1、創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日緒論之樊仲川億創(chuàng)作創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日一、電磁學(xué)發(fā)展史簡述1概述早期，由于磁現(xiàn)象曾被認(rèn)為是與電現(xiàn)象自力無關(guān)的，同時也由于磁學(xué)自己的發(fā)展和應(yīng)用 ，如近代磁性 資料和磁學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的磁效應(yīng)和磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 和應(yīng)用等等，使得磁學(xué)的內(nèi)容不竭擴年夜，所以磁學(xué) 在實際上也就作為一門和電學(xué)相平行的學(xué)科來研究了 電磁學(xué)從原來互相自力的兩門科學(xué) （電學(xué)、磁學(xué)）發(fā)展 成為物理學(xué)中一個完整的分支學(xué)科，主要是基于兩個 重要的實驗發(fā)現(xiàn)，即電流的磁效應(yīng)和變動的磁場的電 效應(yīng).這兩個實驗現(xiàn)象，加上麥克斯韋關(guān)于變動電場 發(fā)生磁場的假設(shè)，奠基了電磁學(xué)的整個理論體系，發(fā) 展了對現(xiàn)代文明起

2、重年夜影響的電工和電子技術(shù).麥克斯韋電磁理論的重年夜意義，不單在于這個 理論支配著一切宏觀電磁現(xiàn)象 （包括靜電、穩(wěn)恒磁場、創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日電磁感應(yīng)、電路、電磁波等等 ),而且在于它將光學(xué)現(xiàn) 象統(tǒng)一在這個理論框架之內(nèi)，深刻地影響著人們認(rèn)識 物質(zhì)世界的思想.電子的發(fā)現(xiàn)，使電磁學(xué)和原子與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論 結(jié)合了起來，洛倫茲的電子論把物質(zhì)的宏觀電磁性質(zhì) 歸結(jié)為原子中電子的效應(yīng)，統(tǒng)一地解釋了電、磁、光 現(xiàn)象.和電磁學(xué)密切相關(guān)的是經(jīng)典電動力學(xué)，兩者在內(nèi)容上并沒有原則的區(qū)別.一般說來，電磁學(xué)偏重于電磁 現(xiàn)象的實驗研究，從廣泛的電磁現(xiàn)象研究中歸納出電 磁學(xué)的基本規(guī)律；

3、經(jīng)典電動力學(xué)則偏重于理論方面，它以麥克斯韋方程組和洛倫茲力為基礎(chǔ)，研究電磁場分布，電磁波的激發(fā)、輻射和傳布，以及帶電粒子與 電磁場的相互作用等電磁問題 ，也可以說，廣義的電 磁學(xué)包括了經(jīng)典電動力學(xué).2電學(xué)發(fā)展簡史“電” 一詞在西方是從希臘文琥珀一詞轉(zhuǎn)意而來 的，在中國則是從雷閃現(xiàn)象中引出來的 .自從18世紀(jì)創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日中葉以來，對電的研究逐漸蓬勃開展.它的每項重年夜 發(fā)現(xiàn)都引起廣泛的實用研究，從而增進(jìn)科學(xué)技術(shù)的飛 速發(fā)展.現(xiàn)今，無論人類生活、科學(xué)技術(shù)活動以及物質(zhì)生 產(chǎn)活動都已離不開電.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，某些帶有 專門知識的研究內(nèi)容逐漸自力，形成

4、專門的學(xué)科，如 電子學(xué)、電工學(xué)等.電學(xué)又可稱為電磁學(xué)，是物理學(xué)中 頗具重要意義的基礎(chǔ)學(xué)科.有關(guān)電的記載可追溯到公元前 6世紀(jì).早在公元前 585年，希臘哲學(xué)家泰勒斯已記載了用木塊摩擦過的 琥珀能夠吸引碎草等輕小物體，后來又有人發(fā)現(xiàn)摩擦 過的煤玉也具有吸引輕小物體的能力.在以后的2000年中，這些現(xiàn)象被看成與磁石吸鐵一樣，屬于物質(zhì)具 有的性質(zhì)，另外沒有什么其他重年夜的發(fā)現(xiàn).在中國，西漢末年已有“磕瑁（玳瑁）吸偌（細(xì) 小物體之意）”的記載；晉朝時進(jìn)一步還有關(guān)于摩擦起 電引起放電現(xiàn)象的記載“今人梳頭，解著衣時,有隨梳解結(jié)有光者，亦有咤聲”.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日

5、1600年，英國物理學(xué)家吉伯發(fā)現(xiàn)，不單琥珀 和煤玉摩擦后能吸引輕小物體，而且相當(dāng)多的物質(zhì)經(jīng) 摩擦后也都具有吸引輕小物體的性質(zhì)，他注意到這些 物質(zhì)經(jīng)摩擦后其實不具備磁石那種指南北的性質(zhì).為了標(biāo)明與磁性的分歧，他采納琥珀的希臘字母拼音把這 種性質(zhì)稱為“電的”.吉伯在實驗過程中制作了第一只 驗電器，這是一根中心固定可轉(zhuǎn)動的金屬細(xì)棒，當(dāng)與摩擦過的琥珀靠近時,金屬細(xì)棒可轉(zhuǎn)動指向琥珀.年夜約在1660年，馬德堡的蓋利克發(fā)明了第 一臺摩擦起機電.他用硫磺制成形如地球儀的可轉(zhuǎn)動球 體，用干燥的手掌摩擦轉(zhuǎn)動球體，使之獲得電.蓋利克 的摩擦起機電經(jīng)過不竭改進(jìn)，在靜電實驗研究中起著 重要的作用，直到19世紀(jì)霍耳茨和

