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电磁学发展史简述

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学公式把它们表示出来,从而得到了电磁场的普遍方程组——麦克斯韦方程组。法拉第的力线思想以及电磁作用传递的思想在其中得到了充分的体现。

麦克斯韦进而根据他的方程组,得出电磁作用以波的形式传播,电磁波在真空中的传播速度等于电量的电磁单位与静电单位的比值,其值与光在真空中传播的速度相同,由此麦克斯韦预言光也是一种电磁波。

1888年,赫兹根据电容器放电的振荡性质,设计制作了电磁波源和电磁波检测器,通过实验检测到电磁波,测定了电磁波的波速,并观察到电磁波与光波一样,具有偏振性质,能够反射、折射和聚焦。从此麦克斯韦的理论逐渐为人们所接受。

麦克斯韦电磁理论通过赫兹电磁波实验的证实,开辟了一个全新的领域——电磁波的应用和研究。1895年,俄国的波波夫和意大利的马可尼分别实现了无线电信号的传送。后来马可尼将赫兹的振子改进为竖直的天线;德国的布劳恩进一步将发射器分为两个振藕线路,为扩大信号传递范围创造了条件。1901年马可尼第一次建立了横跨大西洋的无线电联系。电子管的发明及其在线路中的应用,使得电磁波的发射和接收都成为易事,推动了无线电技术的发展,极大地改变了人类的生活。

1896年洛伦兹提出的电子论,将麦克斯韦方程组应用到微观领域,并把物质的电磁性质归结为原子中电子的效应。这样不仅可以解释物质的极化、磁化、导电等现象以及物质对光的吸收、散射和色散现象;而且还成功地说明了关于光谱在磁场中分裂的正常塞曼效应;此外,洛伦兹还根据电子论导出了关于运动介质中的光速公式,把麦克斯韦理论向前推进了一步。

在法拉第、麦克斯韦和洛伦兹的理论体系中,假定了有一种特殊媒质“以太”存在,它是电磁波的荷载者,只有在以太参照系中,真空中光速才严格地与方向无关,麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式也只在以太参照系中才严格成立。这意味着电磁规律不符合相对性原理。

关于这方面问题的进一步研究,导致了爱因斯坦在1905年建立了狭义相对论,它改变了原来的观点,认定狭义相对论是物理学的一个基本原理,它否定了以太参照系的存在并修改了惯性参照系之间的时空变换关系,使得麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式有可能在所有惯性参照系中都成立。狭义相对论的建立不仅发展了电磁理论,并且对以后理论物理的发展具有巨大的作用。 3 磁学发展简史

有些天然铁矿石在采出时就呈现永磁性,古人称它为“慈石”,意为慈爱的石头,隐含了它能吸铁的特性。这名词后来逐渐演化为“磁石”,俗称“吸铁石”。

在中国的《管子》一书中已有磁石和磁石引铁的记载,这应当不会晚于战国后期,即公元前四至前三世纪。汉初刘安(公元前179~前122)的《淮南子·览冥篇》中有“若以慈石之能连铁也,而取其引瓦,则难矣……”的记载。东汉王充(公元27~约97)的《论衡·乱龙篇》中有“顿牟摄芥,慈石引针……”(顿牟即琥珀;芥指芥菜子,统喻干草、纸等的微小屑末)的记述。这些都是以磁石引铁作为比喻,来说明哲学或科学观点的记述,因此所举的事例必是当时一般的读者所熟悉的。

欧美的有关科技文献常把磁石吸铁的记载远溯到古希腊的泰勒斯时期,但这是根据亚里士多德的转述。根据这些记述可以认为,西方关于磁的最早记述始于公元前500年左右。

指南针是中国古代的四大发明之一,这在中国已是历史常识了。从磁石引铁的发现到指南针的发明和应用要经过一系列的观察、实验和工艺改进,这是一个相当长的历史时期。 公元1044年,北宋曾公亮、丁度等修撰的《武经总要》中有应用磁石的水浮型指南针制法的叙述;沈括的《梦溪笔谈》

也记述了用丝悬起的或硬滑支点(如碗的边缘)平衡着的铁针做的实验,并说明铁针所指不是正南而微偏东;略晚于沈括的朱或所著的《萍洲可谈》(约于公元1119年问世)则已提到广州海船在阴晦天气用指南针航海。

在欧洲,公元1190年以前没有一点关于磁石能指方向的史料,而在这一年航行于地中海的船上却确有了指南针,很可能是由那时期进行中国和阿拉伯间贸易的海船传去的。英国科学家吉伯认为它是由马可波罗(1254~1324)或其同时代人带回的,这样反而把这事推后了一个世纪。 法国物理学家库仑于1785年确立了静电荷间相互作用力的规律——库仑定律之后,又对磁极进行了类似的实验而证明:同样的定律也适用于磁极之间的相互作用。 丹麦物理学家奥斯特在1820年发现,一条通过电流的导线会使其近处静悬着的磁针偏转,显示出电流在其周围的空间产生了磁场,这是证明电和磁现象密切结合的第一个实验结果。紧接着,法国物理学家安培等的实验和理论分析,阐明了载着电流的线圈所产生的磁场,以及电流线圈间相互作用着的磁力。

奥斯特发现电流的磁场后不久,有些物理学家就想到是否有些物质(如铁)所表现的宏观磁性也来源于电流。那时还未发现电子,但关于物质构造的原子论已有不小的发展。安培首先

提出,铁之所以显现强磁性是因为组成铁块的分子内存在着永恒的电流环,这种电流没有像导体中电流所受到的那种阻力,并且电流环可因外来磁场的作用而自由地改变方向。这种电流在后来的文献中被称为“安培电流”或分子电流。 继安培之后,韦伯对物质磁性的理论又作了不少发展。虽然这些理论离现代理论尚远,但在今天对磁性物质的本质作初步描述时,仍基本上根据安培的概念。

除了古时已知道的磁铁矿和铁外,人们在两千多年中还没有发现其他具有强磁性的物质。发现钴(1733)和镍(1754)后不久就知道它们也像铁那样具有强磁性。至于一般的物质在较强磁场作用下能否多少表现一点磁性,则直到法拉第在老年时期才有系统的观察。英国工程师斯特金于1824年创制了电磁体,故那时实验室可有较强的磁场设备,但法拉第在需要高度稳定的磁场时仍用了大的永磁体。

法拉第测量了样品在不均匀磁场中被磁化时所受到的力,这个方法后来有了不少改进,至今仍广泛用于观测弱磁物质的磁化率,也用于观测铁等强磁物质的饱和磁化强度。 法拉第发现,一般的物质在较强磁场作用下都显示一定程度的磁性,只是除了极少数像铁那样的强磁性物质外,一般物质的磁化率的绝对值都是很小的。它们又可分为两类:一类物质的磁化率是负的,称之为抗磁性物质。这些物质在

电磁学发展史简述

学公式把它们表示出来,从而得到了电磁场的普遍方程组——麦克斯韦方程组。法拉第的力线思想以及电磁作用传递的思想在其中得到了充分的体现。麦克斯韦进而根据他的方程组,得出电磁作用以波的形式传播,电磁波在真空中的传播速度等于电量的电磁单位与静电单位的比值,其值与光在真空中传播的速度相同,由此麦克斯韦预言光也是一种电磁波。1888年,赫兹根据电容器放电的
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