                                                                     磁性中國
    在上一章中§15-3節(jié)里從電動勢的角度出發(fā)，將回路中的感應電動勢劃分為兩類，即動生電動勢和感生電動勢。形成動生電動勢的非靜電力是洛倫茲力，那么，形成感生電動勢的非靜電力又是什么呢？這是本節(jié)首先關注的。
    通過實驗觀察會發(fā)現(xiàn)，只要空間的磁場發(fā)生變化，回路中就會有感應電流。顯然，該空間既無庫侖力，也無洛倫茲力，究竟是什么非靜電力使導體回路中的電子運動起來的呢？為了解釋感生電動勢的起源，麥克斯韋提出假設：變化的磁場會在其周圍空間激發(fā)一種電場，該電場稱之為感生電場，又叫渦旋電場，用

來表示?；芈穬?nèi)作定向運動的自由電荷所受的非靜電力，就是變化磁場激發(fā)的渦旋電場力。
麥克斯韋進一步認為，不管有無導體回路存在，變化的磁場所激發(fā)的渦旋電場總是客觀存在的。即空間有兩種形式的電場：由電荷激發(fā)的靜電場和由變化磁場激發(fā)的渦旋電場。

渦旋電場和靜電場的共同之處是它們對電荷都有力的作用，因而它們都可引用電場強度這一物理量來描述。
根據(jù)法拉第電磁感應定律，感生電動勢可表示為

（1）

在渦旋電場中，回路的感生電動勢就是渦旋電場力移動單位正電荷所做的功。所以，感生電動勢又可表示為

（2）

由公式（1）、（2）可得渦旋電場和變化的磁場之間的關系為

（3）

上式表明，在渦旋電場中，對于任意的閉合環(huán)路，

的環(huán)流

，即渦旋電場是不同于靜電場的非保守場。公式中的負號指明了渦旋電場的方向。

見問題討論1、2

    電子感應加速器的基本原理：在電磁鐵的兩極之間安置一個環(huán)形真空室，當用交變電流勵磁電磁鐵時，在環(huán)形室內(nèi)除了有磁場外，還會感生出很強的、同心環(huán)狀的渦旋電場。用電子槍將電子注入環(huán)形室，電子在洛侖茲力的作用下，沿圓形軌道運動，在渦旋電場的作用下被加速。
    所以，電子感應加速器是利用渦旋電場加速電子以獲得高能粒子的一種裝置。
    利用電子感應加速器可以使電子獲得數(shù)十兆甚至數(shù)百兆電子伏的能量。借這種高能電子去轟擊各種靶子（如原子核），可產(chǎn)生γ射線、X射線等，供工業(yè)和醫(yī)療等方面應用。電子感應加速器的制成，對麥克斯韋關于渦旋電場觀點的正確性，是一個有力的證明。

關于靜電場和穩(wěn)恒磁場的基本規(guī)律，可總結歸納成以下四條基本定理：

靜電場的高斯定理：
靜電場的環(huán)路定理：
穩(wěn)恒磁場的高斯定理：
磁場的安培環(huán)路定理：

（1）

上述這些定理都是孤立地給出了靜電場和穩(wěn)恒磁場的規(guī)律，對變化電場和變化磁場并不適用。

麥克斯韋在穩(wěn)恒場理論的基礎上，提出了渦旋電場和位移電流的概念：
1.麥克斯韋提出的渦旋電場的概念，揭示出變化的磁場可以在空間激發(fā)電場，并通過法拉第電磁感應定律得出了二者的關系，即

（2）

上式表明，任何隨時間而變化的磁場，都是和渦旋電場聯(lián)系在一起的。
2.麥克斯韋提出的位移電流的概念，揭示出變化的電場可以在空間激發(fā)磁場，并通過全電流概念的引入，得到了一般形式下的安培環(huán)路定理在真空或介質中的表示形式，即

（3）

上式表明，任何隨時間而變化的電場，都是和磁場聯(lián)系在一起的。
綜合上述兩點可知，變化的電場和變化的磁場彼此不是孤立的，它們永遠密切地聯(lián)系在一起，相互激發(fā)，組成一個統(tǒng)一的電磁場的整體。這就是麥克斯韋電磁場理論的基本概念。

在麥克斯韋電磁場理論中，自由電荷可激發(fā)電場

，變化磁場也可激發(fā)電場

，則在一般情況下，空間任一點的電場強度應該表示為

又由于，穩(wěn)恒電流可激發(fā)磁場

，變化電場也可激發(fā)磁場

，則一般情況下，空間任一點的磁感強度應該表示為

因此，在一般情況下，電磁場的基本規(guī)律中，應該既包含穩(wěn)恒電、磁場的規(guī)律，如方程組（1），也包含變化電磁場的規(guī)律，將兩種電、磁場的規(guī)律合并在一起，就得到電磁場的基本規(guī)律，稱之為麥克斯韋方程組，表示如下

（4）

上述四個方程式稱為麥克斯韋方程組的積分形式。而方程組的微分形式，通常稱為麥克斯韋方程。在麥克斯韋方程組中，電場和磁場已經(jīng)成為一個不可分割的整體。該方程組系統(tǒng)而完整地概括了電磁場的基本規(guī)律，并預言了電磁波的存在。

根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，變化的電磁場可以相互激發(fā)，但是如何產(chǎn)生變化的電磁場呢？
我們知道，一切電場和磁場都來源于電荷及其運動。如果電荷相對于我們作變速運動，那么，其周圍的電場和磁場都將隨時間而變化，從而將引起變化的電磁場在空間的相互激發(fā)，這又稱為電磁輻射。為此，讓我們先來看一個振蕩偶極子所產(chǎn)生的電磁輻射的簡單圖像。

我們知道，給一個線圈通上交變電流，在線圈內(nèi)就會產(chǎn)生變化的磁場；而將一個電容器接在交變電路中，電容器中就會產(chǎn)生變化的電場。因此，將一個自感為L的線圈和一個電容為C的電容器串聯(lián)在電路中就有可能產(chǎn)生變化的的電磁場，這樣的電路如左圖所示，稱為

電路。

電路可以實現(xiàn)電磁振蕩，能產(chǎn)生電磁振蕩的電路稱為振蕩電路。

如左圖所示，將電鍵K合向左邊，把電容器充電到

后，再立即將電鍵K 合向右邊，使電容器和自感線圈接通。這時，電路中就會產(chǎn)生電磁振蕩。
可以將

振蕩電路中的電磁振蕩過程與彈簧振子的振動過程作對比，來說明電磁振蕩是怎樣產(chǎn)生的。
經(jīng)過分析可知：電磁振蕩中電容器帶電后所產(chǎn)生的電勢差，對應于彈簧振子在振動時彈簧伸長或縮短所產(chǎn)生的彈性力，線圈的自感作用對應于彈簧振子的慣性作用。從能量方面考慮，則電能與彈性勢能相對應，而磁能與動能相對應。因此，彈簧振子振動到*大位移處，對應著電容器中的電能達到*大值，而線圈中的磁能為零；彈簧振子振動到平衡位置，對應著線圈中的磁能達到*大值，而電容器中的電能為零。
在

電路中，電能與磁能周而復始地相互轉化著，就形成了電磁振蕩。