3.3 光的电磁理论在线视频

虽然托马斯杨已经弄清了光是一种波

但它到底是一种什么波呢

这还是由后面麦克斯韦得到的

下面介绍光的电磁理论

在麦克斯韦总结了电和磁相关的规律

在电和磁的方程当中加了一项

最后得到一个麦克斯韦方程组

我们看这个第一个方程叫高斯定理

▽·D=ρ

它的物理意义是说电场之源为电荷

第二个方程▽·B=0

叫磁场的高斯定理

它表明磁场无源成旋涡

第三个法拉第电磁感应定律

（见公式）

它的物理含义是说时变磁场生电场

第四个安培定律的方程

（见公式）

其中的j表示电流密度

第（二项）是位移电流密度

这个方程它的物理意义是

时变电场生磁场

这样的方程在物理学当中

像诗一样的对称之美

歌德曾有一首诗赞叹道

写下这些记号的难道是凡人吗

麦克斯韦在这组方程的基础上

对真空进行了处理

在真空的情况下就变成▽·E=0

▽·B=0

▽×E=﹣∂B/∂t

▽×B=μ0ε0×∂E/∂t

然后对后面两个叉乘的方程式

分别用一个▽劈形算符

去叉乘两边

用▽×B这个方程

则对时间求偏导

最后得到这样的一组方程

而这个方程实际上

跟波动方程具有一模一样的形式

根据这些方程它得到电磁波的传播速度就是光速c

（见公式）

这些方程当然并不要求我们理解它的意义

大家只需要知道通过这样的处理

它得到了这样一个波动方程一样的形式

由此麦克斯韦推测光是一种电磁波

这是他在1864年写的文章当中说的一段话

他说电磁波的速率如此接近光速

当比较小到小数点后面更多位时

看来我们有充分的理由断定

光本身含热辐射和其他的任何辐射

就是通过遵循电磁定律的电磁场中

以波的形式传播的一种电磁扰动

麦克斯韦方程组

展示了电 磁和光的世界特有的和谐优美的关系

他相信存在着一种特殊的介质来承载电磁波

这种特殊的介质就是所谓的以太

遗憾的是

麦克斯韦的生命没有延续到

他的理论受到辩护的时刻

直到1888年赫兹才成功地制造了电磁波

这就是赫兹

后来赫兹的妻子伊丽莎白写道

赫兹在星光下有一种近乎骄傲的自信

他自认为是全世界唯一了解星光是什么的人

在他看来满天的星光

是远方的发光体遵照一定的规律

向地球输送的不同频率的电磁波

星夜不只是美丽的

而且是严守秩序的

下面我们就来看一下

赫兹当年发现电磁波的装置

这是1887年赫兹设计的

产生和探测无线电波的装置

左侧为电火花发生转换的装置

也称震荡器

它是由带火花隙的电偶极子天线

而这个电偶极子天线则跟感应线圈相连

感应线圈可以产生高压脉冲

给电偶极子供电

右侧则为一个接收器

这个接收器也叫检波器

它是由带火花隙的环形线圈所组成

右侧是其中一个检波器

它的火花隙间隔可以调至毫米的量级

这是偶极子天线的结构

有两个直径分别为30厘米的锌球构成

中间由长为一米的铜导线与火花隙分别相连

当电路当中感应线圈的电流突然中断

电火花隙之间就会产生火花

电荷便经由电火花隙在锌板之间振荡

在暗室的远端墙壁上覆盖有锌板

它可以使入射波与反射波叠加而得到驻波

当赫兹移动环形检波器

在距振荡器十米远的时候

小火花在检波器当中产生了

这样就可以得到电磁波的波长

在得到波长之后

再根据相应的振荡频率就可以推出

电磁波的传播速度等于光速

至此光的本性的神秘面纱被赫兹揭开了

光是一种电磁波