1、第三章第三章 電磁學(xué)的發(fā)展歷史電磁學(xué)的發(fā)展歷史1目錄目錄v3.1 電磁現(xiàn)象的早期研究電磁現(xiàn)象的早期研究v3.2 電磁學(xué)的建立電磁學(xué)的建立v3.3 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與研究v3.4 電磁場理論的建立電磁場理論的建立23.1 電磁現(xiàn)象的早期研究電磁現(xiàn)象的早期研究v3.1.1 靜電學(xué)的發(fā)展靜電學(xué)的發(fā)展 我國東漢時期，王充在我國東漢時期，王充在論衡論衡一書中提到一書中提到頓牟掇芥頓牟掇芥等問題，也是說摩擦過的琥珀能吸引輕小物體。等問題，也是說摩擦過的琥珀能吸引輕小物體。 公元前公元前7世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家泰勒斯已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用毛織物世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家泰勒斯已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用毛織物摩擦過的琥珀能

2、吸引某些輕小物體。摩擦過的琥珀能吸引某些輕小物體。Electricity（電）（電）這個字的起源就來自希臘文的這個字的起源就來自希臘文的“琥珀琥珀”(elec tron)。 31600年吉爾伯特與年吉爾伯特與v首先對電和磁現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)實驗研究的是首先對電和磁現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)實驗研究的是英國的威廉英國的威廉吉爾伯特吉爾伯特 。 英國伊麗莎白女王的御醫(yī)、英國皇家科學(xué)英國伊麗莎白女王的御醫(yī)、英國皇家科學(xué)院物理學(xué)家。院物理學(xué)家。 主要在電學(xué)和磁力學(xué)方面有很大貢獻(xiàn)。主要在電學(xué)和磁力學(xué)方面有很大貢獻(xiàn)。 吉爾伯特的工作是實驗和學(xué)術(shù)知識結(jié)合的吉爾伯特的工作是實驗和學(xué)術(shù)知識結(jié)合的典范。典范。4威廉吉爾伯特（Will

3、iam Gilbert，15441603） 他認(rèn)識到電力和磁力是性質(zhì)不同的兩種力。他認(rèn)識到電力和磁力是性質(zhì)不同的兩種力。 他第一個將琥珀和毛皮摩擦后吸引輕小物體的性質(zhì)叫他第一個將琥珀和毛皮摩擦后吸引輕小物體的性質(zhì)叫做做“電電”。5v 1600年，吉爾伯特發(fā)表了年，吉爾伯特發(fā)表了論磁、磁體和地球作為論磁、磁體和地球作為一個巨大的磁體一個巨大的磁體。 記載了電學(xué)方面的研究。記載了電學(xué)方面的研究。6蓋利克和起電機蓋利克和起電機v 蓋利克蓋利克 起電機起電機 最早的靜電起電機出現(xiàn)在最早的靜電起電機出現(xiàn)在17世紀(jì)，世紀(jì)，O.von.蓋利克蓋利克利用搖柄使一個硫磺球（后改用玻璃球）迅速旋轉(zhuǎn)利用搖柄使一個硫

4、磺球（后改用玻璃球）迅速旋轉(zhuǎn)，用人手（或皮革）與之摩擦起電。，用人手（或皮革）與之摩擦起電。 到到19世紀(jì)，這種摩擦起電機為感應(yīng)起電機所取代。世紀(jì)，這種摩擦起電機為感應(yīng)起電機所取代。718世紀(jì)電的研究世紀(jì)電的研究電流趣聞電流趣聞v第一個讓電荷奔跑的人斯蒂芬第一個讓電荷奔跑的人斯蒂芬格雷格雷 1729年，斯蒂芬年，斯蒂芬.格雷在研究琥珀的電效應(yīng)是否可傳遞給格雷在研究琥珀的電效應(yīng)是否可傳遞給其他物體時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別：其他物體時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別： 金屬可導(dǎo)電，絲綢不導(dǎo)電。金屬可導(dǎo)電，絲綢不導(dǎo)電。8 斯蒂芬斯蒂芬格雷格雷（Stephen Gray） 最重要的貢獻(xiàn)時發(fā)現(xiàn)了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象最重要

