电磁学中极为重要的连续性方程,一个简单的证明


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连续性方程在物理学中是至关重要的 , 因为它告诉我们什么物理量在什么条件下必须守恒 。 就电磁学而言 , 必须守恒的最基本的量是电荷q , 即流经空间某一区域(如电流)的总电荷量 。 连续性方程为:

  • 方程1:微分形式的电荷的连续性方程
其中
是电流密度J的散度(是流过某个横截面积的电流量)和
是电荷密度\uD835\uDFBA在空间各点相对于时间的变化率 。 这是通量守恒的直接结果 。 我们也可以在积分的背景下看这个表达式:在方程的两边对体积进行积分 , 可以得到:
利用导数和积分是线性运算符的事实 , 我们可以从第二项的积分中取出时间导数 。 此外 , 通过对第一项应用散度定理 , 我们可以将方程改写为:
  • 方程2:积分形式的电荷的连续性方程
仔细观察这个表达式 , 我们发现第二项的积分只是封闭表面S内的总电荷 , 即q , 而第一项的积分只是电流I , 结果是:
  • 方程3:电荷守恒
【|电磁学中极为重要的连续性方程,一个简单的证明】这就完成了证明 。 方程1中的连续性方程在电磁学中极为重要 , 特别是电磁波传播和辐射 。

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