電磁學(xué)的發(fā)展

1、第3章 電磁學(xué)的發(fā)展 從摩擦起電和磁石引鐵開(kāi)始 前6、7 世紀(jì)：發(fā)現(xiàn)磁石吸鐵、磁石指南、摩擦生電。1600年：英國(guó)人吉爾伯特出版磁石，認(rèn)為電和磁是截然無(wú)關(guān)的現(xiàn)象。1660年：格里凱發(fā)明摩擦起電機(jī)1745年：發(fā)明萊頓瓶。 3.1 歷史概述1750年：米切爾提出磁極之間的作用力服從平方反比定律。1785年：庫(kù)侖公布了用扭秤實(shí)驗(yàn)得到電力的平方反比定律。1780年：伽伐尼發(fā)現(xiàn)動(dòng)物電1800年：伏打發(fā)明電堆1820年：奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)。3.1 歷史概述1820年：安培提出右手定則，解釋地磁起因，建立了安培定律。1831年：法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，證實(shí)了電與磁的統(tǒng)一性。電磁的近距作用理論。1826年：確

2、定歐姆定律。1865 ：麥克斯韋建立電磁場(chǎng)理論，預(yù)測(cè)了光的電磁性質(zhì)大綜合。3.1 歷史概述3.2早期的磁學(xué)和電學(xué)研究從摩擦起電和磁石引鐵開(kāi)始。指南針。司南，春秋戰(zhàn)國(guó)1600年，英國(guó)醫(yī)生吉爾伯特(William Gilbert, 15401603)作出了第一批系統(tǒng)的研究工作。出版了英國(guó)的第一部科學(xué)著作磁石。1660年左右，德國(guó)科學(xué)家格里凱(16021686)發(fā)明摩擦起電機(jī)（帶有轉(zhuǎn)動(dòng)軸的硫磺球）。1729年，英國(guó)的格雷（16701736），引入導(dǎo)體概念1733年，法國(guó)的杜菲（16981739）發(fā)現(xiàn)絕緣的金屬也可以通過(guò)摩擦的辦法起電，認(rèn)為所有的物體都可以摩擦起電。3.2早期的磁學(xué)和電學(xué)研究對(duì)磁現(xiàn)象的

3、研究-“小地球”實(shí)驗(yàn)： 在論磁性、磁體和巨大地磁體書(shū)中，記錄了他把一塊大天然磁石磨成球形，把小磁針?lè)旁谇虻谋砻?，發(fā)現(xiàn)小磁針的方向和在地球上的情況完全一樣。由此他認(rèn)為，地球本身就是一個(gè)大磁體，存在南北兩磁極。并且存在同性磁極相斥，異性磁極相吸。萊頓瓶 1745年，荷蘭萊頓大學(xué)教授馬森布洛克（Musschenbrock)發(fā)明了收集電荷的萊頓瓶。1746年：德國(guó)的克萊斯特和荷蘭穆欣布羅克幾乎同時(shí)發(fā)明萊頓瓶一種儲(chǔ)存電的玻璃瓶。1746年：富蘭克林（17061790）近10年的電學(xué)研究。證明閃電是一種電現(xiàn)象從云中收集電荷給萊頓瓶充電,得到電火花，證明天電和地電一致。發(fā)現(xiàn)了電荷守恒定律1750年，“電不因

4、摩擦玻璃管而創(chuàng)生，而只是從摩擦者轉(zhuǎn)移到了玻璃管，摩擦者失去的電與玻璃管獲得的電嚴(yán)格相同”電荷守恒原理。3.2早期的磁學(xué)和電學(xué)研究3.3 庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn)1755年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)，電荷只分布在導(dǎo)體表面，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有靜電效應(yīng)。1767年，的普列斯特利(英，17331804)推論：“電的吸引遵從與萬(wàn)有引力相同的定律”1771年，卡文迪什（英，1731-1810）由電荷只分布在帶電體表面的事實(shí)，推測(cè)出電吸引力或排斥力“很可能反比于電荷間距離的平方”。卡文迪什在電學(xué)方面的絕大部分研究成果都沒(méi)有及時(shí)發(fā)表,對(duì)于電學(xué)研究的歷史發(fā)展沒(méi)有起到實(shí)際的作用。1785年至1789年間，法國(guó)軍事工程師庫(kù)侖（17361806

5、）通過(guò)扭秤實(shí)驗(yàn)和電擺實(shí)驗(yàn)研究了靜電的排斥力和吸引力，發(fā)表了4篇關(guān)于電學(xué)研究的論文，得出庫(kù)侖定律。庫(kù)侖還分別通過(guò)扭秤法和擺動(dòng)法來(lái)測(cè)定磁力，也得出了同距離平方成反比的規(guī)律。庫(kù)侖定律的建立，使電磁學(xué)進(jìn)入了定量研究。 3.3 庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn)3.3 庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn)3.4動(dòng)物電的研究和伏打電堆的發(fā)明發(fā)現(xiàn)電流的第一人：1791年，伽伐尼（意）在青蛙身上發(fā)現(xiàn)“動(dòng)物電”電流。電流的發(fā)現(xiàn)，把電學(xué)的研究工作從靜電推進(jìn)到動(dòng)電的領(lǐng)域。電池的發(fā)明：意大利物理學(xué)家伏打（A. Volta, 1745-1827）1792年，重復(fù)了伽伐尼的實(shí)驗(yàn)。否定了伽伐尼動(dòng)物電說(shuō)。認(rèn)為電來(lái)自兩種不同金屬的接觸。只要將相聯(lián)接的兩種金屬浸在液體或

