Symmetry Analysis of Proper-Time Maxwell's Equations: Invariant Solutions and Physical Implications
本文对Gill和Zachary的原时麦克斯韦方程进行Lie对称性分析,推导出一维不变解并揭示与源相关速度b有关的辐射行为,同时通过守恒定律、奇异性分析和加速电荷模拟扩展该框架,阐明相关效应为坐标效应而非因果律违反。
2025-04-02 physics.class-ph
Direct derivation of Lienard Wiechert potentials, Maxwell's equations and Lorentz force from Coulomb's law
在19世纪,麦克斯韦从三个实验物理定律:库仑定律、安培力定律和法拉第感应定律的知识中推导出麦克斯韦方程组。然而,安培力定律和法拉第定律的理论基础至今仍然未知。此外,洛伦兹力被认为是实验现象,这种力的理论基础仍然是未知的。为了回答这些基本的理论问题,我们推导出Lienard Wiechert势,麦克斯韦方程和洛伦兹力从两个简单的假设:(a)当所有的电荷是在休息的库仑力之间的电荷的行为,和(b)在运动中的电荷引起的扰动传播远离源以有限的速度。在推导过程中既没有用到狭义相对论,也没有用到洛伦兹变换。实际上,所有的电动力学定律,包括洛伦兹力,都可以从库仑定律和时间延迟推导出来。这是通过分析假设的实验来完成的,其中试探电荷处于静止状态,并且先前移动的源电荷在过去的某个时间停止。然后应用本文导出的广义Helmholtz分解定理,将当前时刻作用的库仑力转化为源电荷运动时前一时刻源电荷位置的函数。从这个重新表述的库仑定律的Lienard-Wiechert势和麦克斯韦方程推导。本文第二部分从静电能量守恒原理出发,导出了运动电荷的能量守恒原理。这又是通过使用广义亥姆霍兹分解定理来实现的。从这个动态能量守恒原理导出了洛伦兹力。
2020-12-18 physics.class-ph
Independence of Maxwell's equations: A Bäcklund-transformation view
本文从Bäcklund变换视角审视麦克斯韦方程的独立性,提出将场与源的联系视为变换,并指出电荷守恒与波动方程即其可积性条件。
2023-06-25 physics.class-ph
Are conservation laws independent of field equations?
本文指出在推导电荷守恒定律和物质源守恒定律时存在循环论证,证明源的守恒定律独立于 Maxwell 场方程与 Einstein 场方程。
2023-05-20 physics.class-ph physics.gen-ph
The Lorentz Condition is Equivalent to Maxwell Equations
证明了电磁四维矢量密度A的守恒定律--洛仑兹条件和洛伦兹变换合起来等价于微观麦克斯韦方程组。
2008-11-26 physics.class-ph physics.gen-ph
Temporary Singularities and Axions: an analytic solution that challenges charge conservation
我们通过建立在[物理学基础49,330(2019)]中证明的可能性,构建了违反全局电荷守恒的麦克斯韦方程组的解析解。该结构对于包含临时奇点的时空和包含拟议的“拓扑”轴子场的麦克斯韦电动力学是有效的。因此,它表明,尽管在奇点处“物理学崩溃”,但时空上的物理定律仍然对可能发生的事情施加了限制。此外,可以应用变换光学的概念来表明我们的特定数学解决方案具有更广泛的适用性。
2022-03-16 gr-qc physics.class-ph
Obtaining Maxwell's equations heuristically
本文从运动电荷受洛伦兹力的实验事实出发,应用简单性(仅一阶导数)和线性性(叠加原理)的基本原理,证明了电磁场的微观麦克斯韦方程组的结构可以利用空间反演和时间反演下场的变换性质来推导。利用电荷守恒和电磁波以光速传播的实验事实以及洛伦兹力的伽利略不变性,使我们能够自然地引入任意的电动力学单位。
2012-08-31 physics.class-ph
Linking Maxwell, Helmholtz and Gauss through the Linking Integral
本文以两条曲线的高斯连接积分为出发点,讨论了连续性连续性方程与非齐次麦克斯韦方程组之间的联系。高斯公式在前面已经讨论过了,它可以从恒定电流流过回路所产生的磁场的线积分导出。我们认为,一个纯粹的几何结果-如高斯公式-不能声称是从自然规律,即推导出来的,从麦克斯韦方程中的一个,这是计算磁场的出发点。因此,我们重新讨论高斯公式的推导,这一次是基于亥姆霍兹向量场定理。这样的推导,反过来,有助于阐明像电荷守恒这样的守恒定律和麦克斯韦方程组之间存在的联系。简要讨论了本构方程在构造麦克斯韦电磁学中所起的关键作用。
2004-06-08 physics.class-ph physics.gen-ph
Maxwell's Displacement Current and the Magnetic Field between Capacitor Electrodes