6、推普勒分別發(fā)明感 應(yīng)起機電后才被取代.18世紀(jì)電的研究迅速發(fā)展起來.1729年，英國 的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：金屬可導(dǎo)電，絲綢不導(dǎo)電，而且他第一次使人體帶電.格雷的實驗引起法國迪費的 注意.1733年迪費發(fā)現(xiàn)絕緣起來的金屬也可摩擦起電，創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日因此他得出所有物體都可摩擦起電的結(jié)論.他把玻璃上 發(fā)生的電叫做“玻璃的”，琥珀上發(fā)生的電與樹脂發(fā) 生的相同，叫做“樹脂的”.他獲得：帶相同電的物體 互相排斥；帶分歧電的物體彼此吸引.1745年，荷蘭萊頓的穆申布魯克發(fā)明了能保 管電的萊頓瓶.萊頓瓶的發(fā)明為電

7、的進(jìn)一步研究提供了 條件，它對電知識的傳布起到了重要的作用 .差未幾同時，美國的富蘭克林做了許多有意義的工作，使得人們對電的認(rèn)識更加豐富.1747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，摩擦的作用可以使它從一物體轉(zhuǎn)移到另一物體，但不能締造；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.他把摩擦?xí)r物體獲得的電的過剩部份叫做帶 正電，物體失去電而缺乏的部份叫做帶負(fù)電 .嚴(yán)格地說，這種關(guān)于電的一元流體理論在今天 看來其實不正確，但他所使用的正電和負(fù)電的術(shù)語至 今仍被采納，他還觀察到導(dǎo)體的尖端更易于放電等 .早創(chuàng)作時間：二零二一年六月

8、三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日在1749年，他就注意到雷閃與放電有許多相同之處，1752年他通過在雷雨天氣將風(fēng)箏放入云層，來進(jìn)行雷 擊實驗，證明了雷閃就是放電現(xiàn)象.在這個實驗中最幸 運的是富蘭克林居然沒有被電死，因為這是一個危險 的實驗，后來有人重復(fù)這種實驗時遭電擊身亡.富蘭克 林還建議用避雷針來防護(hù)建筑物免遭雷擊,1745年首先由狄維斯實現(xiàn)，這年夜概是電的第一個實際應(yīng)用.18世紀(jì)后期開始了電荷相互作用的定量研究.1776年，普里斯特利發(fā)現(xiàn)帶電金屬容器內(nèi)概況沒 有電荷，猜想電力與萬有引力有相似的規(guī)律.1769年,魯賓孫通過作用在一個小球上電力和重力平衡的實驗，第一次直接測定了兩個電荷相互

9、作用力與距離二次方 成反比.1773年，卡文迪什推算出電力與距離的二次 方成反比，他的這一實驗是近代精確驗證電力定律的 雛形.1785年，庫侖設(shè)計了精巧的扭秤實驗，直接 測定了兩個靜止點電荷的相互作用力與它們之間的距 離二次方成反比，與它們的電量乘積成正比.庫侖的實 驗獲得了世界的公認(rèn)，從此電學(xué)的研究開始進(jìn)入科學(xué)創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日行列.1811年泊松把早先力學(xué)中拉普拉斯在萬有引力 定律基礎(chǔ)上發(fā)展起來的勢論用于靜電，發(fā)展了靜電學(xué)的解析理論.18世紀(jì)后期電學(xué)的另一個重要的發(fā)展是意年 夜利物理學(xué)家伏打發(fā)明了電池，在這之前，電學(xué)實驗 只能用摩擦起機電的萊頓瓶進(jìn)

10、行，而它們只能提供長久的電流.1780年，意年夜利的解剖學(xué)家伽伐尼偶然 觀察到與金屬相接觸的蛀腿發(fā)生抽動.他進(jìn)一步的實驗發(fā)現(xiàn)，若用兩種金屬分別接觸蛀腿的筋腱和肌肉，則當(dāng)兩種金屬相碰時,蛀腿也會發(fā)生抽動.1792年，伏打?qū)Υ诉M(jìn)行了仔細(xì)研究之后，認(rèn) 為蛀腿的抽動是一種對電流的靈敏反應(yīng).電流是兩種分 歧金屬插在一定的溶液內(nèi)并構(gòu)成回路時發(fā)生的，而肌肉提供了這種溶液.基于這一思想,1799年，他制造 了第一個能發(fā)生繼續(xù)電流的化學(xué)電池，具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.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日爾后，各種化學(xué)電源蓬

