系、求解方法、潜在应用范围等.深入探讨了动生麦克斯韦方程组和经典麦克斯韦方程组之间的四个主要区别,并提出近场电动力学与远场电动力学的基本概念.最后,对动生麦克斯韦方程组在科学和技术方面的潜在影响进行分析和展望.