讨论了平行板电容器内部和周围磁场产生的原因。三个可能的争议来源注意到并详细说明。第一个是模糊的初始印象,通过使用安培-麦克斯韦定律的积分形式计算磁场,其中包括位移电流密度。第二种是将这一定律误解为因果公式。第三是没有充分认识到麦克斯韦方程组中的电场代表了明显的无旋场和无发散场的总和,这两个场分别独立地负责电荷守恒和电磁波的存在。
2022-08-16 physics.class-ph
Updating Maxwell with Electrons, Charge, and More Realistic Polarization
麦克斯韦方程组几乎完美地描述了电荷和电力的关系,尽管他写的方程中没有电子和永久电荷。对于麦克斯韦来说,所有的电荷都依赖于电场。电荷的诱导和极化描述了一个单一的介电常数。当涉及物质时,电子、永久电荷和极化都很重要。物质的极化不能用一个单一的介电常数${\varepsilon }_{\mathrm{r}}$来描述。只有真空可以用一个介电常数${\varepsilon }_{\mathrm{0}}$来描述。在这里,麦克斯韦方程被重写,以包括永久电荷和任何类型的极化。重写在某种意义上是微不足道的,在另一种意义上是深刻的,在任何一种情况下都是自以为是的。重写证实了电动力学的合法性。人们不能提前确定没有电子或永久电荷的电动力学理论(就像麦克斯韦方程组一样)是否合法。毕竟,一个理论不能计算由根本不在理论中的电荷(例如电子)产生的场!更新后:(1)麦克斯韦方程组似乎普遍和准确。(2)极化必须明确地描述以在应用中使用麦克斯韦方程。(3)总电流(包括位移电流${\varepsilon }_{\mathrm{0\\ }}\frac{\mathrm{\partial }\boldsymbol{\mathrm{E}}}{\mathrm{\partial }t}$)的守恒变得精确,与物质无关,允许精确定义电路中的电动势EMF。(4)基尔霍夫电流定律变得和麦克斯韦方程组一样精确。(5)总电流守恒需要在各种各样的…
2020-03-02 physics.class-ph
Can Maxwell's equations be obtained from the continuity equation?
我们制定了一个存在定理,指出,给定本地化的标量和矢量的时间依赖源满足连续性方程,存在两个延迟场,满足一组四个场方程。如果将该定理应用于通常的电磁电荷和电流密度,则延迟场与电场和磁场等同,并且相关的场方程与麦克斯韦方程组等同。这个定理的应用表明,电荷守恒可以被认为是麦克斯韦方程组的基本假设。
2008-12-28 physics.class-ph
An axiomatic approach to Maxwell's equations
本文提出了麦克斯韦方程组的一种公理化方法。这种方法的基础是一个定理制定的两套功能定位在空间和时间。如果每个集合满足一个连续性方程,则定理为每个函数提供了一个积分表示。这个定理的一个推论产生了具有磁单极子的麦克斯韦方程组。指出因果原理和电荷、磁荷守恒是这些方程的最基本的物理公理。这个推论的另一个应用是物质介质中的麦克斯韦方程。该定理也制定在闵可夫斯基时空和应用得到的协变形式的麦克斯韦方程组与磁单极子和麦克斯韦方程组的协变形式的物质介质。该方法利用了波动方程的无限空间格林函数,因此适用于电动力学的高级课程。
2016-08-02 physics.class-ph
Axiomatics of classical electrodynamics and its relation to gauge field theory
我们给出了一个简洁的公理介绍到经典电动力学的基本结构:它是基于电荷守恒,洛伦兹力,磁通量守恒,并存在本地和线性本构关系。用$D^i$和$H_i$表示的{ \it非齐次}麦克斯韦方程组是电荷守恒的结果,而用$E_i$和$B^i$表示的{ \it齐次}麦克斯韦方程组是从磁通量守恒和狭义相对论理论导出的。激发$D^i$和$H_i$通过本构关系与场强$E_i$和$B^i$相关联。最后,我们指出了这种公理化方法与规范场理论框架的关系。
2005-06-29 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
How to obtain the covariant form of Maxwell's equations from the continuity equation
从电荷的连续性方程出发,导出了协变的麦克斯韦方程组。这一结果提供了一个公理化的方法,麦克斯韦方程组中,电荷守恒被强调为这些方程的基本公理。
2009-12-26 physics.class-ph physics.gen-ph
A gentle introduction to the foundations of classical electrodynamics: The meaning of the excitations (D,H) and the field strengths (E, B)
概述了电磁理论的公理结构。我们将把经典电动力学建立在(1)电荷守恒、(2)洛伦兹力、(3)磁通量守恒和(4)麦克斯韦-洛仑兹时空关系的基础上。这就产生了麦克斯韦方程组。除其他外,还将得出电场和磁场的解释和尺寸的结果。
2000-09-08 gr-qc physics.class-ph
Dielectric Dilemma