11、勃發(fā)展起來.1822年塞 貝克進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，將銅線和一根別種金屬（韌）線連成 回路，并維持兩個接頭的分歧溫度，也可獲得微弱而 繼續(xù)的電流，這就是熱電效應(yīng).化學(xué)電源發(fā)明后，很快發(fā)現(xiàn)利用它可以作出許 多不尋常的事情.1800年卡萊爾和尼科爾森用高壓電 流分解水；同年里特勝利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；1807年，戴維利用龐年夜的電池組先后電解獲得鉀、鈉、鈣、鎂 等金屬；1811年他用2000個電池組成的電池組制成 了碳極電??；從19世紀(jì)50年代起它成為燈塔、劇院 等場所使用的強烈光電源，直到70年代才逐漸被愛迪 生發(fā)明的白熾燈所取代.另外伏打電池也增進(jìn)了電鍍的 發(fā)展

12、，電鍍是1839年由西門子等人發(fā)明的.雖然早在1750年富蘭克林已經(jīng)觀察到萊頓瓶 放電可使鋼針磁化，甚至更早在1640年，已有人觀察 到閃電使羅盤的磁針旋轉(zhuǎn)，但到19世紀(jì)初，科學(xué)界仍 普遍認(rèn)為電和磁是兩種自力的作用.與這種傳統(tǒng)觀念相反，丹麥的自然哲學(xué)家奧斯特接受了德國哲學(xué)家康德創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日和謝林關(guān)于自然力統(tǒng)一的哲學(xué)思想，堅信電與磁之間有著某種聯(lián)系.經(jīng)過多年的研究，他終于在1820年發(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).電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)開拓了電學(xué)研究的新紀(jì) 元.奧斯特的發(fā)現(xiàn)首先引起法國物理學(xué)家的注意，同年即取得一些重要功效，

13、如安培關(guān)于載流螺線管與 磁鐵等效性的實驗；阿喇戈關(guān)于鋼和鐵在電流作用下 的磁化現(xiàn)象；畢奧和薩伐爾關(guān)于長直載流導(dǎo)線對磁極 作用力的實驗；另外安培還進(jìn)一步做了一系列電流相 互作用的精巧實驗.由這些實驗分析獲得的電流元之間 相互作用力的規(guī)律，是認(rèn)識電流發(fā)生磁場以及磁場對 電流作用的基礎(chǔ).電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)翻開了電應(yīng)用的新領(lǐng)域.1825年斯特金發(fā)明電磁鐵，為電的廣泛應(yīng)用締造 了條件.1833年高斯和韋伯制造了第一臺簡陋的單線 電報；1837年惠斯通和莫爾斯分別自力發(fā)明了電報機 莫爾斯還發(fā)明了一套電碼，利用他所制造的電報機可 通過在移動的紙條上打上點和劃來傳遞信息.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：

14、二零二一年六月三十日1855年湯姆孫（即開爾文）解決了水下電纜信 號輸送速度慢的問題,1866年依照湯姆孫設(shè)計的年夜 西洋電纜鋪設(shè)勝利.1854年，法國電報家布爾瑟提出 用電來傳送聲音的設(shè)想，但未釀成現(xiàn)實；后來，賴斯 于1861年實驗勝利，但未引起重視.1861年貝爾發(fā)明 了德律風(fēng)，作為收話機，它仍用于現(xiàn)代，而其發(fā)話機 則被愛迪生的發(fā)明的碳發(fā)話機以及休士的發(fā)明的傳聲 器所改進(jìn).電流磁效應(yīng)發(fā)現(xiàn)不久，幾種分歧類型的檢流計 設(shè)計制成，為歐姆發(fā)現(xiàn)電路定律提供了條件.1826年,受到傅里葉關(guān)于固體中熱傳導(dǎo)理論的啟發(fā)，歐姆認(rèn)為電的傳導(dǎo)和熱的傳導(dǎo)很相似，電源的作用好像熱傳導(dǎo) 中的溫差一樣.為了確定電路定律，

15、開始他用伏打電堆 作電源進(jìn)行實驗，由于那時的伏打電堆性能很不穩(wěn)定 實驗沒有勝利；后來他改用兩個接觸點溫度恒定因而 高度穩(wěn)定的熱電動勢做實驗，獲得電路中的電流強度 與他所謂的電源的“驗電力”成正比 ，比例系數(shù)為電 路的電阻.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日由于那時的能量守恒定律尚未確立，驗電力的 概念是含混的，直到1848年基爾霍夫從能量的角度考 查，才橙清了電位差、電動勢、電場強度等概念，使得歐姆理論與靜電學(xué)概念協(xié)調(diào)起來.在此基礎(chǔ)上，基爾 霍夫解決了分支電路問題.杰出的英國物理學(xué)家法拉第從事電磁現(xiàn)象的實 驗研究，對電磁學(xué)的發(fā)展作出極重要的貢獻(xiàn)，其中最重要的貢獻(xiàn)是18

