时域有限差分

时域有限差分法（Finite-DifferenceTime-Domain,FDTD）是电磁场计算领域的一种常用方法。时域有限差分法由K.S.Yee在1966年在其论文《Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations inisotropic media》中提出，其模型基础就是电动力学中最基本的麦克斯韦方程（Maxwell'sequation）。在FDTD方法提出之后，随着计算技术，特别是电子计算机技术的发展，FDTD方法得到了长足的发展，在电磁学，电子学，光学等领域都得到了广泛的应用。

简介时域有限差分法（Finite-DifferenceTime-Domain,FDTD）是电磁场计算领域的一种常用方法。时域有限差分法由K.S.Yee在1966年在其论文《NumericalsolutionofinitialboundaryvalueproblemsinvolvingMaxwell'sequationsinisotropicmedia》中提出，其模型基础就是电动力学中最基本的麦克斯韦方程（Maxwell'sequation）。在FDTD方法提出之后，随着计算技术，特别是电子计算机技术的发展，FDTD方法得到了长足的发展，在电磁学，电子学，光学等领域都得到了广泛的应用。1

电磁场电磁场（electromagneticfield）是由带电粒子的运动而产生的一种物理场。处于电磁场的带电粒子会受到电磁场的作用力。电磁场与带电粒子（电荷或电流）之间的相互作用可以用麦克斯韦方程组和洛伦兹力定律来描述。

电磁场可以被视为电场和磁场的连结。追根究底，电场是由电荷产生的，磁场是由移动的电荷（电流）产生的。对于耦合的电场和磁场，根据法拉第电磁感应定律，电场会随着含时磁场而改变；又根据麦克斯韦-安培方程，磁场会随着含时电场而改变。这样，形成了传播于空间的电磁波，又称光波。无线电波或红外线是较低频率的电磁波；紫外光或X-射线是较高频率的电磁波。

电磁场涉及的基本相互作用是电磁相互作用。这是大自然的四个基本作用之一。其它三个是重力相互作用，弱相互作用和强相互作用。电磁场倚靠电磁波传播于空间。

从经典角度，电磁场可以被视为一种连续平滑的场，以类波动的方式传播。从量子力学角度，电磁场是量子化的，是由许多个单独粒子构成的。1

麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组（英语：Maxwell'sequations）是一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。该方程组由四个方程组成，分别是描述电荷如何产生电场的高斯定律、表明磁单极子不存在的高斯磁定律、解释时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律，以及说明电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律。麦克斯韦方程组是因英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦而命名。麦克斯韦在19世纪60年代构想出这方程组的早期形式。

在不同的领域会使用到不同形式的麦克斯韦方程组。例如，在高能物理学与引力物理学里，通常会用到时空表述的麦克斯韦方程组版本。这种表述建立于结合时间与空间在一起的爱因斯坦时空概念，而不是三维空间与第四维时间各自独立展现的牛顿绝对时空概念。爱因斯坦的时空表述明显地符合狭义相对论与广义相对论。在量子力学里，基于电势与磁势的麦克斯韦方程组版本比较获人们青睐。

自从20世纪中期以来，物理学者已明白麦克斯韦方程组不是精确规律，精确的描述需要借助更能显示背后物理基础的量子电动力学理论，而麦克斯韦方程组只是它的一种经典场论近似。尽管如此，对于大多数日常生活中涉及的案例，通过麦克斯韦方程组计算获得的解答跟精确解答的分歧甚为微小。而对于非经典光、双光子散射、量子光学与许多其它与光子或虚光子相关的现象，麦克斯韦方程组不能给出接近实际情况的解答。

从麦克斯韦方程组，可以推论出光波是电磁波。麦克斯韦方程组和洛伦兹力方程是经典电磁学的基础方程。得益于这一组基础方程以及相关理论，许多现代的电力科技与电子科技得以被发明并快速发展。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所