科学家们面临着一个介电困境,因为麦克斯韦方程组是通常写的很差的近似值,只有一个介电常数。因此麦克斯韦方程组在涉及离子溶液甚至固体的许多应用中不够精确。这个难题可以通过重新推导电流守恒来部分解决,其中电流现在被定义为包括“真空的极化”$ε_0 \frac{\partial E}{\partial t}$。在我们电子技术的一维电路中,电流守恒成为基尔霍夫电流定律。有了这个定义,基尔霍夫定律在麦克斯韦方程组成立的时候就成立,这就解释了为什么这些定律能够描述在纳秒内切换的电路。
2019-02-04 physics.class-ph
Conservation Laws in Generalized Riemann-Silberstein Electrodynamics
从用Riemann-Silberstein矢量表示的正、负螺旋度麦克斯韦方程组出发,导出了10个常用的和10个附加的庞加莱{é}不变量,后者与电磁自旋有关,即:电磁场的固有旋转或极化状态。这些不变量中的一些显然没有在以前的文献中讨论过。
2008-05-09 physics.class-ph physics.optics
On the boundary-value problems and the validity of the Post constraint in modern electromagnetism
我们记得,电磁学理论由三个基本组成部分组成:(a)电和磁激发的非齐次麦克斯韦方程组$(D,H)$(反映电荷守恒),(b)电和磁场强度的齐次麦克斯韦方程组$(E,B)$(反映通量守恒),以及(c)$(D,H)$和$(E,B)$之间的本构关系。在最近的论文\cite{Lakhtakia1}中,Lakhtakia提出改变电动力学中的标准边界条件,以排除某些本构参数。我们表明,这是不允许的,无论是从宏观和微观的观点。
2007-07-07 physics.class-ph physics.optics
Maxwell's equations are universal for locally conserved quantities
经典电磁学的一个基本结果是麦克斯韦方程组意味着电荷是局部守恒的。在这里,我们表明相反:当地的电荷守恒意味着当地存在的领域满足麦克斯韦方程组。这适用于任何满足连续性方程的守恒量。它是通过这里提出的庞加莱引理的一个强形式得到的,该引理指出:无发散的多向量场在平坦流形上局部具有无卷曲的反导数。上面的逆命题是这个引理在时空中无发散向量场情形中的应用。我们还提供了条件下,结果推广到弯曲的流形。
2019-06-04 math-ph math.MP physics.class-ph
Viscoelastic flows with conservation laws
在这项工作中,我们提出了第一个对称双曲守恒律守恒律组来描述粘弹性流动的麦克斯韦流体,即流体的记忆,其特征在于由一个松弛时间参数。准确地说,系统的准线性偏微分方程详细的浅水区,即在重力作用下的静水不可压缩的自由表面的二维流动。它将圣维南系统推广到麦克斯韦流体的粘弹性流动,并包含了F。布舒特它还概括了(薄层)弹性动力学的超弹性材料的粘性流体,和各种流变之间的固体和液体状态,可以制定使用我们的新变量作为材料parameter.The新的粘弹性流动模型有许多潜在的应用,除了落入(对称双曲)系统的守恒律的理论框架。在计算流变学中,它提供了一种新的方法来解决高魏森伯格数问题(HWNP)。对于瞬变地球物理流,它提供了一个并行兼容的数值模拟的前景,与离散体积(FV)说。此外,本文提出了一种新的连续介质模型的FV离散化,以精确我们的想法,包括。解决方案的物理意义。最后通过数值模拟给出了展望。
2019-08-09 cs.NA math.AP math.NA
Electromagnetic momentum and the energy-momentum tensor in a linear medium with magnetic and dielectric properties
在连续介质中,能量-动量张量体现了能量守恒、线动量守恒和角动量守恒之间的关系。利用具有完整运动方程的线性封闭系统中定义明确的总能量和总动量,构造了具有磁性和介电性质的静止简单线性材料的总能量-动量张量,该材料由穿过梯度折射率减反射膜的准单色光脉冲照射.围绕亚伯拉罕和闵可夫斯基动量的令人困惑的问题被完全用守恒原理、总能量和总动量来处理。基于无痕、对称的总能量动量张量的物质四散度,我们导出了宏观场的电磁连续性方程和运动方程。我们确定宏观麦克斯韦方程组和守恒原理的连续形式之间的矛盾。我们解决的矛盾,这是实际的根本问题的亚伯拉罕-闵可夫斯基的争议,通过构建一个统一的版本的连续电动力学是基于建立之间的一致性三维麦克斯韦方程组宏观场,电磁连续性方程,四个发散的总能量动量张量,以及简单线性介质中宏观场电动力学的四维张量公式。
2015-02-11 physics.class-ph physics.optics
Generally Covariant Maxwell Theory for Media with a Local Response: Progress since 2000
近几十年来,工程师、物理学家和数学家越来越倾向于将麦克斯韦方程组转化为一般的协变形式。这对于理解电动力学的基本结构(电荷和磁通量守恒)特别有用。此外,它非常适合将其应用于具有局部(主要是线性)响应行为的介质。我们试图收集从这一发展中产生的新知识。我们想请EMTS 2016的参与者告知我们在审查中可能忽略的工作。
2016-03-27 gr-qc physics.class-ph