16、31年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象.緊接著他做 了許多實驗確定電磁感應(yīng)的規(guī)律，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)閉合線圈中的磁通量發(fā)生變動時,線圈中就發(fā)生感應(yīng)電動勢， 感應(yīng)電動勢的年夜小取決于磁通量隨時間的變動率.后來，楞次于1834年給出感應(yīng)電流方向的描述，而諾埃 曼概括了他們的結(jié)果給出感應(yīng)電動勢的數(shù)學(xué)公式.法拉第在電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上制出了第一臺發(fā)機 電.另外，他把電現(xiàn)象和其他現(xiàn)象聯(lián)系起來廣泛進(jìn)行研 究，在1833年勝利地證明了摩擦起電和伏打電池發(fā)生 的電相同,1834年發(fā)現(xiàn)電解定律,1845年發(fā)現(xiàn)磁光效 應(yīng)，并解釋了物質(zhì)的順磁性和抗磁性，他還詳細(xì)研究創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日了極化現(xiàn)象和靜電感應(yīng)

17、現(xiàn)象，并首次用實驗證明了電 荷守恒定律.電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為能源的開發(fā)和廣泛利用開創(chuàng) 了嶄新的前景.1866年西門子發(fā)明了可供實用的自激 發(fā)機電；19世紀(jì)末實現(xiàn)了電能的遠(yuǎn)距離輸送；電念頭 在生產(chǎn)和交通運輸中獲得廣泛使用，從而極年夜地改 變了工業(yè)生產(chǎn)的面貌.對電磁現(xiàn)象的廣泛研究使法拉第逐漸形成了他 特有的“場”的觀念.他認(rèn)為：力線是物質(zhì)的，它彌漫 在全部空間，并把異號電荷和相異磁板分別連結(jié)起 來；電力和磁力不是通過空虛空間的超距作用，而是通過電力線和磁力線來傳遞的，它們是認(rèn)識電磁現(xiàn)象 必不成少的組成部份，甚至它們比發(fā)生或“匯集”力 線的“源”更富有研究的價值.法拉第的豐碩的實驗研究功效以及他的新穎的

18、 場的觀念，為電磁現(xiàn)象的統(tǒng)一理論準(zhǔn)備了條件 .諾埃 曼、韋伯等物理學(xué)家對電磁現(xiàn)象的認(rèn)識曾有過很多重 要貢獻(xiàn)，但他們從超距作用觀點動身，概括庫侖以來創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日已有的全部電學(xué)知識，在建立統(tǒng)一理論方面并未取得 勝利.這一工作在19世紀(jì)60年代由卓越的英國物理學(xué) 家麥克斯韋完成.麥克斯韋認(rèn)為變動的磁場在其周圍的空間激發(fā) 渦旋電場；變動的電場引起媒質(zhì)電位移的變動，電位移的變動與電流一樣在周圍的空間激發(fā)渦旋磁場.麥克斯韋明確地用數(shù)學(xué)公式把它們暗示出來，從而獲得了電磁場的普遍方程組一一麥克斯韋方程組.法拉第的力線思想以及電磁作用傳遞的思想在其中獲得了充沛的

19、體現(xiàn).麥克斯韋進(jìn)而根據(jù)他的方程組，得出電磁作用 以波的形式傳布，電磁波在真空中的傳布速度即是電 量的電磁單元與靜電單元的比值 ，其值與光在真空中 傳布的速度相同，由此麥克斯韋預(yù)言光也是一種電磁 波.1888年，赫茲根據(jù)電容器放電的振蕩性質(zhì) ， 設(shè)計制作了電磁波源和電磁波檢測器 ，通過實驗檢測 到電磁波，測定了電磁波的波速，并觀察到電磁波與創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日光波一樣，具有偏振性質(zhì)，能夠反射、折射和聚焦.從 此麥克斯韋的理論逐漸為人們所接受.麥克斯韋電磁理論通過赫茲電磁波實驗的證實 開辟了 一個全新的領(lǐng)域一一電磁波的應(yīng)用和研究.1895年，俄國的波波夫和意

20、年夜利的馬可尼分別實現(xiàn)了無 線電信號的傳送.后來馬可尼將赫茲的振子改進(jìn)為豎直 的天線；德國的布勞恩進(jìn)一步將發(fā)射器分為兩個振藕 線路，為擴年夜信號傳遞范圍締造了條件.1901年馬可尼第一次建立了橫跨年夜西洋的無線電聯(lián)系.電子管的發(fā)明及其在線路中的應(yīng)用，使得電磁波的發(fā)射和接 收都成為易事，推動了無線電技術(shù)的發(fā)展，極年夜地 改變了人類的生活.1896年洛倫茲提出的電子論，將麥克斯韋方 程組應(yīng)用到微觀領(lǐng)域，并把物質(zhì)的電磁性質(zhì)歸結(jié)為原 子中電子的效應(yīng).這樣不單可以解釋物質(zhì)的極化、磁 化、導(dǎo)電等現(xiàn)象以及物質(zhì)對光的吸收、散射和色散現(xiàn) 象；而且還勝利地說明了關(guān)于光譜在磁場中分裂的正 常塞曼效應(yīng)；另外，洛倫茲還

