Друге рівняння Максвелла.
Друге рівняння Максвелла представляється законом повного струму з врахуванням струму зміщення
, (13)
де I - струм, створюваний вільними носіями струму, струм зміщення. Інтегрування проводиться по замкненому контуру , що охоплює поверхню . Зважаючи на те, що
, (14)
рівняння в інтегральній формі матиме вигляд
. (15)
За теоремою Стокса циркуляцію запишемо у вигляді
. (16)
Підставивши цей вираз у (15), одержимо друге рівняння Максвелла в диференціальній формі
. (17)
5. Струм зміщення
Спостерігаючи перезарядження двох куль, з'єднаних провідником, Максвелл виразно побачив, що даний випадок істотно відрізняється від тих явищ, з якими мав справу Ампер у своїй лабораторії. Ампер вимірював силу, з якою діє один провідник на інший, коли по них протікають постійні струми. У розглянутому прикладі струм не буде постійним. Заряд буде перетікати від однієї кулі до іншої, а потім назад, і його рух нагадуватиме рух маятника, який здійснює коливальні рухи. Максвелл зрозумів, що закон Ампера справджується для замкнутих струмів, і порушив питання про те, що відбуватиметься, якщо струм буде незамкнутим. Описуючи так званий "електротонічний стан" Фарадея, Максвелл використовує рівняння нерозривності для замкнутих струмів і пише: "Тому наше дослідження обмежується поки що замкнутими струмами, і ми мало знаємо про дію незамкнутих струмів, що мають здатність до намагнічування".
У наш час ми могли б упевнено стверджувати, з'ясувавши протиріччя у вихідних постулатах теорії, що закон Ампера справджується тільки стосовно постійних і замкнутих струмів. Максвелл припустив, що в закон Ампера потрібно додати ще один член, що відіграє істотну роль, лише коли струми змінюються дуже швидко. Цей член, який Максвелл назвав струмом зміщення і який зникає за тих умов, при яких Ампер проводив свої вимірювання, усуває протиріччя між законом Ампера й законом збереження заряду, надаючи рівнянню електрики й магнетизму симетричного вигляду, тому що цей член описує виникнення магнітного поля під дією змінного електричного поля.
Максвеллівська модифікація закону Ампера привела до того, що рівняння електромагнетизму стали несуперечливими й симетричними: із закону Фарадея випливає, що змінне магнітне поле породжує електричне поле, а тепер, після введення Максвеллом струму зміщення, можна стверджувати, що і змінне електричне поле збуджує магнітне поле.
З різних чисто технічних причин ефекти струму зміщення дуже важко спостерігати, поки швидкість зміни полів не стає дуже великою; знадобилося 20 років, перш ніж Герцу, уже після смерті Максвелла, вдалося одержати перше експериментальне підтвердження теорії Максвелла.
Третє рівняння Максвелла.
Третє рівняння Максвелла випливає з теореми Остроградського - Гауса для індукції електричного поля
, (18)
а саме: потік зміщення електричного поля через довільну замкнену поверхню дорівнює алгебраїчній сумі вільних зарядів, які знаходяться в об'ємі з поверхнею . Заряд із густиною запишемо у вигляді
(19)
і після підстановки (19) у (18) одержимо третє інтегральне рівняння Максвелла
(20)
Застосувавши теорему Гауса для зміщення
, (21)
одержимо третє рівняння Максвелла в диференціальній формі
. (22)