5、的貢獻(xiàn)時發(fā)現(xiàn)了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象 格雷還做過一個有趣的實驗：把一個小孩用幾根粗絲繩格雷還做過一個有趣的實驗：把一個小孩用幾根粗絲繩水平吊起來，用摩擦過的帶電玻璃管接觸小孩的胳臂，水平吊起來，用摩擦過的帶電玻璃管接觸小孩的胳臂，孩子的手和身體便能吸引羽毛和銅屑。這表明，人也是孩子的手和身體便能吸引羽毛和銅屑。這表明，人也是導(dǎo)體。導(dǎo)體。 9正負(fù)電荷的發(fā)現(xiàn)正負(fù)電荷的發(fā)現(xiàn)v 1734年法國人迪費（年法國人迪費（Charles-Francois du Fay，16961739）迪費根據(jù)大量的實驗事實斷定電有兩種：迪費根據(jù)大量的實驗事實斷定電有兩種： 一種是與琥珀帶的電性質(zhì)相同，叫做一種是與琥珀帶的電性質(zhì)相同，

6、叫做“琥珀電琥珀電”； 一種是與玻璃帶的電性質(zhì)相同，叫做一種是與玻璃帶的電性質(zhì)相同，叫做“玻璃電玻璃電”。10 帶相同電的物體互相排斥；帶不同電的物體彼此吸引帶相同電的物體互相排斥；帶不同電的物體彼此吸引113.1.2 電線與流動的電荷電線與流動的電荷v1 1、萊頓瓶的發(fā)明、萊頓瓶的發(fā)明 1746年，荷蘭萊頓大學(xué)的物理學(xué)教授馬森布羅克（年，荷蘭萊頓大學(xué)的物理學(xué)教授馬森布羅克（Pieter von Musschenbrock, 16921761） 發(fā)明了能保存電的萊發(fā)明了能保存電的萊頓瓶。頓瓶。12馬森布羅克有趣的實驗有趣的實驗13富蘭克林與費城實驗富蘭克林與費城實驗 在在 1752 年年 7

7、月的一個雷雨天富蘭克林月的一個雷雨天富蘭克林做了著名的費城實驗：做了著名的費城實驗： 風(fēng)箏上安上一根尖細(xì)的鐵絲，用來捕捉風(fēng)箏上安上一根尖細(xì)的鐵絲，用來捕捉電，并用麻繩與這鐵絲相連，麻繩的末電，并用麻繩與這鐵絲相連，麻繩的末端拴一把銅鑰匙，鑰匙塞在萊頓瓶中間端拴一把銅鑰匙，鑰匙塞在萊頓瓶中間 14 15富蘭克林（富蘭克林（Benjamin Franklin，17061790年）年） 是是18世紀(jì)美國的實業(yè)家、科學(xué)家、社會活動世紀(jì)美國的實業(yè)家、科學(xué)家、社會活動家、思想家和外交家，家、思想家和外交家，美國美國獨立宣言獨立宣言和美國憲法的起草人之一。和美國憲法的起草人之一。正負(fù)電的命名正負(fù)電的命名v

8、1747年，富蘭克林首先以正電荷、負(fù)電荷的名稱年，富蘭克林首先以正電荷、負(fù)電荷的名稱來區(qū)分兩種電荷。來區(qū)分兩種電荷。 他把摩擦?xí)r物體獲得的電的多余部分叫做帶正他把摩擦?xí)r物體獲得的電的多余部分叫做帶正電，物體失去電而不足的部分叫做帶負(fù)電。這電，物體失去電而不足的部分叫做帶負(fù)電。這種命名方法一直延續(xù)至今。種命名方法一直延續(xù)至今。16電荷守恒定律電荷守恒定律v 1747年他根據(jù)實驗提出：在正常條件下電是以一定年他根據(jù)實驗提出：在正常條件下電是以一定的量存在于所有物質(zhì)中的一種元素；電跟流體一樣，的量存在于所有物質(zhì)中的一種元素；電跟流體一樣，摩擦的作用可以使它從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，摩擦的作用可以使