6、潮濕的物質(zhì)中，就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。1800年，制成了伏打電池。得到了拿破侖授予的金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?。并成為法?guó)科學(xué)院的院士。伏打的電堆能夠提供萊頓瓶無(wú)法給出的持續(xù)而強(qiáng)大的電流，為研究電流的各種效應(yīng)提供了條件。從此電學(xué)進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期。3.4動(dòng)物電的研究和伏打電堆的發(fā)明出生:1745年2月18日 米蘭公國(guó)科莫逝世:1827年3月5日 （82歲） 倫巴第-威尼斯王國(guó)科莫職業(yè):物理學(xué)家目前已知的全球第一個(gè)電池Drawing of Alessandro Voltas voltaic pile, invented in 1800, the first electric battery. It was built o

7、f many individual cells, each consisting of a disk of copper and a disk of zinc or silver separated by a disk of cloth soaked in acid or brine. A 23 cell pile like this would have produced around 36 volts. Alterations: removed captionVoltas original illustation of a Crown of Cups and a Voltaic pile

8、batteries. Published in 18003.5電流的磁效應(yīng)吉爾伯特正確地區(qū)分了電力和磁力，但把它們視作無(wú)關(guān)的兩種現(xiàn)象。這種認(rèn)識(shí)持續(xù)了二百多年。1735年，一份刊物上記載了雷電使刀、鋼針磁化的現(xiàn)象。1751年，富蘭克林也發(fā)現(xiàn)了用萊頓瓶放電的方法可以使鋼針磁化或退磁。1820年丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特(17771851)發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)。電磁學(xué)進(jìn)入到一個(gè)迅速發(fā)展的時(shí)期。3.5電流的磁效應(yīng)1812年，奧斯特發(fā)表了關(guān)于化學(xué)力和電力的同一性的研究，總結(jié)了他關(guān)于電、伽伐尼電流、磁、光、熱及化學(xué)親和力的研究成果。推測(cè)電流或許就會(huì)產(chǎn)生磁效應(yīng)。1820年4月，奧斯特在一次講課中，發(fā)現(xiàn)磁針在通電導(dǎo)線的作

9、用下動(dòng)了一下!這才恍然大悟，原來(lái)以前總把電流的磁力想象為縱向，實(shí)際應(yīng)為橫向。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，查明了電流具有磁效應(yīng)。1820年7月21日，發(fā)表了電流對(duì)磁針的作用的實(shí)驗(yàn)。重大意義：第一個(gè)解釋出了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系。為電報(bào)和電機(jī)的發(fā)明開(kāi)辟了道路。為電磁場(chǎng)理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 3.5電流的磁效應(yīng)奧斯特的發(fā)現(xiàn)與牛頓力學(xué)的基本原理是尖銳矛盾的。牛頓力學(xué)認(rèn)為自然界的力只能是作用于物體連線上的吸引或排斥“中心力”，奧斯特的所發(fā)現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)力”。打破了電與磁的無(wú)關(guān)性的傳統(tǒng)信條。3.5電流的磁效應(yīng)3.6 安培奠定電動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)奧斯特的新發(fā)現(xiàn)使法國(guó)的安培、阿拉果、畢奧、薩伐爾等人作出迅速反應(yīng)。安培的一篇論文（9月18日

10、）：提出了著名的右手定則；還提出磁鐵類似于有電流流通的線圈。用實(shí)驗(yàn)證明了線圈對(duì)磁鐵有作用，進(jìn)而又考察了線圈之間的相互作用。在發(fā)現(xiàn)圓電流的相互作用后，安培轉(zhuǎn)而研究線電流的相互作用。 為了把一切磁的現(xiàn)象都?xì)w結(jié)為電流間的相互作用，安培提出了著名的分子電流假說(shuō)。這是一個(gè)超越了他的時(shí)代的假說(shuō)。3.6 安培奠定電動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)安培定律的提出為解釋奧斯特效應(yīng)，安培把磁的本質(zhì)歸結(jié)為電流，認(rèn)為所有電磁作用都是電流與電流的作用，稱為“電動(dòng)力”。為了把當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的電磁作用定律綜合成一個(gè)系統(tǒng)的理論體系，安培像牛頓把質(zhì)量分解為無(wú)數(shù)質(zhì)點(diǎn)那樣，把電流設(shè)想為無(wú)數(shù)電流元的集合，認(rèn)為只要找到電流元之間相互作用力的關(guān)系式，就可以通過(guò)數(shù)