21、根據(jù)電子論導(dǎo)出了關(guān)于創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日運動介質(zhì)中的光速公式，把麥克斯韋理論向前推進(jìn)了.在法拉第、麥克斯韋和洛倫茲的理論體系中，假定了有一種特殊媒質(zhì)“以太”存在 ，它是電磁波的 荷載者，只有在以太參照系中，真空中光速才嚴(yán)格地 與方向無關(guān)，麥克斯韋方程組和洛倫茲力公式也只在 以太參照系中才嚴(yán)格成立.這意味著電磁規(guī)律不符合相 對性原理.關(guān)于這方面問題的進(jìn)一步研究，招致了愛因斯坦 在1905年建立了狹義相對論，它改變了原來的觀點， 認(rèn)定狹義相對論是物理學(xué)的一個基來源根基理，它否定了以太參照系的存在并修改了慣性參照系之間的時 空變換關(guān)系，使得麥克斯韋方程組和洛倫

22、茲力公式有 可能在所有慣性參照系中都成立.狹義相對論的建立不 單發(fā)展了電磁理論，而且對以后理論物理的發(fā)展具有 巨年夜的作用.3磁學(xué)發(fā)展簡史創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日有些天然鐵礦石在采出時就呈現(xiàn)永磁性，古人稱 它為“慈石”，意為慈祥的石頭，隱含了它能吸鐵的 特性.這名詞后來逐漸演化為“磁石”，俗稱“吸鐵 石”.在中國的管子一書中已有磁石和磁石引鐵的 記載，這應(yīng)當(dāng)不會晚于戰(zhàn)國后期，即公元前四至前三 世紀(jì).漢初劉安（公元前179 前122）的淮南子覽 冥篇中有“若以慈石之能連鐵也 ，而取其引瓦，則 難矣”的記載.東漢王充（公元27約97）的論 衡亂龍篇中有“頓牟攝芥

23、，慈石引針”（頓牟 即琥珀；芥指芥菜籽，統(tǒng)喻干草、紙等的微小屑末）的 記述.這些都是以磁石引鐵作為比如 ，來說明哲學(xué)或科 學(xué)觀點的記述，因此所舉的事例必是那時一般的讀者 所熟悉的.歐美的有關(guān)科技文獻(xiàn)常把磁石吸鐵的記載遠(yuǎn) 溯到古希臘的泰勒斯時期，但這是根據(jù)亞里士多德的 轉(zhuǎn)述.根據(jù)這些記述可以認(rèn)為，西方關(guān)于磁的最早記 述始于公元前500年左右.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日指南針是中國古代的四年夜發(fā)明之一，這在中國已是歷史知識了 .從磁石引鐵的發(fā)現(xiàn)到指南針的發(fā)明和 應(yīng)用要經(jīng)過一系列的觀察、實驗和工藝改進(jìn)，這是一個相當(dāng)長的歷史時期.公元1044年，北宋曾公亮、丁度等修撰

24、的武經(jīng)總 要中有應(yīng)用磁石的水浮型指南針制法的敘述；沈括 的夢溪筆談也記述了用絲懸起的或硬滑支點（如碗的邊緣）平衡著的鐵針做的實驗，并說明鐵針?biāo)覆皇?正南而微偏東；略晚于沈括的朱或所著的萍洲可 談（約于公元1119年問世）則已提到廣州海船在陰晦 天氣用指南針航海.在歐洲，公元1190年以前沒有一點關(guān)于磁石 能指方向的史料，而在這一年航行于地中海的船上卻 確有了指南針，很可能是由那時期進(jìn)行中國和阿拉伯 間貿(mào)易的海船傳去的.英國科學(xué)家吉伯認(rèn)為它是由馬可 波羅（12541324）或其同時代人帶回的，這樣反而把 這事推后了一個世紀(jì).創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日法國物理學(xué)

25、家?guī)靵鲇?785年確立了靜電荷間 相互作用力的規(guī)律一一庫侖定律之后，又對磁極進(jìn)行 了類似的實驗而證明：同樣的定律也適用于磁極之間 的相互作用.丹麥物理學(xué)家奧斯特在 1820年發(fā)現(xiàn)，一條通 過電流的導(dǎo)線會使其近處靜懸著的磁針偏轉(zhuǎn)，顯示出電流在其周圍的空間發(fā)生了磁場，這是證明電和磁現(xiàn)象密切結(jié)合的第一個實驗結(jié)果.緊接著，法國物理學(xué)家 安培等的實驗和理論分析，說明了載著電流的線圈所 發(fā)生的磁場，以及電流線圈間相互作用著的磁力 .奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁場后不久，有些物理學(xué)家就想到 是否有些物質(zhì)（如鐵）所暗示的宏觀磁性也來源于電流 那時還未發(fā)現(xiàn)電子，但關(guān)于物質(zhì)構(gòu)造的原子論已有不 小的發(fā)展.安培首先提出，鐵之所

