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1、【電磁學發展簡史】一. 早期的電磁學研究 ? ? ?早期的電磁學研究比較零散，下面按照時間順序將主要事件列出如下:1650年，德國物理學家格里凱在對靜電研究的基礎上，制造了第一臺摩擦起電機。

2、1720年，格雷研究了電的傳導現象，發現了導體與絕緣體的區別，同時也發現了靜電感應現象。

3、1733年，杜菲經過實驗區分出兩種電荷，稱為松脂電和玻璃電，即現在的負電和正電。

4、他還總結出靜電相互作用的基本特征，同性排斥，異性相吸。

5、1745年，荷蘭萊頓大學(圖1)的穆欣布羅克和德國的克萊斯特發明了一種能存儲電荷的裝置-萊頓瓶，它和起電機一樣，意義重大，為電的實驗研究提供了基本的實驗工具。

6、1752年，美國科學家富蘭克林對放電現象進行了研究，他冒著生命危險進行了著名的風箏實驗，發明了避雷針。

7、 ? ? ?1777年，法國物理學家庫侖通過研究毛發和金屬絲的扭轉彈性而發明了扭秤，如圖2所示。

8、1785-1786年，他用這種扭秤測量了電荷之間的作用力，并且從牛頓的萬有引力規律得到啟發，用類比的方法得到了電荷相互作用力與距離的平反成反比的規律，后來被稱為庫侖定律。

9、 ? ? ?在早期的電磁學研究中，還值得提到的一個科學家是大家都已經在中學物理課本中學過的歐姆定律的創立者-歐姆。

10、歐姆,1787年3月16日生于德國埃爾蘭根城，父親是鎖匠。

11、父親自學了數學和物理方面的知識，并教給少年時期的歐姆，喚起了歐姆對科學的興趣。

12、16歲時他進入埃爾蘭根大學研究數學、物理與哲學，由于經濟困難，中途綴學，到1813年才完成博士學業。

13、歐姆是一個很有天才和科學抱負的人，他長期擔任中學教師，由于缺少資料和儀器，給他的研究工作帶來不少困難，但他在孤獨與困難的環境中始終堅持不懈地進行科學研究，自己動手制作儀器。

14、 ? ? ?歐姆對導線中的電流進行了研究。

15、他從傅立葉發現的熱傳導規律受到啟發，導熱桿中兩點間的熱流正比于這兩點間的溫度差。

16、因而歐姆認為，電流現象與此相似，猜想導線中兩點之間的電流也許正比于它們之間的某種驅動力，即現在所稱的電動勢，并且花了很大的精力在這方面進行研究。

17、開始他用伏打電堆作電源，但是因為電流不穩定，效果不好。

18、后來他接受別人的建議改用溫差電池作電源，從而保證了電流的穩定性。

19、但是如何測量電流的大小，這在當時還是一個沒有解決的難題。

20、開始，歐姆利用電流的熱效應，用熱脹冷縮的方法來測量電流，但這種方法難以得到精確的結果。

21、后來他把奧斯特關于電流磁效應的發現和庫侖扭秤結合起來，巧妙地設計了一個電流扭秤，用一根扭絲懸掛一磁針，讓通電導線和磁針都沿子午線方向平行放置。

22、再用鉍和銅溫差電池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用兩個水銀槽作電極，與銅線相連。

23、當導線中通過電流時，磁針的偏轉角與導線中的電流成正比。

24、實驗中他用粗細相同、長度不同的八根銅導線進行了測量，得出了歐姆定律，也就是通過導體的電流與電勢差成正比與電阻成反比。

25、這個結果發表于1826年，次年他又出版了《關于電路的數學研究》，給出了歐姆定律的理論推導。

26、 ? ? ?歐姆定律發現初期，許多物理學家不能正確理解和評價這一發現，并遭到懷疑和尖銳的批評。

27、研究成果被忽視，經濟極其困難，使歐姆精神抑郁。

28、直到1841年英國皇家學會授予他最高榮譽的科普利金牌，才引起德國科學界的重視。

29、二.安培和法拉第奠定了電動力學基礎 ? ? ?1820年間，奧斯特在給學生講課時，意外地發現了電流的小磁針偏轉的現象。

30、其實驗示意圖如圖4所示，當導線通電流時，小磁針產生了偏轉。

31、這個消息傳到巴黎后，啟發了法國物理學家安培。

32、他思考，既然磁與磁之間、電流與磁之間都有作用力，那么電流與電流之間是否也存在作用力呢?他重復了奧斯特的實驗，幾天后向巴黎科學院提交了第一篇論文，提出了磁針轉動方向與電流方向的關系，就是大家在高中學習過的右手定則。