11、學(xué)方法推導(dǎo)出所有電磁現(xiàn)象的定量結(jié)果。安培認(rèn)為最核心的概念應(yīng)該是與質(zhì)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的實(shí)體“電流元”以及它們之間超距作用的有心力，他把這種理論稱之為“電動(dòng)力學(xué)”。3.6 安培奠定電動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)從1820年10月開(kāi)始尋找“電流元”之間的作用力公式1820年12月4日，提出了著名的安培定律又一個(gè)平方反比規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，是人們對(duì)大自然力之間的內(nèi)在聯(lián)系有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。安培的工作，為以后電動(dòng)力學(xué)的研究和發(fā)展，開(kāi)拓了一個(gè)新的基礎(chǔ)。1827年，安培才推導(dǎo)出安培定律中的系數(shù)K。3.6 安培奠定電動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)安培一開(kāi)始就決心嚴(yán)格地參照牛頓力學(xué)的全套方法處理電磁現(xiàn)象。他說(shuō)：“首先觀察事實(shí)，盡可能地變換條件以精確的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)這一步

12、，以便推導(dǎo)出以經(jīng)驗(yàn)為唯一基礎(chǔ)的一般定律，并獨(dú)立于所有關(guān)于產(chǎn)生現(xiàn)象的力的性質(zhì)的假說(shuō)來(lái)推導(dǎo)這些力的數(shù)學(xué)值，也就是獲得表示它們的公式。這就是牛頓所走過(guò)的道路，也是對(duì)物理學(xué)作出重大貢獻(xiàn)的法蘭西學(xué)術(shù)界近年普遍遵循的途徑。同樣，它也引導(dǎo)著我全力投入到電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的研究中?！彼f(shuō)的“牛頓所走過(guò)的道路”，即從觀察運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象入手，通過(guò)精確的實(shí)驗(yàn)研究以找到關(guān)于力的規(guī)律，然后再以這些力的規(guī)律對(duì)有關(guān)自然現(xiàn)象作出解釋和預(yù)測(cè)。所以安培認(rèn)為最核心的概念應(yīng)該是與質(zhì)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的實(shí)體“電流元”以及它們之間超距作用的有心力，他把這種理論稱之為“電動(dòng)力學(xué)”。安培 (1775-1836)3.6 安培奠定電動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)麥克斯韋對(duì)安培的評(píng)價(jià)：

13、“安培借以建立電流之間機(jī)械作用定律的實(shí)驗(yàn)研究，是科學(xué)上最輝煌的成就之一” ?！罢麄€(gè)的理論和實(shí)驗(yàn)看來(lái)似乎是從這位電學(xué)中的牛頓 的頭腦中跳出來(lái)的并且已經(jīng)成熟和完全裝備完了的，它在形式上是完整的，在準(zhǔn)確性方面是無(wú)懈可擊的，并且它匯總成為一個(gè)必將永遠(yuǎn)是電動(dòng)力學(xué)的基本公式的關(guān)系式，由之可以導(dǎo)出一切現(xiàn)象?！?.6 安培奠定電動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)歐姆，德國(guó)人，家境貧困，中斷大學(xué)學(xué)業(yè)后當(dāng)了中學(xué)老師。后被慕尼黑大學(xué)任命為教授。3.7 歐姆定律的發(fā)現(xiàn)歐姆在傅里葉的熱傳導(dǎo)理論的啟發(fā)下進(jìn)行電學(xué)研究。傅里葉假設(shè)導(dǎo)熱桿中兩點(diǎn)之間的熱流量與這兩點(diǎn)的溫度差成正比，然后用數(shù)學(xué)方法建立了熱傳導(dǎo)定律。歐姆將付里葉在熱學(xué)中提出的熱流、熱阻，類

14、比電學(xué)中的電流、電阻，溫度差類比電勢(shì)差，猜想導(dǎo)線中兩點(diǎn)之間電流也許正比于這兩點(diǎn)的某種推動(dòng)力之差。歐姆稱之為電張力（electric tension）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在1826年發(fā)現(xiàn)了歐姆定律，由此與電流相關(guān)的物理量可以測(cè)定和推出。3.7 歐姆定律的發(fā)現(xiàn)歐姆開(kāi)始用伏打電堆作電源。1821 年塞貝克發(fā)明溫差電偶后，改用溫差電偶做電源。1826 年，歐姆先后發(fā)表了兩篇論文。第一篇題為：論金屬傳導(dǎo)接觸電的定律及伏打儀器和希外格爾倍加器的理論，報(bào)導(dǎo)了他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第二篇題為由伽伐尼電力產(chǎn)生的電現(xiàn)象的理論，仿照傅里葉的熱傳導(dǎo)理論，從理論上推出歐姆定律。1827 年，歐姆發(fā)表用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的伽伐尼電路一書(shū)，嚴(yán)格

15、推導(dǎo)了電路定律。 3.7 歐姆定律的發(fā)現(xiàn)小結(jié)吉爾伯特：正確地區(qū)分了電力和磁力的同時(shí)，認(rèn)為電和磁是兩種截然無(wú)關(guān)的現(xiàn)象，這個(gè)論斷影響了二百多年。1660年，德國(guó)格里凱發(fā)明摩擦起電機(jī)。德國(guó)克萊斯特和荷蘭穆欣布羅克于1745、1746年發(fā)明萊頓瓶，提供了儲(chǔ)存電的有效方法。1746年，富蘭克林證明了證明天電和地電的一致。發(fā)現(xiàn)了電荷守恒定律 。1767年，英國(guó)普列斯特利推論：“電的吸引遵從與萬(wàn)有引力相同的定律，即按距離的平方而變化”他是真正從實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)進(jìn)行科學(xué)論證而提出電力反平方律的第一人。1771年，卡文迪什已推測(cè)出電力 “很可能反比于電荷間距離的平方”。17851789年，庫(kù)侖得出完整的庫(kù)侖定律。靜