26、以顯現(xiàn)強磁性是因為 組成鐵塊的分子內(nèi)存在著永恒的電流環(huán)，這種電流沒有像導(dǎo)體中電流所受到的那種阻力，而且電流環(huán)可因外來磁場的作用而自由地改變方向.這種電流在后來的文獻(xiàn)中被稱為“安培電流”或分子電流.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日繼安培之后，韋伯對物質(zhì)磁性的理論又作了很 多發(fā)展.雖然這些理論離現(xiàn)代辦署理論尚遠(yuǎn)，但在今天對磁性物質(zhì)的實質(zhì)作初步描述時,仍基本上根據(jù)安培 的概念.除古時已知道的磁鐵礦和鐵外，人們在兩千多 年中還沒有發(fā)現(xiàn)其他具有強磁性的物質(zhì).發(fā)現(xiàn)鉆(1733) 和鎮(zhèn)(1754)后不久就知道它們也像鐵那樣具有強磁性 . 至于一般的物質(zhì)在較強磁場作用下能否幾多暗示

27、一點磁性，則直到法拉第在老年時期才有系統(tǒng)的觀察.英國工程師斯特金于1824年創(chuàng)制了電磁體，故那時實驗室 可有較強的磁場設(shè)備，但法拉第在需要高度穩(wěn)定的磁 場時仍用了年夜的永磁體.法拉第丈量了樣品在不均勻磁場中被磁化時所受到的力，這個方法后來有了很多改進(jìn)，至今仍廣泛 用于觀測弱磁物質(zhì)的磁化率，也用于觀測鐵等強磁物 質(zhì)的飽和磁化強度.法拉第發(fā)現(xiàn)，一般的物質(zhì)在較強磁場作用下都 顯示一定水平的磁性，只是除極少數(shù)像鐵那樣的強磁創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日性物質(zhì)外，一般物質(zhì)的磁化率的絕對值都是很小的.它們又可分為兩類：一類物質(zhì)的磁化率是負(fù)的，稱之為抗磁性物質(zhì).這些物質(zhì)在磁場中

28、獲得的磁矩方向與磁場 方向相反，故在不均勻磁場中被推向磁場減弱的方向，即被磁場排斥；另一類物質(zhì)的磁化率是正的，在不均勻磁場中被推向磁場增強的方向，即被磁場吸引，法拉第稱它們?yōu)轫槾判晕镔|(zhì).像鐵那樣強的磁性顯然是特 殊的，應(yīng)另屬一類，后來稱為鐵磁性.這樣，在法拉第 以后的近百年中，物質(zhì)的磁性分三年夜類.1895年，法國物理學(xué)家居里發(fā)表了他對三類物質(zhì) 的磁性的年夜量實驗結(jié)果，他認(rèn)為：抗磁體的磁化率 不依賴于磁場強度且一般不依賴于溫度；順磁體的磁 化率不依賴于磁場強度而與絕對溫度成反比（這被稱為居里定律）；鐵在某一溫度（后被稱為居里點）以上失去 其強磁性.19世紀(jì)30年代初，法國物理學(xué)家奈耳從理論上預(yù)

29、言 了反鐵磁性，并在若干化合物的宏觀磁性方面獲得了 實驗證據(jù).1948年他又對若干鐵和其他金屬的混合氧 化物的磁性與鐵磁性的區(qū)別作了詳細(xì)的闡釋，并稱這創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日類磁性為亞鐵磁性.于是就有了五年夜類磁性.最近十 多年來又有些學(xué)者提出了幾種磁性的新名稱 ，但這些 都屬于鐵磁性的分支.法國物理學(xué)家朗之萬于 1905年提出了抗磁性 和順磁性的經(jīng)典理論，但十多年后范列文證明，朗之 萬理論中的某些假設(shè)分歧于經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)原理，及至原子結(jié)構(gòu)的量子論模型興起后，朗氏的假設(shè)又成為可 允許的.今天對這兩種磁化率的深刻理論公式已經(jīng)過量 子力學(xué)的改正，但還保管著朗之萬理

30、論的基本形式 . 二、電磁學(xué)的基本內(nèi)容1電磁學(xué)的研究對象電磁學(xué)是經(jīng)典物理學(xué)的一部份.它主要是研究電荷、電流發(fā)生電場、磁場的規(guī)律 ，電場和磁場的相互 聯(lián)系，以及電磁場對物質(zhì)的各種效應(yīng)等 .電磁現(xiàn)象是自 然界存在的一種極為普遍的現(xiàn)象，它涉及到很廣泛的 領(lǐng)域；電的研究和應(yīng)用在認(rèn)識客觀世界和改造客觀世 界中展現(xiàn)了巨年夜的活力.所以，電磁學(xué)是理科和技術(shù) 學(xué)科的一門重要基礎(chǔ)課.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日根據(jù)近代物理學(xué)的觀點，磁的現(xiàn)象是由運動電荷所發(fā)生的，因而在電學(xué)的范圍內(nèi)肯定分歧水平地包括 磁學(xué)的內(nèi)容.所以，電磁學(xué)和電學(xué)的內(nèi)容很難截然劃分 而“電學(xué)”有時也就作為“電磁學(xué)”