9、它從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，但不能創(chuàng)造；但不能創(chuàng)造；v任何孤立物體的電總量是不變的，這就是通常所說的任何孤立物體的電總量是不變的，這就是通常所說的電荷守恒定律。電荷守恒定律。17意義意義v正、負(fù)電的提出，為定量研究電現(xiàn)象提供了基正、負(fù)電的提出，為定量研究電現(xiàn)象提供了基礎(chǔ)，礎(chǔ)，使人們第一次可以用數(shù)學(xué)來表示帶電現(xiàn)象使人們第一次可以用數(shù)學(xué)來表示帶電現(xiàn)象，其重要性是顯而易見的。，其重要性是顯而易見的。183.1.3 伏打與伏打電堆伏打與伏打電堆v1、伽伐尼電流的發(fā)現(xiàn)伽伐尼電流的發(fā)現(xiàn) 1780年，意大利的解剖學(xué)家伽伐尼年，意大利的解剖學(xué)家伽伐尼偶然觀察到與金屬相接觸的蛙腿發(fā)偶然觀察到與金屬相接觸的蛙腿

10、發(fā)生抽動。生抽動。192、伏打電堆伏打電堆 1800年年3月月20日，他制造了第一個能產(chǎn)生持續(xù)日，他制造了第一個能產(chǎn)生持續(xù)電流的電流的化學(xué)電池化學(xué)電池。20其裝置為一系列按同樣順序疊起來的銀片、鋅片和用鹽水浸泡過的硬紙板組成的柱體，叫做伏打電堆。這是第一個能人為產(chǎn)生穩(wěn)定、持續(xù)電流的裝置，為電流現(xiàn)象的研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ) 伏打的成就受到各界普遍贊賞，科學(xué)界用他的姓氏命伏打的成就受到各界普遍贊賞，科學(xué)界用他的姓氏命名電勢，電勢差（電壓）的單位，為名電勢，電勢差（電壓）的單位，為“伏特伏特”（就是（就是伏打，音譯演變的），簡稱伏打，音譯演變的），簡稱“伏伏”。21化學(xué)電源發(fā)明化學(xué)電源發(fā)明v1800年卡

11、萊爾和尼科爾森用低壓電流分解水；年卡萊爾和尼科爾森用低壓電流分解水；v同年里特成功地從水的電解中搜集了兩種氣體，并從同年里特成功地從水的電解中搜集了兩種氣體，并從硫酸銅溶液中電解出金屬銅；硫酸銅溶液中電解出金屬銅；v1807年，戴維利用龐大的電池組先后電解得到鉀、鈉年，戴維利用龐大的電池組先后電解得到鉀、鈉、鈣、鎂等金屬；、鈣、鎂等金屬；22v1811年他用年他用2000個電池組成的電池組制成了碳極電弧個電池組成的電池組制成了碳極電??；v從從19世紀(jì)世紀(jì)50年代起它成為燈塔、劇院等場所使用的強年代起它成為燈塔、劇院等場所使用的強烈光電源，烈光電源，v直到直到70年代才逐漸被愛迪生發(fā)明的白熾燈所

12、代替。此年代才逐漸被愛迪生發(fā)明的白熾燈所代替。此外伏打電池也促進(jìn)了電鍍的發(fā)展，電鍍是外伏打電池也促進(jìn)了電鍍的發(fā)展，電鍍是1839年由西年由西門子等人發(fā)明的。門子等人發(fā)明的。233.2 電磁學(xué)的建立電磁學(xué)的建立v電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展意義重大電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展意義重大。 它揭示了電與磁相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)變的又一重要性質(zhì)，推它揭示了電與磁相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)變的又一重要性質(zhì)，推動了電磁學(xué)理論的的發(fā)展。動了電磁學(xué)理論的的發(fā)展。 在應(yīng)用方面，為大規(guī)模地利用電能開辟了廣闊的道路在應(yīng)用方面，為大規(guī)模地利用電能開辟了廣闊的道路24閃電可以使羅盤的磁針旋轉(zhuǎn)奧斯特實驗奧斯特實驗v 在在1820

13、年年4月發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)：當(dāng)電流月發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)：當(dāng)電流通過導(dǎo)線時，引起導(dǎo)線近旁的磁針偏轉(zhuǎn)。通過導(dǎo)線時，引起導(dǎo)線近旁的磁針偏轉(zhuǎn)。25丹麥物理學(xué)家奧斯特丹麥物理學(xué)家奧斯特(Hans Christian Oersted，17771851)通電導(dǎo)線周圍和永磁體周圍一樣都存在磁場。通電導(dǎo)線周圍和永磁體周圍一樣都存在磁場。v同年同年7月月21日以日以關(guān)于磁針上電沖突作用的實驗關(guān)于磁針上電沖突作用的實驗為題發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。為題發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。 這篇短短的論文使歐洲物理學(xué)界產(chǎn)生了極大震動，導(dǎo)這篇短短的論文使歐洲物理學(xué)界產(chǎn)生了極大震動，導(dǎo)致了大批實驗成果的出現(xiàn)，由此開辟了物理學(xué)的新領(lǐng)致了大批實驗成果的出現(xiàn)，