16、電力平方反比定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作，一直進(jìn)行著。1971年測(cè)量出，同2的差值約小于310-16 。1791年伽伐尼發(fā)現(xiàn)電流，從靜電到動(dòng)電。1792-1800，伏打發(fā)明電堆。1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，電磁學(xué)研究進(jìn)入一個(gè)迅速發(fā)展的時(shí)期。 奧斯特的發(fā)現(xiàn)引起的普遍思考：能不能用磁體使導(dǎo)線中產(chǎn)生出電流來(lái)？ 邁克爾法拉第(Michael Faraday,17911867)19世紀(jì)電磁學(xué)領(lǐng)域最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。鐵匠的兒子，兄妹10人。小學(xué)沒(méi)畢業(yè)就失學(xué)，當(dāng)了裝訂工。后成為戴維助手。1821年受任為皇家研究所試驗(yàn)室主任。1824年被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。1825年任皇家研究院院長(zhǎng)。 3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)法拉

17、第的貢獻(xiàn)主要貢獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)；提出力線的思想，為場(chǎng)的理論建立作出貢獻(xiàn)；對(duì)光的磁化、電流的化學(xué)現(xiàn)象、反磁性發(fā)現(xiàn)等有獨(dú)到見(jiàn)解。廣泛的研究課題 鐵合金研究（18181824）；氯和碳的化合物（1820）；電磁轉(zhuǎn)動(dòng)（1821）；氣體液化（1823，1845）；光學(xué)玻璃（18251831）；苯的發(fā)現(xiàn)（1825）；電磁感應(yīng)現(xiàn)象（1831）；不同來(lái)源的電的同一性（1832）；電化學(xué)分解（1832年起）；靜電學(xué)，電介質(zhì)（1835年起）；氣體放電（1835年）；光、電和磁（1845年起）；抗磁性（1845年起）；“射線振動(dòng)思想”（1846年起）；重力和電（1849年起）；時(shí)間和磁性（1857年起）。3.8電磁感

18、應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1830年以前，法拉第主要是一位化學(xué)家 。具有卓越的化學(xué)才能和工藝才能。化學(xué)著作：1827年出版化學(xué)操作（六百多頁(yè)）。電學(xué)和其他研究之外唯一的書(shū)。3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)其他人關(guān)于電磁感應(yīng)的探索：菲涅耳、安培、阿拉果、科拉頓等。3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)日內(nèi)瓦年輕的科拉頓（Jeans Deniel Colladon, 18021892）在1825年曾試圖用一塊磁鐵在螺線管中移動(dòng)使線圈中產(chǎn)生出感應(yīng)電流。為了排除磁鐵移動(dòng)對(duì)靈敏電流計(jì)的影響，他用很長(zhǎng)的導(dǎo)線把連接于螺線管的電流計(jì)放在另一個(gè)房間內(nèi)，他在兩個(gè)房間里跑來(lái)跑去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)：1831年8月29日，當(dāng)開(kāi)關(guān)合上有電

19、流通過(guò)線圈A的瞬間，小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，隨后又停在原來(lái)的位置上.。法拉第想到這就是他尋找近十年的由磁產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，并稱之為“伏打電感應(yīng)”。3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)10月17日，他在一個(gè)圓紙筒上繞了多層線圈，將一個(gè)圓柱形的磁棒插入線圈的一端。然后把磁棒迅速地插入螺線圈中，這時(shí)線圈所連的電流計(jì)的指針動(dòng)了；抽出磁棒時(shí).。每次把磁棒塞進(jìn)或抽出時(shí)，這種效應(yīng)都會(huì)重現(xiàn)，這就是所謂“磁電感應(yīng)”現(xiàn)象。1831年11月24日，向皇家學(xué)會(huì)提交報(bào)告，把這種現(xiàn)象定名為“電磁感應(yīng)”，并概括了五種類型：變化的電流，變化的磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)恒電流，運(yùn)動(dòng)的磁鐵，磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。1831年11月和1832年1月，提出了“電緊張態(tài)”和“

20、磁力線”兩個(gè)新概念。 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的思考，意識(shí)到了磁力線的傳播是需要時(shí)間的。引入了“電力線”的概念，設(shè)想電力也像磁力一樣是通過(guò)力線傳播的。1851年，論文論磁力線，系統(tǒng)地闡述了他所用到的概念，總結(jié)了電磁感應(yīng)定律。3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)法拉第的力線思想：電荷和磁極周圍的空間充滿了力線，靠力線將電荷（或磁極）聯(lián)系在一起。力線就象是從電荷（或磁極）發(fā)出、又落到電荷（或磁極）的一根根皮筋一樣，具有在長(zhǎng)度方向力圖收縮，在側(cè)向力圖擴(kuò)張的趨勢(shì)。法拉第力線的實(shí)質(zhì)是場(chǎng)，是近距理論的核心。3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)鐵屑顯示的磁力線。取自法拉第的實(shí)驗(yàn)筆記，他在筆記中把鐵屑固定下來(lái)。這種圖象幫助法拉第證明和發(fā)展了場(chǎng)的概念

