物理学史--电磁学的建立.ppt

电磁学的建立和发展 电磁现象的早期研究 电磁学的建立 电磁感应现象的发现与研究 电磁场理论的建立 第一个实验证明电流反向，作用力也反向。安培用一无定向秤检验对折的通电导线有无磁力作用。所谓无定向秤，实际上是两个方向相反的通电线圈，悬吊在水银槽下。如果两个线圈受力不均衡，就会发生偏转。实验结果是：当对折导线通电时，无定向秤丝毫不动，证明强度相等、方向相反的两个靠得很近的电流对另一电流产生的吸力和斥力在绝对值上是相等的。 第二个实验证明磁作用的方向性。安培仍用无定向秤，将对折导线中的一根绕成螺旋状，，结果也是没有作用，说明弯曲的电流和直线的电流是等效的，因此可以把弯曲电流看成是许多小段电流（即电流元）组成，它的作用就是各小段电流的矢量和。 第三个实验研究作用力的方向。安培把圆弧形导体架在水银槽上，经水银槽通电。改变通电回路或用各种通电线圈对它作用，圆弧导体都不动，说明作用力一定垂直于载流导体。 第四个实验检验作用力与电流及距离的关系。安培用三个相似的线圈，，其半径之比分别等于其距离之比。通电后，中间的线圈丝毫不动，说明第一个线圈和第三个线圈对第二个线圈的作用相互抵消。由此得出结论：载流导线的长度与作用距离增加相同倍数时，作用不变。 安培研究电流相互作用的仪器 在上述实验的基础上，安培于1820年12月4日推出了反映电流间的相互作用的公式，即两个电流元之间的作用力跟它们之间距离的平方成反比，这就是著名的安培定律。 安培最初发表的公式如下： 安培定律目前的表达式为： 安培还进一步探索了磁的本质，于1821年1月提出了分子电流假说，认为每个分子形成的圆形电流就相当于一根小磁针。安培把磁和电流联系起来，从本质上认识了磁和电的统一。 　 1827年，安培在其发表的《电动力学理论》总结了已知的电磁现象，得到了磁场的安培环路定理等。安培把牛顿力学引入电学，创立了电动力学，被麦克斯韦誉为“电学中的牛顿”。 安培定律的公式从形式上看，与牛顿的万有引力定律非常相似。安培正是遵循牛顿的路线，仿照力学的理论体系，创建了电动力学。他认定电流元之间的相互作用力是电磁现象的核心，电流元相当于力学中的质点，它们之间存在超距作用，就象万有引力一样。 （五） 欧姆定律的建立 欧姆研究电路的实验装置 欧姆(Georg Simon Ohm，1789—1845) 1789年3月16日出生在南德意志巴伐利亚的爱尔朗根。他在1805年考入爱尔朗根大学，但他只读了三个学期就被父亲送到了瑞士农村。欧姆的父亲认为农村的清新空气和纯朴的社会关系，将会更有利于欧姆潜心学习。在这以后的岁月里，欧姆一边自学，一边担任中学教师和家庭教师。 1811年，欧姆再度进入爱尔朗根大学，并于同年月10月获得了博士学位。 在安培专注于电流磁效应的研究时，德国的欧姆就开始了对导线中电流规律的研究工作。 　 他从傅立叶发现的热传导规律受到启发，导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。因而欧姆认为，电流现象与此相似，猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力，即现在所称的电动势。 开始他用伏打电堆作电源，但是因为电流不稳定，效果不好。后来他接受别人的建议改用温差电池作电源，从而保证了电流的稳定性。但是如何测量电流的大小，这在当时还是一个没有解决的难题。他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来，巧妙地设计了一个电流扭秤。实验中他用粗细相同、长度不同的八根铜导线进行了测量，得出了如下的等式： X＝a／(b＋x) 式中X为磁效应强度，即电流的大小；a是与激发力(即温度差)有关的常数，即电动势；x表示导线的长度，b是与电路其余部分的电阻有关的常数，b＋x实际上表示电路的总电阻。这个结果于1826年发表。 1827年欧姆又在《动电电路的数学研究》一书中，把他的实验规律总结成如下公式： Ｓ＝γE 式中S表示电流；E表示电动力，即导线两端的电势差，γ为导线对电流的传导率，其倒数即为电阻。 欧姆定律发现初期，许多物理学家不能正确理解和评价这一发现，并遭到怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视，经济极其困难，使欧姆精神抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普利奖章，才引起德国科学界的重视。 欧姆在自己的许多著作里还证明了：电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积和传导性成反比；在稳定电流的情况下，电荷不仅在导体的表面上，而且在导体的整个截面上运动。 三. 电磁感应现象的发现与研究 电磁感应现象的发现是电磁学发展史中又一重大的里程碑。对电磁感应现象的研究使人们对电与磁的关系有了更深刻的认识，使电磁学理论更趋于完