31、的簡稱 .2電學(xué)的研究內(nèi)容電學(xué)研究的內(nèi)容主要包括靜電、靜磁、電磁場、電路、電磁效應(yīng)和電磁丈量 靜電學(xué)是研究靜止電荷發(fā)生電場及電場對電荷作用規(guī)律的學(xué)科.電荷只有兩種，稱為正電和負(fù)電.同 種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引.電荷遵從電荷守 恒定律.電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 ，任何 物理過程中電荷的代數(shù)和堅持不變.所謂帶電，不外是 正負(fù)電荷的分離或轉(zhuǎn)移；所謂電荷消失 ，不外是正負(fù) 電荷的中和.靜止電荷之間相互作用力符合庫侖定律：在真 空中兩個靜止點電荷之間作用力的年夜小與它們的乘 積成正比，與它們之間的距離的平方成反比；作用力創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日的方向

32、沿著它們之間的聯(lián)線，同號電荷相斥，異號電 荷相吸.電荷之間相互作用力是通過電荷發(fā)生的電場相 互作用的.電荷發(fā)生的電場用電場強度（簡稱場強）來描 述.空間某一點的電場強度用正的單元試探電荷在該點 所受的電場力來界說，電場強度遵從場強疊加原理.通常的物質(zhì)，按其導(dǎo)電性能的分歧可分兩種情 況：導(dǎo)體和絕緣體.導(dǎo)體體內(nèi)存在可運動的自由電荷； 絕緣體又稱為電介質(zhì)，體內(nèi)只有束縛電荷.在電場的作用下，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷將發(fā)生移 動.當(dāng)導(dǎo)體的成份和溫度均勻時,到達(dá)靜電平衡的條件 是導(dǎo)體內(nèi)部的電場強度處處即是零.根據(jù)這一條件，可 導(dǎo)出導(dǎo)體靜電平衡的若干性質(zhì).靜磁學(xué)是研究電流穩(wěn)恒時發(fā)生磁場以及磁場對 電流作用力的學(xué)科.

33、電荷的定向流動形成電流.電流之間存在磁的 相互作用，這種磁相互作用是通過磁場傳遞的，即電創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日流在其周圍的空間發(fā)生磁場，磁場對放置其中的電流施以作用力.電流發(fā)生的磁場用磁感應(yīng)強度描述 .電磁場是研究隨時間變動下的電磁現(xiàn)象和規(guī)律 的學(xué)科. TOC o 1-5 h z 當(dāng)穿過閉臺導(dǎo)體線圈的磁通量發(fā)生變動時,線圈上發(fā)生感應(yīng)電流.感應(yīng)電流的方向可由楞次定律確定 閉合線圈中的感應(yīng)電流是感應(yīng)電動勢推動的結(jié)果，感應(yīng)電動勢遵從法拉第定律：閉臺線圈上的感應(yīng)電動勢 的年夜小總是與穿過線圈的磁通量的時間變動率成正 比.麥克斯韋方程組描述了電磁場普遍遵從的規(guī)律 它

34、同物質(zhì)的介質(zhì)方程、洛侖茲力公式以及電荷守恒定 律結(jié)合起來，原則上可以解決各種宏觀電動力學(xué)問題.根據(jù)麥克斯韋方程組導(dǎo)出的一個重要結(jié)果是存在電磁波，變動的電磁場以電磁波的形式傳布 ，電磁 波在真空中的傳布速度即是光速 .這也說明光也是電磁 波的一種，因此光的擺蕩理論納入了電磁理論的范疇.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日電路包括直流電路和交流電路的研究 ，是電學(xué)的組成部份.直流電路研究電流穩(wěn)恒條件下的電路 定律和性質(zhì)；交流電路研究電流周期性變動條件下的 電路定律和性質(zhì).直流電路由導(dǎo)體（或?qū)Ь€）連結(jié)而成，導(dǎo)體有一 定的電阻.穩(wěn)恒條件下電流不隨時間變動，電場亦不隨 時間變動.

35、根據(jù)穩(wěn)恒時電場的性質(zhì)、導(dǎo)電基本規(guī)律和電動 勢概念，可導(dǎo)出直流電路的各個實用定律：歐姆定 律、基爾霍夫電路定律，以及一些解決復(fù)雜電路的有 效而簡便的定理：等效電源定理、疊加定理、倒易定 理、對偶定理等，這些實用定律和定理構(gòu)成電路計算 的理論基礎(chǔ).交流電路比直流電路復(fù)雜很多，電流隨時間的 變動引起空間電場和磁場的變動 ，因此存在電磁感應(yīng) 和位移電流，存在電磁波.電磁效應(yīng)物質(zhì)中的電效應(yīng)是電學(xué)與其他物理學(xué)科（甚至非物理的學(xué)科）之間聯(lián)系的紐帶.物質(zhì)中的創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日電效應(yīng)種類繁多，有許多已成為或正逐漸發(fā)展為專門 的研究領(lǐng)域.比如：電致伸縮、壓電效應(yīng)（機械壓力

