Như chúng ta đã biết, dòng điện sinh ra từ trường, và ngược lại, từ trường biến đổi cũng sinh ra dòng điện. Như vậy giữa dòng điện và từ trường có mối quan hệ biến đổi tương hổ rất khăng khít. Đi sâu nghiên cứu mối quan hệ đó, Maxwell đã phát hiện ra rằng: không phải chỉ giữa dòng điện và từ trường, mà cơ bản là, giữa điện trường và từ trường có mối quan hệ khăng khít đó. Kết quả nghiên cứu ấy được tổng kết thành hai luận điểm, gọi là luận điểm thứ nhất và luận điểm thứ hai của Maxwell.Từ đó, Maxwell
Đề tài : Vật chất và Vận động trong vật lý học
đã xây dựng nên lý thuyết về trường điện từ - dạng thống nhất bao gồm cả điện trường và từ trường.
4.3.1.Luận điểm thứ nhất của Maxwell
Phát biểu: “bất kỳ một từ trường nào biến đổi theo thời gian cũng sinh ra một điện trường xoáy”
Phương trình Maxwell – Faraday
• Dạng vi phân của nó có dạng:
Hình 4.6.Từ trường biến thiên theo thời gian sinh ra điện trường xoáy.
lưu ý : Điện trường xoáy trong trường hợp này có bản chất khác với điện trường tĩnh do một điện tích đứng yên gây ra.
4.3.2.Luận điểm thứ hai của Maxwell
Phát biểu : “bất kỳ một điện trường nào biến đổi theo thời gian cũng sinh ra một từ trường (luận điểm này đã được thực nghiệm chứng minh)”
Như vậy, nếu theo luận điểm thứ nhất, từ trường có thể sinh ra điện trường thì với luận điểm thứ hai, Maxwell đã khẳng định rằng, ngược lại, điện trường có thể sinh ra từ trường. Ở đây, cần lưu ý là điện trường nói chung có thể không đồng đều trong không gian, nghĩa là nó có thể biến đổi từ điểm này sang điểm khác ; nhưng theo luận điểm thứ
Đề tài : Vật chất và Vận động trong vật lý học
hai của Maxwell, sự biến đổi này của điện trường không sinh ra từ trường mà chỉ có sự
biến đổi của nó theo thời gian mới sinh ra từ trường.
Phương trình Maxwell – Ampe • Dạng tích phân :
• Dạng vi phân :
Trong đó : là vecto mật độ dòng điện dẫn. : gọi là vecto mật độ dòng điện dịch.
Maxwell cho rằng từ trường không phải chỉ do dòng điện dẫn sinh ra mà còn do điện trường biến đổi theo thời gian (tức dòng điện dịch) sinh ra nữa. Vì vậy, Maxwell đã đưa ra khái niệm dòng điện toàn phần là tổng của dòng điện dẫn và dòng điện dịch.
Hay nói khác hơn, phương trình (4.9) nói lên mối liên hệ giữa từ trường và dòng điện toàn phần.
Hình 4.7.Giả thuyết về dòng điện dịch sinh ra từ trường.
4.4.Kết luận
Đề tài : Vật chất và Vận động trong vật lý học
Vậy trong không gian, điện trường và từ trường có thể đồng thời tồn tại, duy trì lẫn nhau và liên hệ chặt chẽ với nhau trong một trường thống nhất gọi chung là trường điện từ. Trường điện từ là một dạng của đặc biệt của vật chất bên cạnh trường hấp dẫn mà ta đã biết, nó cũng có năng lượng như các trường khác.
Sự vận động trong điện từ học biểu hiện rõ nét nhất ở hai sự biến đổi tương hổ giữa điện trường và từ trường. Điện trường biến đổi sinh ra từ trường, ngược lại từ trường biến đổi lại sinh ra Điện trường, quy chung lại nguyên nhân sinh ra sự biến đổi đó là sự chuyển động hay đứng yên của các hạt điện tích (hay hạt mang điện). Điện tích đứng yên sinh ra điện trường, còn điện tích chuyển động thì sinh ra từ trường. Hay nói khác hơn sự vận động của điện tích chính là nguyên nhân sinh ra các sự biến đổi điện từ.
Đề tài : Vật chất và Vận động trong vật lý học