33、再一周后，他向科學院提交了第二篇論文，在該文中，他討論了平行載流導線之間的相互作用問題。

34、同時，他還發現如果給兩個螺線管通電流，它們就會象兩個條形磁鐵一樣相互吸引或者排斥。

35、1822年，安培在實驗的基礎上，以嚴密數學形式表述了電流產生磁力的基本定律，即安培定律。

36、該定律表明，兩個電流元的作用力與它們之間距離的平方成反比，與庫侖定律很類似，但是它們作用力的方向卻要由右手定則來判斷。

37、安培通過研究電流和磁鐵的磁力情況，他認為磁鐵的磁力在本質上和電流的磁力是一樣的，提出了著名的安培分子電流假說。

38、如圖5所示，該假說認為在物體內部的每個微粒都有一個環形電流，它們實際上就相當于一個小磁針，當這些小磁針的磁性排列一致時，就體現出宏觀磁性。

39、這一假說在當時不被人們看重，一直到了70年后人們才真的發現了這種帶電粒子，證明了安培假說的正確性。

40、 ? ? ?既然電流有磁效應，那么磁是否也會有電流效應呢?根據物理的相互作用原理，這個結果應該是顯然的，因此不少人為此做了很多實驗，試圖發現磁的電流效應。

41、但是這個現象直到奧斯特發現電流磁效應的10多年后，才被英國物理學家法拉第和美國物理學家亨利發現。

42、 ? ? ?法拉第，1791年9月22日生在一個手工工人家庭，家里人沒有特別的文化，而且頗為貧窮。

43、法拉第的父親是一個鐵匠。

44、法拉第小時候受到的學校教育是很差的。

45、十三歲時，他就到一家裝訂和出售書籍兼營文具生意的鋪子里當了學徒。

46、但與眾不同的是他除了裝訂書籍外，還經常閱讀它們。

47、他的老板也鼓勵他，有一位顧客還送給了他一些聽倫敦皇家學院講演的聽講證。

48、1812年冬季一天，正當拿破侖的軍隊在俄羅斯平原上遭到潰敗的時候，一位二十一歲的青年人來到了倫敦皇家學院，他要求和著名的院長戴維見面談話。

49、作為自薦書，他帶來了一本簿子，里面是他聽戴維講演時記下的筆記。

50、這本簿子裝訂得整齊美觀，這位青年給戴維留下了很好的印象。

51、戴維正好缺少一位助手，不久他就雇用了這位申請者，從此，法拉第開始步入科學的殿堂。

52、 ? ? ?法拉第是一個偉大的實驗物理學家，他在電磁學方面的主要貢獻就是現在稱之為法拉第電磁感應定律，并且提出了力線和場的概念。

53、前面提到的安培和奧斯特等人的工作說明了電和磁之間存在著必然的聯系，法拉第發現的電磁感應定律比他們前進了一大步。

54、他用實驗證明了電不僅可以轉化為磁，磁也同樣可以轉變為電。

55、運動中的電能感應出磁，同樣運動中的磁也能感應出電。

56、法拉第的發現為大規模利用電力提供了基礎，后來人們利用法拉第電磁感應定律制造了感應發電機，從此蒸氣機時代進入了電氣化時代。

57、1831年，法拉第用鐵粉做實驗，形象地證明了磁力線的存在。

58、他指出，這種力線不是幾何的，而是一種具有物理性質的客觀存在。

59、從這個實驗說明，電荷或者磁極周圍空間并不是以前那樣認為是一無所有的、空虛的，而是充滿了向各個方向散發的這種力線。

60、他把這種力線存在的空間稱之為場，各種力就是通過這種場進行傳遞的。

61、 ? ? 法拉第將他的一生所做的實驗進行了總結，寫出了《電學實驗研究》。

62、由于法拉第基本上不懂數學，在這部著作中人們幾乎找不到一個數學公式，以至于有人認為它只是一本關于電磁學的實驗報告。

63、但是，正是因為他不懂數學，他才不得不想盡方法用簡單易懂的語言來表達高深的物理規律，才有力線和場這樣簡明而優美的概念。

64、法拉第同時還是一個出色的科普演講家。

65、他的這個不懂數學的缺陷恰好被他的后來者麥克斯韋所彌補，建立了完美的電磁學理論。

66、 ? ? ?同時，法拉第具有深刻的哲學思想和幾何學和空間上的洞察力。

67、他的善于持久思考的能力，正好補償了他數學上的不足。

68、在他留下來的筆記中，有下面一段話:“我一直冥思苦索什么是使哲學家獲得成功的條件。

69、是勤奮和堅韌精神加上良好的感覺能力和機智嗎?……但是，我長期以來為我們實驗室尋找天才卻從未找到過。

70、不過我看到了許多人，如果他們真能嚴格要求自己，我想他們已成為有成就的實驗哲學家了。

71、”開爾文勛爵對法拉第非常了解，他在紀念法拉第的文章中說:“他的敏捷和活躍的品質，難以用言語形容。

72、他的天才光輝四射，使他的出現呈現出智慧之光，他的神態有一種獨特之美，這有幸在他家里或者皇家學院見過他的任何人都會感覺到的，從思想最深刻的哲學家到最質樸的兒童。