21、。3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)他設(shè)想，在帶電體、磁體和電流周圍的空間存在著某種由電或磁產(chǎn)生的象以太那樣的連續(xù)介質(zhì)，起著傳遞電力和磁力的媒介作用，并稱其為“電場(chǎng)”和“磁場(chǎng)”。第一次提出的作為近距作用的“場(chǎng)”的概念。類比流體力學(xué)，對(duì)場(chǎng)的物理圖象作了直觀的描述。他關(guān)于力線和場(chǎng)的概念，對(duì)傳統(tǒng)的科學(xué)觀念是一個(gè)重大突破，把近距媒遞作用觀念引進(jìn)了物理學(xué)中，對(duì)電磁學(xué)以及整個(gè)物理學(xué)的發(fā)展都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。勞厄：“正確理解電磁現(xiàn)象的帶路人”。 3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1845年，他用強(qiáng)電磁鐵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)對(duì)磁力的作用類似于介質(zhì)對(duì)電力的作用。定義了“抗磁體”和“順磁體”。并發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在順磁體或抗磁體中，磁力線都是連續(xù)的

22、曲線，不存在作為“極”的力線的終點(diǎn)。 3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1833年11月，楞茨（俄）得出“楞茨定律” 。1847年,赫姆霍茲揭示出，楞茨定律正是電磁現(xiàn)象符合能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的具體表現(xiàn)。 3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)五十年代，法拉第的科學(xué)活動(dòng)能力有所減弱。他力圖找出重力和電之間的相互作用，結(jié)果是否定的。但這種探索從法拉第到愛(ài)因斯坦，一直到現(xiàn)在仍在繼續(xù)進(jìn)行。1862年（71歲），做了最后一批實(shí)驗(yàn)，試圖發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)對(duì)放在磁場(chǎng)內(nèi)的光源發(fā)出的光線的影響，未有結(jié)果。原因是儀器還不夠靈敏，不能探測(cè)到這種微細(xì)的效應(yīng)。34年后，塞曼直接從閱讀法拉第的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃受到啟發(fā)，他用更精密的儀器重新做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了塞曼效應(yīng)。3.8電

23、磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)法拉第的研究思路對(duì)自然力的統(tǒng)一性、可轉(zhuǎn)化性堅(jiān)信不移：“我早已持有一種見(jiàn)解，即物質(zhì)之力所表現(xiàn)出來(lái)的各種形式具有普遍的起源。”3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)2146. 長(zhǎng)期以來(lái)，我就持有一種觀點(diǎn)，幾乎是一種信仰，我相信其他許多愛(ài)好自然知識(shí)的人也會(huì)共同有的，就是物質(zhì)的力表現(xiàn)出來(lái)時(shí)所具有的各種形態(tài)，都有一個(gè)共同的根源，或者換句話說(shuō)，它們是相互直接聯(lián)系的，也是相互依賴的，所以它們似乎是可以相互轉(zhuǎn)化的，而且它們的作用的本領(lǐng)是等效的?，F(xiàn)在它們相互轉(zhuǎn)化的證據(jù)已積累到龐大的程度，因而可以開(kāi)始確定它們的等效力。 3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)法拉第的非凡才智豐富的想象力加上足智多謀的實(shí)驗(yàn)才能，工作熱情

24、和相應(yīng)的耐性，能夠迅速地分辨假象與真正發(fā)現(xiàn)的能力，統(tǒng)觀一切的廣闊視野。他還具有一些健全的哲學(xué)思想，他的深刻的幾何學(xué)上和空間上的洞察力，以及善于持久思考的能力，正好補(bǔ)償了他數(shù)學(xué)上的不足。 3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)“我一直冥思苦索什么是使哲學(xué)家獲得成功的條件。是勤奮和堅(jiān)韌精神加上良好的感覺(jué)能力和機(jī)智嗎？難道適度的自信和認(rèn)真精神不是必要的條件嗎？許多人的失敗難道不是因?yàn)樗麄兯蛲氖谦C取名望，而不是純真地追求知識(shí)，以及因獲得知識(shí)而使心靈得到滿足的快樂(lè)嗎？我相信，我已見(jiàn)到過(guò)許多人，他們是矢志獻(xiàn)身于科學(xué)的高尚的和成功的人，他們?yōu)樽约韩@得了很高名望，但是還有一種他們朝思暮想的名聲和獎(jiǎng)賞，這就是世界對(duì)他們的贊揚(yáng)

25、和獎(jiǎng)賞。因此在他們心靈上總是存在著妒忌或后悔的陰影，我不能設(shè)想一個(gè)人有了這種感情能夠作出科學(xué)發(fā)現(xiàn)。至于天才及其威力，可能是存在的，我也相信是存在的，但是，我長(zhǎng)期以來(lái)為我們實(shí)驗(yàn)室尋找天才卻從未找到過(guò)。不過(guò)我看到了許多人，如果他們真能嚴(yán)格要求自己，我想他們已成為有成就的實(shí)驗(yàn)哲學(xué)家了?！?3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)缺陷法拉第提出了“力線”和“場(chǎng)”這樣深刻而偉大的思想，但未能把他的成果用數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)概括為精確的定量理論，他的形象直觀的表述也被科學(xué)界看作是缺乏理論的嚴(yán)謹(jǐn)性。3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)法拉第在科學(xué)上沒(méi)有直接的學(xué)生和合作者。他的工作方法，尤其是他思考物理問(wèn)題的方法，都妨礙了他建立自己的學(xué)派。形式數(shù)學(xué)知識(shí)的缺