14、由此開辟了物理學(xué)的新領(lǐng)域域電磁學(xué)。電磁學(xué)。v為了紀(jì)念他，國際上從為了紀(jì)念他，國際上從1934年起命名磁場強度的年起命名磁場強度的單位為奧斯特，簡稱單位為奧斯特，簡稱“奧奧”。26 1820年，年，畢奧（畢奧（J. B.Biot， 17741862）和薩伐（）和薩伐（Felix Savart，17911841）關(guān)于長直載流導(dǎo)線對磁極作用力關(guān)于長直載流導(dǎo)線對磁極作用力的實驗。的實驗。2702sin4LIdlBdBr安培定律安培定律v 1820年年7月，安培關(guān)于載流螺線管與磁月，安培關(guān)于載流螺線管與磁鐵等效性的實驗；鐵等效性的實驗；l安培從電流與電流之間的相互作用進(jìn)行安培從電流與電流之間的相互作用進(jìn)

15、行探討。探討。l他把磁性歸結(jié)為電流之間的相互作用，他把磁性歸結(jié)為電流之間的相互作用，28安培安培(Ampre，17751836)是法國物理學(xué)家、數(shù)是法國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家學(xué)家安培研究電流相互安培研究電流相互作用的儀器作用的儀器v 即兩個電流元之間的作用力跟它們之間距離的平方成反比即兩個電流元之間的作用力跟它們之間距離的平方成反比，這就是，這就是著名的安培定律著名的安培定律。29安培定律目前的表達(dá)式為：安培定律目前的表達(dá)式為：12211212312I I dLdLrdFKrv 1827年，安培將他的電磁現(xiàn)象的研究綜合在年，安培將他的電磁現(xiàn)象的研究綜合在電動電動力學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)理論力學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)理論一

16、書中一書中 ，這是電磁學(xué)史上一，這是電磁學(xué)史上一部重要的經(jīng)典論著，對以后電磁學(xué)的發(fā)展起了深遠(yuǎn)的部重要的經(jīng)典論著，對以后電磁學(xué)的發(fā)展起了深遠(yuǎn)的影響。影響。v為了紀(jì)念安培在電學(xué)上的杰出貢獻(xiàn)，電流的單位安培為了紀(jì)念安培在電學(xué)上的杰出貢獻(xiàn)，電流的單位安培是以他的姓氏命名的。是以他的姓氏命名的。303.3 電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)31v 3.3.1 1831年年 法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律 1821年年9月他發(fā)現(xiàn)通電的導(dǎo)線能繞磁鐵旋轉(zhuǎn)以及月他發(fā)現(xiàn)通電的導(dǎo)線能繞磁鐵旋轉(zhuǎn)以及磁體繞載流導(dǎo)體的運動，第一次實現(xiàn)了電磁運磁體繞載流導(dǎo)體的運動，第一次實現(xiàn)了電磁運動向機械運動的轉(zhuǎn)換，從而建立

17、了電動機的實動向機械運動的轉(zhuǎn)換，從而建立了電動機的實驗室模型。驗室模型。 1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律。年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律。法拉第法拉第(Michael Faraday 1791-1867)是英國物理學(xué)家、化學(xué)家，也是著名的自學(xué)成才的科學(xué)家法拉第對電磁學(xué)的貢獻(xiàn)不僅是發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，他還發(fā)現(xiàn)了光磁效應(yīng)（也叫法拉第效應(yīng)）、電解定律和物質(zhì)的抗磁性。他在大量實驗的基礎(chǔ)上創(chuàng)建了力線思想和場的概念，為麥克斯韋電磁場理論奠定了基礎(chǔ)。v 法拉第的實驗大體上可以歸為兩類：法拉第的實驗大體上可以歸為兩類：n一類實驗是磁鐵與線圈有相對運動時，線圈中產(chǎn)生了電流；一類實驗是磁鐵與線圈有相對運動時，線圈中產(chǎn)生了電流；n