73、”二. 麥克斯韋的電動力學 ? ? ?麥克斯韋出生于蘇格蘭愛丁堡的一個名門望族。

74、他從小便顯露出出色的數學才能。

75、他在14歲就在英國《愛丁堡皇家學會學報》上發表數學論文，獲得了愛丁堡學院的數學獎。

76、后來，麥克斯韋給英國皇家學會送去了兩篇論文，但是皇家學會以“不適宜一個穿夾克的小孩登上這里的講臺”為理由讓別人代為宣讀論文。

77、1850年，麥克斯韋考入了劍橋大學三一學院，主攻數學和物理。

78、1854年以優異的成績畢業。

79、1871年回到了母校擔任實驗物理教授。

80、 ? ? ?法拉第精于實驗研究，麥克斯韋擅長于理論分析概括，他們相輔相成，導致了科學上的重大突破。

81、1855年，24歲的麥克斯韋發表了他的論文《論法拉第的力線》，對法拉第的力線概念進行了數學分析。

82、1862年，他繼續發表了《論物理的力線》。

83、在這篇論文中，他不但解釋了法拉第的實驗研究結果，而且還發展了法拉第的場的思想，提出了渦旋電場和位移電流的概念，初步提出了完整的電磁學理論。

84、 ? ? ?1873年，麥克斯韋完成了電磁理論的經典著作《電磁學通論》，建立了著名的麥克斯韋方程組，以非常優美簡潔的數學語言概括了全部電磁現象。

85、這一方程組有積分形式和微分形式。

86、其積分形式有四個等式組成。

87、 ，就是說通過任意閉合曲面的電通量等于它包圍住的自由電荷的代數和 ，說明在任何電場中電場強度沿著任意閉合曲線的積分等于通過此閉合曲線包圍面積的磁通量隨時間變化律的負值。

88、 ，即在任何磁場中，通過任意封閉曲面的磁通量等于零。

89、 ，說明任何磁場中磁場強度沿著任意閉合曲線的積分等于通過此閉合曲線所包圍面積內的全電流。

90、 ? ? ?麥克斯韋方程組把電荷、電流、磁場和電場的變化用數學公式全部統一起來了。

91、從該方程組可以知道，變化的磁場能夠產生電場，變化的電場能產生磁場，它們將以波動的形式在空間傳播，如圖8所示，因此麥克斯韋預言了電磁波的存在，并且推導出電磁波傳播速度就是光速，因此他也同時說明了光波就是一種特殊的電磁波。

92、這樣，麥克斯韋方程組的建立就標志著完整的電磁學理論體系的建立，《電磁學通論》的科學價值可以與牛頓的《自然哲學的數學原理》相媲美。

93、 ? ? ?通過麥克斯韋的科學經歷，我們可以看到數學在物理學科中的重要作用。

94、麥克斯韋精通數學，他用精確的數學語言把實驗結果升華為理論，用數學完美的形式使得法拉第的實驗結果更加和諧美麗，顯示了數學的巨大威力。

95、 ? ? ?由于沒有實驗的驗證，麥克斯韋理論當時得不到大多數科學家的理解。

96、物理學家勞厄說:“象赫爾姆赫茲和玻爾茲曼這樣有異常才能的人為了理解它也需要花幾年的力氣。

97、”因此，支持他理論的科學家就更加少了。

98、1883年，赫茲注意到一個有關的新研究，有人提出，如果電磁波存在，那么萊頓瓶在振蕩放電的時候，應該產生電磁波。

99、1886年，赫茲在進行放電實驗時，發現近傍一個沒有閉和的線圈也出現了火花，他得到啟發，很快制出了可以檢測電磁波的電波環。

100、如圖9所示，電波環的結構非常簡單，在一根彎成環狀的粗銅線兩端，安上兩個金屬球，小球間的距離可以進行調整。

101、赫茲經歷了無數次失敗，不斷改變實驗設計和裝置，反復調整實驗儀器。

102、終于觀察到，調節電波環的兩個金屬球之間的間隙，當感應圈兩極的金屬球之間有火花跳過時，可以使在電波環的間隙處也有火花跳過，這樣，他就終于檢測到了電磁波。

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