26、乏，加上他的豐富和敏捷的想象力，使他難于和別人進(jìn)行學(xué)術(shù)交往。只有麥克斯韋能夠真正地探測(cè)出他的思想?！拔覐膩?lái)沒(méi)有學(xué)生來(lái)幫助我，我總是自己動(dòng)手準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)和做實(shí)驗(yàn)，一邊工作，一邊思考。我認(rèn)為我不能和別人一起工作，或者把所想的講出來(lái)，或者及時(shí)地解釋我的思想。有時(shí)我和我的助手一起在實(shí)驗(yàn)室里好幾小時(shí)或好幾天，他準(zhǔn)備講演用的儀器，或者做清洗工作，我們之間幾乎不說(shuō)一句話。 ”3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1813年起，法拉第總共工作了40多年。1860年前后法拉第的研究活動(dòng)結(jié)束時(shí)，寫(xiě)下8冊(cè)日記，達(dá)到一萬(wàn)六千多條，記錄他的研究成果、計(jì)劃、設(shè)想和實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)、成功經(jīng)驗(yàn)、失敗教訓(xùn)。 電磁學(xué)方面的工作，匯總在巨著電學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究中，共

27、30篇，3362條。全書(shū)幾乎沒(méi)有一個(gè)數(shù)學(xué)公式，詳盡描述了他的各個(gè)實(shí)驗(yàn)，深刻分析了它們的物理實(shí)質(zhì)。3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)高度評(píng)價(jià)他的敏捷和活躍的品質(zhì)，難以用言語(yǔ)形容。他的天才光輝四射，使他的出現(xiàn)呈現(xiàn)出智慧之光，他的神態(tài)有一種獨(dú)特之美，這有幸在他家里 - 皇家學(xué)院見(jiàn)過(guò)他的任何人都會(huì)感覺(jué)到的，從思想最深刻的哲學(xué)家到最質(zhì)樸的兒童。 開(kāi)爾文一生最大的發(fā)現(xiàn)，是發(fā)現(xiàn)了法拉第。 戴維我們把法拉第首先看作是科學(xué)家中最有成效最高尚的典型。麥克斯韋鐵匠的兒子法拉第，在青年時(shí)代的早期，作過(guò)裝訂工人的學(xué)徒，臨死時(shí)是所有科學(xué)學(xué)會(huì)的會(huì)員，是那時(shí)物理學(xué)家公認(rèn)的領(lǐng)袖。 斯托列托夫3.8電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)3.9電磁理論的兩大學(xué)派大陸派

28、電動(dòng)力學(xué)：主張超距論，沒(méi)有場(chǎng)的概念安培的超距電動(dòng)力學(xué)：理論不能說(shuō)明電磁感應(yīng)，也沒(méi)有包括庫(kù)侖定律，對(duì)靜電領(lǐng)域無(wú)能為力。1846年，德國(guó)的韋伯：提出“電的力學(xué)的一般法則”，把庫(kù)侖的靜電力、安培的電動(dòng)力和法拉第的電磁感應(yīng)力統(tǒng)一于一個(gè)公式中。韋伯把電流看作是由數(shù)量相等的正負(fù)兩種電荷在同一導(dǎo)線上沿相反方向以同一速度運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的，突破了經(jīng)典力學(xué)的中心力概念。18451848年，德國(guó)的紐曼：在超距作用力的基礎(chǔ)上運(yùn)用安培的電動(dòng)力學(xué)，發(fā)展了電磁感應(yīng)理論，第一次給這個(gè)定律確定了數(shù)學(xué)形式。法拉第學(xué)派：主張近距作用和力線的思想(場(chǎng)的觀念)。高斯曾企圖把通過(guò)介質(zhì)傳遞電作用的過(guò)程表示成數(shù)學(xué)公式，沒(méi)有取得成功。1853年，德

29、國(guó)數(shù)學(xué)家黎曼曾用彈性以太模型說(shuō)明電磁現(xiàn)象，提出了電力傳播方程。麥克斯韋繼承了法拉第的力線思想和近距作用觀點(diǎn)，同時(shí)吸取了大陸派電動(dòng)力學(xué)的成果，創(chuàng)建了電磁場(chǎng)理論。3.9電磁理論的兩大學(xué)派建立經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，統(tǒng)一了電、磁、光現(xiàn)象。統(tǒng)計(jì)力學(xué)的創(chuàng)建人之一。與牛頓、愛(ài)因斯坦齊名。Maxwell麥克斯韋(James Clerk Maxwell, 1831-1879)3.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 法拉第十九世紀(jì)最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家麥克斯韋十九世紀(jì)最偉大的理論物理學(xué)家?，F(xiàn)代電學(xué)理論的奠基人，熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的創(chuàng)建者之一。 普朗克：“麥克斯韋的光輝名字將永遠(yuǎn)鐫刻在經(jīng)典物理學(xué)家的門(mén)扉上，永放光芒。從生地來(lái)說(shuō)，他屬