18、另一類實驗是當(dāng)一個線圈中電流發(fā)生變化時，在它附近的其他線另一類實驗是當(dāng)一個線圈中電流發(fā)生變化時，在它附近的其他線圈中也產(chǎn)生了電流。法拉第將這些現(xiàn)象與靜電感應(yīng)類比，把這些圈中也產(chǎn)生了電流。法拉第將這些現(xiàn)象與靜電感應(yīng)類比，把這些現(xiàn)象正式定名為電磁感應(yīng)現(xiàn)象正式定名為電磁感應(yīng)。32v法拉第根據(jù)大量實驗事實總結(jié)出了如下定律：法拉第根據(jù)大量實驗事實總結(jié)出了如下定律： 電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一閉合電路的磁電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一閉合電路的磁通變化率成正比。通變化率成正比。 感應(yīng)電動勢用感應(yīng)電動勢用 表示，即表示，即 （負(fù)號反映感應(yīng)電動勢的方向（負(fù)號反映感應(yīng)電動勢的方向與磁通量變化的關(guān)系）

19、與磁通量變化的關(guān)系）這就是這就是法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律。33v法拉第電磁感應(yīng)定律的重要意義：法拉第電磁感應(yīng)定律的重要意義： 一方面，依據(jù)電磁感應(yīng)的原理，人們制造出了發(fā)電機一方面，依據(jù)電磁感應(yīng)的原理，人們制造出了發(fā)電機，電能的大規(guī)模生產(chǎn)和遠(yuǎn)距離輸送成為可能；，電能的大規(guī)模生產(chǎn)和遠(yuǎn)距離輸送成為可能； 另一方面，電磁感應(yīng)現(xiàn)象在電工技術(shù)、電子技術(shù)以及另一方面，電磁感應(yīng)現(xiàn)象在電工技術(shù)、電子技術(shù)以及電磁測量等方面都有廣泛的應(yīng)用。電磁測量等方面都有廣泛的應(yīng)用。 人類社會從此邁進(jìn)了電氣化時代。人類社會從此邁進(jìn)了電氣化時代。341832年亨利發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象年亨利發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象 1829年，亨利改進(jìn)電磁

20、鐵，他用絕年，亨利改進(jìn)電磁鐵，他用絕緣導(dǎo)線密繞在鐵芯上，制成了能提起緣導(dǎo)線密繞在鐵芯上，制成了能提起近一噸重物的強電磁鐵。近一噸重物的強電磁鐵。 同年，亨利在用實驗證明不同長度的同年，亨利在用實驗證明不同長度的導(dǎo)線對電磁鐵的提舉力的影響時，發(fā)導(dǎo)線對電磁鐵的提舉力的影響時，發(fā)現(xiàn)了電流的自感現(xiàn)象：斷開通有電流現(xiàn)了電流的自感現(xiàn)象：斷開通有電流的長導(dǎo)線可以產(chǎn)生明亮的火花。的長導(dǎo)線可以產(chǎn)生明亮的火花。 1832年，他在發(fā)表的論文中宣布發(fā)現(xiàn)年，他在發(fā)表的論文中宣布發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象。了自感現(xiàn)象。35亨利（Joseph Henry，1797.12.171878.5.13） 美國物理學(xué)家1833年年 楞茨定律楞茨

21、定律 法拉第只是定性地用文字表述了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。1833年楞茨（Lenz）進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)楞茨定律，說明感應(yīng)電流的方向。1845年才由紐曼（F.E.Neumann，17981895）以定律的形式提出電磁感應(yīng)的定量規(guī)律。36楞次（楞次（Heinrich Friedrich Emil Lenz）是俄國物理學(xué)家和地是俄國物理學(xué)家和地球物理學(xué)家，球物理學(xué)家，n 它所產(chǎn)生的磁場方向與引起感應(yīng)的原磁場的變化方向相反它所產(chǎn)生的磁場方向與引起感應(yīng)的原磁場的變化方向相反法拉第的力線思想法拉第的力線思想v 法拉第從廣泛的實驗研究中構(gòu)想出描繪電磁作用的法拉第從廣泛的實驗研究中構(gòu)想出描繪電磁作用的“力線力線”圖象。圖象。

