物理中的电磁波讲解（电磁波是如何产生的）

随时间变化的电场能产生磁场吗？电磁波是如何产生的，光速又是如何推导出来的？8月26日12时，《张朝阳的物理课》第八十期开播，搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间，先带着网友复习了法拉第电磁感应定律，指出变化的磁场会产生电场。

随后他开始研究变化的电场，利用一个给电容器充电的电路，展现出传统安培环路定理中截面选取的矛盾，之后考虑了变化电场的影响以解决矛盾，同时得到安培麦克斯韦定律，该定律说明随时间变化的电场会产生磁场，并结合前面关于法拉第电磁感应定律的结论，定性解释了电磁波的产生。最后联立麦克斯韦方程组导出了真空波动方程以及电磁波的传播速度。

在上节课中，张朝阳讲解了导线切割磁感线时，洛伦兹力导致的动生电动势等于磁通量的变化率，但导线中没有电场。磁通量的改变除了转动线圈使得有效面积改变之外，还可线圈不动，改变磁感应强度来改变磁通量。实验表明，线圈不动改变磁感应强度B也可以产生电动势，称为感生电动势，并且感生电动势与磁通量的关系也满足动生电动势的公式，电动势与磁通量的关系称为法拉第电磁感应定律，它表明随时间变化的磁场会产生电场。

介绍完了磁场随时间变化的情况，张朝阳开始考虑电场随时间变化的情况。考虑一个给平板电容器充电的电路，调节充电电源的电动势以保证导线中的电流恒定，由于电流不随时间变化，所以可以使用安培环路定理，选择环路对应的截面为导线穿过的截面，那么导线附近的磁场环路积分正比于电流。但如果选择的截面从电容两平板之间的缝隙绕过，并没有接触任何导线，那么如果使用传统的安培环路定理，将得到磁场为零的矛盾结果。

与先前无矛盾的情况相比，在于这时不是静态有电荷积累，利用电荷守恒与无限大平板的电场公式，可以发现电场随时间的变化率正比于导线电流，这说明虽然此时可用电场随时间的变化率来取代原来电流密度的地位，得到原来安培环路定理的形式。对于一般的情况，如果截面内既有电流密度，又有电场随时间的变化，那么截面的积分需要将它们都考虑进了，这就是安培麦克斯韦定律。

法拉第电磁感应定律说明随时间变化的磁场会产生电磁，而安培麦克斯韦定律则表明随时间变化的电场会产生磁场，于是变化的电场会产生磁场，新产生的变化的磁场又会产生电场，如此反复形成电磁波。联立麦克斯韦方程还能导出真空中的波动方程与等于光速的传播速度，这也验证了光就是电磁波的说法。

截至目前，《张朝阳的物理课》已直播八十期，内容丰富、覆盖广泛，理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课，他先是从经典物理学开始，科普了牛顿运动定律等；而后从经典物理的“两朵乌云”说起，向近现代物理过渡，探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域，从基础的薛定谔方程等理论内容，到氢原子波函数，再到气体定容比热的温度阶梯，并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理，推导出飞船运行轨迹，估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度，随后讲解了陀螺的进动，还计算出月球的潮汐高度。而现在开始讲解一些数学工具，准备进军广义相对论。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜：注重推导，通过一步一步详尽的数学计算，推导出相关的物理公式，把每个公式从头到尾拆解得十分清晰。

据了解，《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播，网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”，观看直播及往期完整视频回放；关注“张朝阳的物理课”账号，查看课程中的“知识点”短视频；此外，还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上，阅览每期物理课程的详细文章。

除了《张朝阳的物理课》外，在直播方面，搜狐视频正持续打造知识直播平台，邀请各个科学领域的头部播主入驻，进行科普知识直播。包括中国运载火箭技术研究院专家钱航，直播讲述航空航天事业发展史；北京交通大学理学院教师陈征博士线上开课——“奇趣的科学实验”；中国科学院基因组学博士、元码基因创始人田埂讲解基因组学与生活的紧密联系；天体物理博士刘博洋科普“日全食是怎么产生的”等。未来还将有更多知识播主入驻搜狐视频，一起互动玩转科学。