30、于愛(ài)丁堡；從個(gè)性來(lái)說(shuō)，他屬于劍橋大學(xué)；從功績(jī)來(lái)說(shuō)，他屬于全世界”。1831年6月13日出生于愛(ài)丁堡。1847年入愛(ài)丁堡大學(xué)，三年后轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，威廉湯姆孫當(dāng)時(shí)已是這個(gè)學(xué)院的教授。 1854年以一等優(yōu)異成績(jī)畢業(yè),留校任教。曾在阿伯丁和倫敦的國(guó)王學(xué)院執(zhí)教. 在父親1865年死后即回蘇格蘭家鄉(xiāng)繼承產(chǎn)業(yè)，并從事個(gè)人研究。1871年，被說(shuō)服返劍橋大學(xué)，受聘創(chuàng)建劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，并任第一任主任。1879年11月5日，麥克斯韋在劍橋死于癌癥，年僅48歲。 3.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 麥克斯韋第一任卡文迪許教授, 立下了建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的宗旨:“主的作為是精深博大的, 發(fā)掘你所感興趣的東西吧!”

31、(圣經(jīng)名言, 刻在實(shí)驗(yàn)室的大門(mén)上)在劍橋時(shí)，打下了扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，為數(shù)學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)研究緊密結(jié)合創(chuàng)造了條件。閱讀了W.湯姆生的科學(xué)著作，十分贊同法拉第提出的新觀點(diǎn)，精心研究法拉第的電學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究。以法拉第的力線概念為指導(dǎo)，透過(guò)這些似乎雜亂無(wú)章的實(shí)驗(yàn)記錄，看出了它們之間實(shí)際上貫穿著一些簡(jiǎn)單的規(guī)律。3.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 依據(jù)庫(kù)侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)成果。建立了第一個(gè)完整的電磁理論體系；預(yù)言了電磁波的存在；揭示了光和電磁現(xiàn)象本質(zhì)的統(tǒng)一性；完成了物理學(xué)的又一次大綜合。奠定了現(xiàn)代的電力、電子和無(wú)線電的基礎(chǔ)。在天體物理學(xué)、氣體分子運(yùn)動(dòng)論、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等方

32、面，也作出了卓越的成績(jī)。3.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 麥克斯韋建立了完整的電磁理論體系；預(yù)言了電磁波的存在；揭示了光的電磁本性；完成了物理學(xué)的第二次大綜合；奠定了現(xiàn)代電力、電子和無(wú)線電的基礎(chǔ)。庫(kù)侖高斯歐姆安培畢奧、薩伐爾法拉第1234563.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立過(guò)程W湯姆遜以理論物理學(xué)家的素養(yǎng)，對(duì)法拉第的理論進(jìn)行了類比研究和數(shù)學(xué)概括，有力地支持了法拉第通過(guò)力線表達(dá)出來(lái)的近距作用觀點(diǎn)，為麥克斯韋電磁學(xué)數(shù)學(xué)理論的研究提供了方向性和方法論的啟示。3.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立過(guò)程第一篇論文論法拉第力線（1856年）。法拉第的力線概念獲

33、得了精確的數(shù)學(xué)表述，并由此導(dǎo)出了庫(kù)侖定律和高斯定律。只是限于把法拉第的思想翻譯成數(shù)學(xué)語(yǔ)言，還沒(méi)有引導(dǎo)到新的結(jié)果。 認(rèn)識(shí)到類比只能對(duì)各種物理現(xiàn)象的共性作出幾何學(xué)的抽象。電磁現(xiàn)象有別于流體力學(xué)現(xiàn)象，電與磁也各有其特殊的性質(zhì)。3.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 第二篇論文論物理力線（1861年）。從物理的角度研究法拉第力線，提出力線的機(jī)械模型電磁以太模型。提出位移電流和渦旋電場(chǎng)兩大重要假設(shè)。取得了對(duì)電磁現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的決定性突破，為最終創(chuàng)立電磁場(chǎng)理論奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)一步發(fā)展了法拉第的思想，擴(kuò)充到磁場(chǎng)變化產(chǎn)生電場(chǎng)，而且得到了新的結(jié)果：電場(chǎng)變化產(chǎn)生磁場(chǎng)，由此預(yù)言了電磁波的存在，并證明了這種波的速度等于光速，揭示了

34、光的電磁本質(zhì)。包括了麥克斯韋研究電磁理論達(dá)到的主要結(jié)果。 第三篇論文電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論(1864年)。運(yùn)用場(chǎng)論觀點(diǎn)，以演繹法建立了系統(tǒng)的電磁理論。用場(chǎng)的觀點(diǎn)總結(jié)了電磁理論，構(gòu)建了全新的理論框架。從他的方程組直接推導(dǎo)出磁干擾傳播的波動(dòng)方程，證明了磁擾動(dòng)的橫波性質(zhì)，并再次證明了這個(gè)傳播速度就等于韋伯實(shí)驗(yàn)中的數(shù)值。他寫(xiě)道：“這個(gè)速度與光的速度如此接近，因而我們有充分理由得出結(jié)論說(shuō)，光本身（包括熱輻射和其他輻射）是一種電磁擾動(dòng)，它按照電磁定律以波的形式通過(guò)電磁場(chǎng)傳播?！?.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 1873年出版電磁通論。集電磁學(xué)大成的劃時(shí)代著作，全面地總結(jié)了19世紀(jì)中葉以前對(duì)電磁現(xiàn)象的研究成果，