22、他認(rèn)為電荷和磁極周圍的空間充滿了力線，靠力線（他認(rèn)為電荷和磁極周圍的空間充滿了力線，靠力線（包括電力線和磁力線）將電荷（或磁極）聯(lián)系在一起包括電力線和磁力線）將電荷（或磁極）聯(lián)系在一起。37v 法拉第是電磁場理論的奠基人，他首先提出了磁力線、電法拉第是電磁場理論的奠基人，他首先提出了磁力線、電力線的概念，在電磁感應(yīng)、電化學(xué)、靜電感應(yīng)的研究中進(jìn)力線的概念，在電磁感應(yīng)、電化學(xué)、靜電感應(yīng)的研究中進(jìn)一步深化和發(fā)展了力線思想，并第一次提出場的思想，建一步深化和發(fā)展了力線思想，并第一次提出場的思想，建立了電場、磁場的概念。立了電場、磁場的概念。v 愛因斯坦曾指出，場的思想是法拉第最富有創(chuàng)造性的思想愛因斯坦

23、曾指出，場的思想是法拉第最富有創(chuàng)造性的思想，是自牛頓以來最重要的發(fā)現(xiàn)。，是自牛頓以來最重要的發(fā)現(xiàn)。v 麥克斯韋正是繼承和發(fā)展了法拉第的場的思想，為之找到麥克斯韋正是繼承和發(fā)展了法拉第的場的思想，為之找到了完美的數(shù)學(xué)表示形式從而建立了電磁場理論。了完美的數(shù)學(xué)表示形式從而建立了電磁場理論。381847年湯姆生的類比思想年湯姆生的類比思想v 1847年，年，W.湯姆生進(jìn)一步研究了電磁現(xiàn)象與彈性現(xiàn)湯姆生進(jìn)一步研究了電磁現(xiàn)象與彈性現(xiàn)象的相似性，在題為象的相似性，在題為論電力、磁力和伽伐尼力的力論電力、磁力和伽伐尼力的力學(xué)表征學(xué)表征一文中，以不可壓縮流體的流線連續(xù)性為基一文中，以不可壓縮流體的流線連續(xù)性為

24、基礎(chǔ)，論述了電磁現(xiàn)象和流體力學(xué)現(xiàn)象的共性。礎(chǔ)，論述了電磁現(xiàn)象和流體力學(xué)現(xiàn)象的共性。vW.湯姆生運用湯姆生運用類比方法類比方法，把法拉第的力線思想轉(zhuǎn)變，把法拉第的力線思想轉(zhuǎn)變?yōu)槎康谋硎?，為麥克斯韋的工作提供了十分有益的為定量的表述，為麥克斯韋的工作提供了十分有益的經(jīng)驗。經(jīng)驗。393.4 電磁場理論的建立電磁場理論的建立v 3.4.1 1865年麥克斯韋建立電磁場理論年麥克斯韋建立電磁場理論 麥克斯韋麥克斯韋(James Clerk Maxwell(James Clerk Maxwell，183118311879)1879)，英國物理學(xué)家，經(jīng)典電磁理論的，英國物理學(xué)家，經(jīng)典電磁理論的奠基人奠基人

25、18311831年年8 8月月3131日出生于愛丁堡。自幼聰穎，日出生于愛丁堡。自幼聰穎，1515歲就在愛丁堡皇家學(xué)會會刊歲就在愛丁堡皇家學(xué)會會刊上發(fā)表了一篇關(guān)于二次曲線作圖問題的論文，已顯露出出眾的才華。上發(fā)表了一篇關(guān)于二次曲線作圖問題的論文，已顯露出出眾的才華。40“把數(shù)學(xué)分析和實驗研究聯(lián)合使用所得到的物理知識，比之一個單純實驗人員或單純的數(shù)學(xué)家能具有的知識更堅實，有益和鞏固?！?麥克斯韋 麥克斯韋電磁場理論麥克斯韋電磁場理論v 18561856年，麥克斯韋發(fā)表了第一篇關(guān)于電磁理論的論文，題年，麥克斯韋發(fā)表了第一篇關(guān)于電磁理論的論文，題為：為：論法拉第力線論法拉第力線。在這篇論文中，他發(fā)展