36、在電介質(zhì)晶體 上發(fā)生的電性和電極性）和逆壓電效應(yīng)、塞貝克效應(yīng)、 珀耳帖效應(yīng)（兩種分歧金屬或半導(dǎo)體接頭處，當(dāng)電流沿 某個方向通過時放出熱量，而電流反向時則吸收熱 量）、湯姆孫效應(yīng)（一金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體中維持溫度梯 度，當(dāng)電流沿某方向通過時放出熱量 ，而電流反向時 則吸收熱量）、熱敏電阻（半導(dǎo)體資料中電阻隨溫度靈 敏變動）、光敏電阻（半導(dǎo)體資料中電阻隨光照靈敏變 動）、光生伏打效應(yīng)（半導(dǎo)體資料因光照發(fā)生電位差）, 等等.對各種電效應(yīng)的研究有助于了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)以 及物質(zhì)中發(fā)生的基本過程，另外在技術(shù)上，它們也是 實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和非電量電測法的基礎(chǔ).電磁丈量也是電學(xué)的組成部份.丈量技術(shù)的發(fā) 展與學(xué)科的理論發(fā)

37、展有著密切的聯(lián)系，理論的發(fā)展推創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日動了丈量技術(shù)的改進(jìn)；丈量技術(shù)的改善在新的基礎(chǔ)上 驗證理論，并增進(jìn)新理論的發(fā)現(xiàn).電磁丈量包括所有電磁學(xué)量的丈量 ，以及有關(guān) 的其他量（交流電的頻率、相角等）的丈量.利用電磁學(xué) 原理已經(jīng)設(shè)計制作出各種專用儀表（安培計，伏特計、 歐姆計、磁場計等）和丈量電路，它們可滿足對各種電 磁學(xué)量的丈量.電磁丈量的另一個重要的方面是非電量 （長度、速 度、形變、力、溫度、光強、成份等 ）的電丈量.它的 主要原理是利用電磁量與非電量相互聯(lián)系的某種效應(yīng)I將非電量的丈量轉(zhuǎn)換為電磁量的丈量 .由于電丈量有一 系列優(yōu)點：準(zhǔn)確度高、量

38、程寬、慣量小、把持簡便，并可遠(yuǎn)距離遙測和實現(xiàn)丈量技術(shù)自動化，非電量的電丈量正在不竭發(fā)展.3磁學(xué)的內(nèi)容一個永磁體與另一個永磁體能夠不接觸而互相 施加力，人們曾稱這樣的現(xiàn)象為超距作用 .近代的物理 學(xué)家為了解釋電荷之間的和永磁體之間的相互作用力創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日引入了 “場”的概念：在一個永磁體周圍的空間中存 在著一個磁場，使處于這空間中任何位置的另一個永 磁體受到磁場所施加力的作用，同時第二個永磁體所 發(fā)生的磁場也對第一個永磁體施加著反作用力.因為力是矢量，所以磁場是矢量場.許多實驗事實都證明，磁 場是真實的存在.一塊鐵被一個永磁體吸一段時間以后，就被永

39、 磁體附近的較強的磁場所“磁化”，也成為一個永磁體了，有時也稱磁化一個物體的作用力為“磁化力”.一般的鐵塊在從磁場較強的處所移到磁場很弱的處所 就失失落其磁化了的狀態(tài)稱為“去磁”或“退磁”.容易磁化、也容易去磁的資料通稱為軟磁資料，成份近于純鐵的低碳鋼就是一個例子；難于磁化、也不容易 去磁的資料通稱為硬磁或永磁體資料，淬火了的、含 碳和鎰各約1%勺鐵就是最初級的硬磁資料.兩個永磁 體之間的相互作用也就是它們的磁極之間通過磁場的 相互作用.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日每一個永磁體都有兩個性質(zhì)分歧的磁極，通常 利用永磁體能指示南南方向，稱指北的一極為N極， 指南的一

40、極為S極；同名極相斥，異名極相吸.歷史上曾把永磁體與帶電物體相類比而設(shè)想磁 極是由“磁荷”的分布形成的.不外，這完全是一種類 比，實質(zhì)上磁荷其實不存在，而是作為一個等效物而 引入的.磁極總是以異名的一對呈現(xiàn)在同一磁體上，兩 TOC o 1-5 h z 個極歷來不能分離而自力存在.把一條永磁棍截成兩段， 就會獲得兩個短一些的永磁棍，各段新形成的一端上 呈現(xiàn)一個與該段原有磁極異名的新磁極.細(xì)而長的永磁棍的磁極與粗而短的永磁棍的相 比，細(xì)永磁棍的磁場較為集中在棍端很小的區(qū)域內(nèi).對距一個極足夠遠(yuǎn)的點，該極近似于一個“點磁荷”.如 果磁棍很長，兩個極相距很遠(yuǎn)，則與被觀察著的極比 力，另一極所貢獻(xiàn)的磁場可以被視為一小修正項.因此,用細(xì)長的永磁棍作樣品，就可以對分歧磁棍上的兩個 極的相互作用力進(jìn)行精密的定量觀測.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日用細(xì)絲懸著的小永磁棍實質(zhì)上是一個指南針.在四周沒有磁性物體和電流的影響時 ,指