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麦克斯韦方程组是电磁学的核心理论，由四个基本方程组成。这些方程描述了电场和磁场如何相互作用，以及它们如何随时间和空间变化。图中蓝色箭头表示电场，红色箭头表示磁场。麦克斯韦方程组不仅统一了电学和磁学，还预言了电磁波的存在。
高斯电场定律是麦克斯韦方程组的第一个方程。它表明电场的散度等于电荷密度除以真空介电常数。积分形式告诉我们，通过任意闭合曲面的电通量等于该曲面内包含的总电荷除以真空介电常数。图中显示了点电荷周围的电场线和高斯面，绿色箭头表示通过曲面的电通量。
高斯磁场定律是麦克斯韦方程组的第二个方程。它表明磁场的散度恒为零，这意味着不存在磁单极子。磁场线总是闭合的，从磁铁的北极出发，绕回到南极。无论选择什么样的闭合曲面，通过该曲面的磁通量总是为零，因为进入曲面的磁场线数量总是等于离开曲面的磁场线数量。
法拉第电磁感应定律是麦克斯韦方程组的第三个方程。它表明变化的磁场会产生电场，电场的旋度等于磁场变化率的负值。图中红色符号表示磁场，叉号表示磁场指向纸面内，圆点表示磁场指向纸面外。当磁场发生变化时，会在周围产生环形的感应电场，蓝色箭头表示这个感应电场的方向。
安培-麦克斯韦定律是第四个也是最后一个麦克斯韦方程。它表明不仅电流能产生磁场，变化的电场也能产生磁场。这个方程完成了电磁场理论的统一。麦克斯韦在原有安培定律基础上加入了位移电流项，使得方程组能够预言电磁波的存在。正是这四个方程的完美结合，揭示了光的电磁波本质，奠定了现代电磁学和光学的理论基础。