26、了在這篇論文中，他發(fā)展了W.湯湯姆生的類比方法。姆生的類比方法。v 用麥克斯韋通過類比，明確了兩類不同的概念，一類相當(dāng)于用麥克斯韋通過類比，明確了兩類不同的概念，一類相當(dāng)于流體中的力，流體中的力，E和和H就是；另一類相當(dāng)于流體的流量，就是；另一類相當(dāng)于流體的流量，D和和B屬于這一類。屬于這一類。v 麥克斯韋進(jìn)一步討論了這兩類量的性質(zhì)。流量遵從連續(xù)性方麥克斯韋進(jìn)一步討論了這兩類量的性質(zhì)。流量遵從連續(xù)性方程，可以沿曲面積分，而力則應(yīng)沿線段積分。程，可以沿曲面積分，而力則應(yīng)沿線段積分。41v 1865年，麥克斯韋發(fā)表了關(guān)于電磁場理論的第三篇論文：年，麥克斯韋發(fā)表了關(guān)于電磁場理論的第三篇論文：電電磁場

27、的動力學(xué)理論磁場的動力學(xué)理論，用場的觀點總結(jié)了電磁理論，構(gòu)建了全，用場的觀點總結(jié)了電磁理論，構(gòu)建了全新的理論框架。新的理論框架。42麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場在其周圍的空間激發(fā)渦旋電場；變化的電場引起媒質(zhì)電位移的變化，電位移的變化與電流一樣在周圍的空間激發(fā)渦旋磁場。v 麥克斯韋明確地用數(shù)學(xué)公式把它們表示出來，從而得到了麥克斯韋明確地用數(shù)學(xué)公式把它們表示出來，從而得到了電磁場的普遍方程組電磁場的普遍方程組麥克斯韋方程組。麥克斯韋方程組。v 通過對這個方程組的數(shù)學(xué)運算，麥克斯韋預(yù)言了電磁波的通過對這個方程組的數(shù)學(xué)運算，麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，電磁波的傳播速度同光速一樣。而光不過是波長在存在，電磁波

28、的傳播速度同光速一樣。而光不過是波長在某一范圍的電磁波，從而把電、磁和光現(xiàn)象統(tǒng)一了起來。某一范圍的電磁波，從而把電、磁和光現(xiàn)象統(tǒng)一了起來。43v 麥克斯韋在電磁理論方面的工作可以和牛頓在力學(xué)理論方面的工作相媲美。v 對麥克斯韋的功績，愛因斯坦作了很高的評價。 他在紀(jì)念麥克斯韋的文集中寫道：“自從牛頓奠定理論物理學(xué)的基礎(chǔ)以來，物理學(xué)的公理基礎(chǔ)的最偉大的變革，是由法拉第和麥克斯韋在電磁現(xiàn)象方面的工作所引起的”?！斑@樣一次偉大的變革是同法拉第、麥克斯韋和赫茲的名字永遠(yuǎn)聯(lián)在一起的。這次革命的最大部分出自麥克斯韋?！?43.4.2 1886 赫茲的電磁波實驗赫茲的電磁波實驗v 1886年年10月，赫茲用

29、放電線圈做火花放月，赫茲用放電線圈做火花放電實驗，偶然發(fā)現(xiàn)近旁未閉合的絕緣導(dǎo)電電實驗，偶然發(fā)現(xiàn)近旁未閉合的絕緣導(dǎo)電線圈中有電火花跳過，便敏銳地想到這可線圈中有電火花跳過，便敏銳地想到這可能是電磁共振。能是電磁共振。v 此開始直到此開始直到1888年，赫茲集中力量持續(xù)進(jìn)年，赫茲集中力量持續(xù)進(jìn)行了有關(guān)電磁波特性的多方面實驗行了有關(guān)電磁波特性的多方面實驗45 赫茲赫茲(H. R. Hertz, 18571894)-德國物理學(xué)家德國物理學(xué)家1887年年11月月5日，赫茲在寄給亥姆霍茲一篇題為日，赫茲在寄給亥姆霍茲一篇題為論在絕論在絕緣體中電過程引起的感應(yīng)現(xiàn)象緣體中電過程引起的感應(yīng)現(xiàn)象的論文中，的論文中， 總結(jié)了這個重總結(jié)了這個重要發(fā)現(xiàn)。要發(fā)現(xiàn)。46赫茲的電磁波實驗裝置赫茲的電磁波實驗裝置用來檢測電磁波的用來檢測電磁波的有缺口有缺口金屬環(huán)狀線圈金屬環(huán)狀線圈v 接著，赫茲還通過實驗確認(rèn)了電磁波是橫波，具有與光類接著，赫茲還通過實驗確認(rèn)了電磁