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动手玩一玩

光看文字不够直观?下面三个小实验,你直接用鼠标拖动滑块——看电流一开磁场怎样绕着导线转、看电场与磁场怎样互相垂直地一起前进、看加热之后分子速率分布怎样整体右移。

🔗 实验一 · 电流一开,磁场绕着导线转

奥斯特发现:导线通电时,旁边的小磁针会偏转。拖动“电流强度”,看导线周围那一圈圈环形磁力线怎样变密变强。

通电导线周围的磁场

可拖动

磁场是一圈圈闭合的圆环,套在导线外面——越靠近导线越强。

先猜一猜:导线周围的小磁针,是顺着导线偏转,还是绕着导线转圈?

颜色含义通电直导线环形磁力线暖色(橙/琥珀)=主体、被观察的对象(虚线框=系列通用约定)
🧠 看明白了吗?

把导线竖直拿着,右手握住它、拇指指向电流方向,四指环绕的方向就是磁场方向——这就是安培定则。麦克斯韦要做的,是把这条“绕圈的磁场”和法拉第的“动起来才有的电”写成同一组方程。详见 麦克斯韦方程组:把电、磁、光写成一体

🌊 实验二 · 电磁波:电场和磁场一起向前跑

电场上下振动,磁场垂直于纸面振动,两者互相垂直、步调一致地向前传播。拖动“频率”与“振幅”,看这条波怎样随参数变化。

E ⊥ B,一起传播

可拖动

E 与 B 同相、互相垂直,方向由 E×B 决定,速度是光速。

先猜一猜:电场和磁场是轮流出现、你等我我等你,还是同时一起到达?

颜色含义电场 E(上下振)磁场 B(垂直纸面振)暖色(橙/琥珀)=主体、被观察的对象(虚线框=系列通用约定)
🧠 看明白了吗?

麦克斯韦算出这条波的速度正好是 3×10⁸ m/s——和光速一样。于是他断定:光本身就是电磁波。这是物理学史上最漂亮的一次“顺手发现”。详见 光,原来是一种电磁波

📊 实验三 · 分子速率分布:加热之后整群右移

气体分子的速率参差不齐。拖动“温度”,看分布曲线怎样右移、变矮变宽——以及跑得够快的分子比例怎样猛增。

麦克斯韦速率分布

可拖动

温度越高,峰越靠右、曲线越矮越宽;高能分子比例急剧上升。

先猜一猜:给气体加热,跑得特别快的分子比例是慢慢上升,还是猛增?

颜色含义灰虚线=原来的温度橙=现在的温度阴影=速率超过门槛的分子
🧠 看明白了吗?

注意阴影部分:温度只升高一点,“跑得快”的分子比例却成倍增长——这就是为什么温度每升高 10℃,反应速率往往快一倍。详见 气体动理论:分子在乱窜

读麦克斯韦方程组:把电、磁、光写成一体 → 读光,原来是一种电磁波 → 读气体动理论:分子在乱窜 → 读土星环:为什么不会散? →