35、建立了完整的電磁理論體系。這是一部可以同牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理、達(dá)爾文的物種起源和賴爾的地質(zhì)學(xué)原理相媲美的里程碑式的著作。3.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 1856年論法拉第力線。運(yùn)用類比方法研究法拉第力線，成功地實(shí)現(xiàn)了關(guān)于法拉第力線的數(shù)學(xué)表述。1861年論物理力線。從物理的角度去研究法拉第力線，提出一個(gè)關(guān)于力線的機(jī)械模型，即電磁以太模型。創(chuàng)造性地提出位移電流和渦旋電場(chǎng)的兩大重要假設(shè)。取得了對(duì)電磁現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的決定性突破，為最終創(chuàng)立電磁場(chǎng)理論奠定了基礎(chǔ)。1865年電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論。用場(chǎng)的觀點(diǎn)總結(jié)了電磁理論，構(gòu)建了全新的理論框架。從他的方程組直接推導(dǎo)出磁干擾傳播的波動(dòng)方程，證明了磁擾動(dòng)的橫波性質(zhì)

36、，并再次證明了這個(gè)傳播速度就等于韋伯實(shí)驗(yàn)中的數(shù)值。3.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 1856年1861年1865年論法拉第力線。運(yùn)用類比方法研究法拉第力線，成功地實(shí)現(xiàn)了關(guān)于法拉第力線的數(shù)學(xué)表述。 論物理力線。從物理的角度去研究法拉第力線，提出一個(gè)關(guān)于力線的機(jī)械模型，即電磁以太模型。創(chuàng)造性地提出位移電流和渦旋電場(chǎng)的兩大重要假設(shè)。取得了對(duì)電磁現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的決定性突破，為最終創(chuàng)立電磁場(chǎng)理論奠定了基礎(chǔ)。電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論。用場(chǎng)的觀點(diǎn)總結(jié)了電磁理論，構(gòu)建了全新的理論框架。從他的方程組直接推導(dǎo)出磁干擾傳播的波動(dòng)方程，證明了磁擾動(dòng)的橫波性質(zhì)，并再次證明了這個(gè)傳播速度就等于韋伯實(shí)驗(yàn)中的數(shù)值。Process3.10

37、麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 麥克斯韋成功的基本要素尋找不同現(xiàn)象之間的聯(lián)系。重視科學(xué)方法的應(yīng)用?！盀榱瞬捎媚撤N物理知識(shí)而獲得物理思想，我們應(yīng)當(dāng)了解物理相似性的存在。利用這種類似，可以用其中之一，說(shuō)明其中之二?！毕胂罅ωS富，大膽猜測(cè)假設(shè)。對(duì)理論完美和諧的不懈追求。他認(rèn)為：自然界是和諧的，一種反映自然規(guī)律的理論，如果框架上不完善，不和諧，也就意味著要進(jìn)一步改進(jìn)和探索。3.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 麥克斯韋成功的要素尋找不同現(xiàn)象之間的聯(lián)系重視科學(xué)方法的應(yīng)用?！盀榱瞬捎媚撤N物理知識(shí)而獲得物理思想，我們應(yīng)當(dāng)了解物理相似性的存在?！毕胂罅ωS富，大膽猜測(cè)假設(shè)。對(duì)理論完美和諧的不懈追求。他認(rèn)為：自然界是和諧的

38、，一種反映自然規(guī)律的理論，如果框架上不完善，不和諧，也就意味著要進(jìn)一步改進(jìn)和探索。3.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 麥克斯韋理論完美的對(duì)稱性電場(chǎng)和磁場(chǎng)的對(duì)稱性空間和時(shí)間的對(duì)稱性 3.10麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 3.11 赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波實(shí)驗(yàn)德國(guó)物理學(xué)家，生于漢堡。基爾霍夫和亥姆霍茲的學(xué)生。1888年，用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。于1894年元旦因血中毒逝世，年僅36歲。赫茲 (Heinrich Rudolf Hertz,18571894)貢獻(xiàn)及意義最偉大的貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。由法拉第開(kāi)創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取得決定性的勝利。1888年是近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代意義：證實(shí)了麥克斯韋的理論，開(kāi)創(chuàng)了無(wú)線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。3.11 赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波赫茲之前的工作：赫姆霍茨在1847年得出結(jié)論：萊頓瓶的放電具有振蕩的性質(zhì)；1853年，W湯姆遜對(duì)這個(gè)現(xiàn)象給予了數(shù)學(xué)處理。1879年，柏林科學(xué)院有獎(jiǎng)?wù)魑模骸坝脤?shí)驗(yàn)建立電磁力和絕緣體介質(zhì)極化的關(guān)系”，要求證明以下假設(shè)：（1）如果位移電流存在，必