电磁学是物理学的一个分支。广义的电磁学可以说是包含电学和磁学,但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。主要研究电磁波,电磁场以及有关电荷,带电物体的动力学等等。
电磁学 - 简介
电磁学是研究电和磁的相互作用现象,及其规律和应用的物理学分支学科。根据近代物理学的观点,磁的现象是由运动电荷所产生的,因而在电学的范围内必然不同程度地包含磁学的内容。所以,电磁学和电学的内容很难截然划分,而“电学”有时也就作为“电磁学”的简称 电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科,主要是基于两个重要的实验发现,即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。这两个实验现象,加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设,奠定了电磁学的整个理论体系,发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。 导线所载有的电流,会在四周产生磁场,其磁场线是以同心圆图案环绕著导线的四周。 使用电流表可以直接地测量电流。但这方法的缺点是必须切断电路,将电流表置入电路中间。间接地测量伴电流四周的磁场,也可以测量出电流强度。优点是,不需要切断电路。应用这方法来测量电流的仪器有霍尔效应感测器、电流钳(current clamp) ,变流器(current transformer) 、 Rogowski coil 等等。 电子的发现,使电磁学和原子与物质结构
的理论结合了起来,洛伦兹的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应,统一地解释了电、磁、光现象。 电磁学是物理学的一个分支。电学与磁学领域有着紧密关系,广义的电磁学可以说是包含电学和磁学,但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。 主要研究电磁波,电磁场以及有关电荷,带电物体的动力学等等。
电磁学 - 现象
人们很早就已知道发电鱼(electric fish)会发出电击。根据公元前2750年撰写的古埃及书籍,这些电鱼被称为“尼罗河的雷使者”,是所有其它鱼的保护者。大约两千五百年之后,希腊人、罗马人,阿拉伯自然学者和阿拉伯医学者,才又出现关于发电鱼的记载。古罗马医生 Scribonius Largus 也在他的大作《Compositiones Medicae》中,建议患有像痛风或头疼一类病痛的病人,去触摸电鳐,也许强力的电击会治愈他们的疾病。 阿拉伯人可能是最先了解闪电本质的族群。他们也可能比其它族群都先认出电的其它来源。早于15世纪以前,阿拉伯人就创建了“闪电”的阿拉伯字 “raad”,并将这字用来称呼电鳐。 在地中海区域的古老文化里,很早就有文字记载,将琥珀棒与猫
毛摩擦后,会吸引羽毛一类的物质。公元前600年左右,古希腊的哲学家泰勒斯(Thales, 640-546B.C.)做了一系列关于静电的观察。从这些观察中,他认为摩擦使琥珀变得磁性化。这与矿石像磁铁矿的性质迥然不同;磁铁矿天然地具有磁性。泰勒斯的见解并不正确。 但后来,科学会证实磁与电之间的密切关系。 1600年,曾为英国伊丽莎白一世御医的英国人吉尔伯特发表《论磁石》,总结了前人的经验,记载了大量实验。如“小地球”实验。伽利略称其为“经验主义的奠基人”。
1663年,德国马德堡的奥托·冯·格里克发明摩擦起电机。 1720年,英国牧师格雷研究了电的传导现象。 1733年,杜非分辨了两种电;松脂电和玻璃电。
1745年,荷兰莱顿城莱顿大学教授马森布洛克(Musschenbrock)发现了莱顿瓶,为贮存电荷找到了一个方法。莱顿瓶就是一个玻璃瓶,在瓶里核瓶外分别贴有锡箔。瓶里锡箔通过金属链与金属棒连接,棒的上端是一个金属球。法国人诺莱特在巴黎一座大教堂前邀请了法国路易十五的皇室成员临场观看:七百名修道士手拉手排成一行,排头的修道士用手握住莱顿瓶,当莱顿瓶充电后,让排尾的修道士触摸莱顿瓶的引线。顿时,七百名修道士几乎同时跳了起来。在场的人目瞪口呆。从而展示了电的巨大威力。
电磁学 - 发展 电磁学 电磁学图册
由于历史上的原因(最早,磁曾被认为是与电独立无关的现象),同时也由于磁学本身的发展和应用,如近代磁性材料和磁学技术的发展,新的磁效应和磁现象的发现和应用等等,使得磁学的内容不断扩大,而磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究。电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科,主要是基于两个重要的实验发现,即电的流动产生磁效应,而变化的磁场则产生电效应。这两个实验现象,加上J.C.麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设,奠定了电磁学的整个理论体系,发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。
麦克斯韦电磁理论的重大意义,不仅在于这个理论支配着一切宏观电磁现象(包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等),而且在于它将光学现象统一在这个理论框架之内,深刻地影响着人们认识物质世界的思想。电子的发现,使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来,H.A.洛伦兹的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应,统一地解释了电、磁、光现象。
和电磁学密切相关的是经典电动力学,两者在内容上并没有原则的区别。一般说来,电磁学偏重于电磁现象的实验研究,从广泛的电磁现象研究中归纳出电磁学的基本规律;经典电动力学则偏重于理论方面,它以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础,研究电磁场分布,电磁波的激发、辐射和传播,以及带电粒子与电磁场的相互作用等电磁问题,也可以说,广义的电磁学包含了经典电动力学。关于相对论和量子理论对电磁学发展的影响,见相对论电动力学、量子电动力学。 电磁波的发现
麦克斯韦《电磁论》发表后,由于理论难懂,无实验验证,在相当长的一段时间里并未受到重视和普遍承认。1879年,柏林科学院设立了有奖征文,要求证明以下三个假设:①如果位移电流存在,必定会产生磁效应;②变化的磁力必定会使绝缘体介质产生位移电流;③在空气或真空中,上述两个假设同样成立。这次征文成为赫兹进行电磁波实验的先导。
1885年,赫兹利用一个具有初级和次级两个绕组的振荡线圈进行实验,偶然发现:当初级线圈中输入一个脉冲电流时,次级绕组两端的狭缝中间便产生电火花,,赫兹立刻想到,这可能是一种电磁共振现象。既然初级线圈的振荡电流能够激起次级线圈的电火花,那么它就能在邻近介质中产生振荡的位移电流,这个位移电流又会反过来影响次级绕组的电火花发生的强弱变化。