电磁学研究与发展.docVIP

电磁学发展与方法论 #系#班 ## 摘要：从自然界的雷电现象，到生活中的家用电磁炉；从高层建筑上的避雷针，到个人移动通讯设备，电磁的利用已深深融入我们的科技与生活，成为不可分割的一部分。没有电与磁，我们的科技无法得到发展，我们的生活也将缺少很多便捷，因此，电磁学的深入研究对人类有着不可估量的重大意义。人类对电磁不断深入的发现，是世代人智慧接力的结晶，也是物理探索史上伟大的征程。 关键词：电场 磁场 电磁学 1.电磁学发展史概述 大学物理讲解的电磁学是关于宏观电磁现象的规律的知识。关于电磁现象的观察记录，在西方，可以追溯到公元前6世纪希腊学者泰勒斯的载有关于用布摩擦过的琥珀能吸引轻微物体的文献。 关于电磁现象的定量的理论研究，最早可以从库仑1785年研究电荷之间的相互作用算起。其后通过泊松、高斯等人的研究形成了静电场（以及静磁场）的理论。伽伐尼于1786年发现了静电场，后经伏特、欧姆、法拉第等人发现了关于电流的定律。1820年奥斯特发现了电流的磁效应，很快，毕奥、萨伐尔、安培、拉普拉斯等作了进一步定量的研究。1831年法拉第发现了有名的电磁感应现象，并提出了场和力线的概念，进一步揭示了电与磁的联系。在这样的基础上，麦克斯韦集前人之大成，再加上他极富创见的关于感应电场和位移电流的假说，建立了以一套方程组为基础的完整的宏观的电磁场理论，为利用电和磁开辟了广阔前景，实现了物理学史上第三次大综合。 2.电磁现象的早期研究 2.1定性实验的兴起 在电磁现象的早期研究中，第一个系统进行研究的是英国伊丽莎白女王的御医吉尔伯特,他著有《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》一书，以详细的实验检验和复杂的推测，展示了自己的研究成果，从而对当时的科学发展以巨大的影响。连同时代的伽利略也对吉尔伯特无比的赞赏和钦佩。 德国卡明大教堂的副主教冯·克莱斯特和荷兰莱顿大学的物理学教授马森布洛克于1745-1746年分别独立地发明了莱顿瓶，这项发明促进了静电学的研究，而且有实用价值，许多人纷纷重复“莱顿瓶”实验，一时竟成一种游戏娱乐。 1746年美国人富兰克林对莱顿瓶的功效进行深入的分析。富兰克林对大气中的雷电进行了研究，做了有名的“风筝实验”，证明雷电也是一种电现象。 2.2定量研究的开端——库仑定律的发现 法国物理学家库仑早年从事摩擦和扭转的研究。1777年制作了扭秤，1785年把扭秤用于测定电荷之间的斥力。 用扭秤做斥力与距离关系的实验，得出如下结论： 两个带有同种类型电荷间的排斥力与两球中心的距离的平方成反比。 库仑在做异种电荷吸引力与距离关系的实验时，运用扭秤遇到了困难，经过不断探索，他从力学的单摆实验中得到启发，采取另一种方法：从测定振动周期来确定力与距离的关系，从而克服了困难，得出电的吸引力与电的排斥力一样，都遵守平方反比定律。 1785年库仑在法国科学院终于发表了他的电力作用规律的论文，提出了电荷之间的作用力与其距离平方成反比，而与它们所带电荷量的乘积成正比的关系，这个结果被称为库仑定律。 库仑定律是电磁学的基本定律，它的建立标志着电磁学定量研究的开始。 3. 电流磁效应的发现 1820年4月，丹麦哥本哈根大学的物理学教授奥斯特在课堂上讲电和磁时，尝试将磁针放在导线的侧面，当他接通电源时，发现磁针轻微地晃动了一下。此后，经过反复实验，奥斯特终于查明了电流对磁针的偏转作用，伟大的发现就这样得到了。 奥斯特的发现，引起了广泛注意。很快，许多物理学家如毕奥、萨伐尔、安培等人也开始着手这方面的研究。法国物理学家安培在听说了关于奥斯的的新发现后转入电学的研究，他设计了四个极其精巧的实验，定量研究电流之间的相互作用，并进行数学推导，得到普遍的电动力公式，为电动力学奠定了基础。 在电流的磁效应发现之前，电和磁被认为是两种彼此无关的现象。电流磁效应的发现解开了新的一页。从此，电磁学才开始进入一个比较迅速发展的时期。 4.法拉第的实验研究 法拉第是英国物理学家，出身于工人家庭。1813年起，他作为戴维的助手，开始在实验室工作，1820年开始了物理方面的研究。全部汇集在他的巨著《电学的实验研究》中。 法拉第对电磁感应的研究绵延30年。1831年8月有了突破性进展，他取一个软铁制成的圆环，接通和断开电源时，看到检流计指针的摆动，这就是电磁感应现象。1835年，终于得出电磁感应定律，成为电磁场理论的奠基人，为麦克斯韦建立电磁场理论奠定了基础。 5.电磁场理论的集大成者——麦克斯韦的功绩 麦克斯韦是英国数学家、物理学家，在电磁场理论方面的工作，深受法拉第的影响。他信服法拉第统一性、可转化性的物理主导思想，决心为法拉第的力线和场的概念提供数学方法的基础。它他以惊人的数学才能，严密的逻辑推理对法拉第的