簡史電磁簡史電磁學(xué)發(fā)展.doc

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1、電磁學(xué)發(fā)展簡史一.早期的電磁學(xué)研究??????早期的電磁學(xué)研究比較零散，下面按照時間順序?qū)⒅饕录谐鋈缦拢?650年，德國物理學(xué)家格里凱在對靜電研究的基礎(chǔ)上，制造了第一臺摩擦起電機。1720年，格雷研究了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)體與絕緣體的區(qū)別，同時也發(fā)現(xiàn)了靜電感應(yīng)現(xiàn)象。1733年，杜菲經(jīng)過實驗區(qū)分出兩種電荷，稱為松脂電和玻璃電，即現(xiàn)在的負電和正電。他還總結(jié)出靜電相互作用的基本特征，同性排斥，異性相吸。1745年，荷蘭萊頓大學(xué)(圖1)的穆欣布羅克和德國的克萊斯特發(fā)明了一種能存儲電荷的裝置－萊頓瓶，它和起電機一樣，意義重大，為電的實驗研究提供了基本的實驗工具。1752年，美

2、國科學(xué)家富蘭克林對放電現(xiàn)象進行了研究，他冒著生命危險進行了著名的風(fēng)箏實驗，發(fā)明了避雷針。??????1777年，法國物理學(xué)家?guī)靵鐾ㄟ^研究毛發(fā)和金屬絲的扭轉(zhuǎn)彈性而發(fā)明了扭秤，如圖2所示。1785－1786年，他用這種扭秤測量了電荷之間的作用力，并且從牛頓的萬有引力規(guī)律得到啟發(fā)，用類比的方法得到了電荷相互作用力與距離的平反成反比的規(guī)律，后來被稱為庫侖定律。??????在早期的電磁學(xué)研究中，還值得提到的一個科學(xué)家是大家都已經(jīng)在中學(xué)物理課本中學(xué)過的歐姆定律的創(chuàng)立者－歐姆。歐姆,1787年3月16日生于德國埃爾蘭根城，父親是鎖匠。父親自學(xué)了數(shù)學(xué)和物理方面的知識，并教給少年時期的歐姆

3、，喚起了歐姆對科學(xué)的興趣。16歲時他進入埃爾蘭根大學(xué)研究數(shù)學(xué)、物理與哲學(xué)，由于經(jīng)濟困難，中途綴學(xué)，到1813年才完成博士學(xué)業(yè)。歐姆是一個很有天才和科學(xué)抱負的人，他長期擔(dān)任中學(xué)教師，由于缺少資料和儀器，給他的研究工作帶來不少困難，但他在孤獨與困難的環(huán)境中始終堅持不懈地進行科學(xué)研究，自己動手制作儀器。??????歐姆對導(dǎo)線中的電流進行了研究。他從傅立葉發(fā)現(xiàn)的熱傳導(dǎo)規(guī)律受到啟發(fā)，導(dǎo)熱桿中兩點間的熱流正比于這兩點間的溫度差。因而歐姆認(rèn)為，電流現(xiàn)象與此相似，猜想導(dǎo)線中兩點之間的電流也許正比于它們之間的某種驅(qū)動力，即現(xiàn)在所稱的電動勢，并且花了很大的精力在這方面進行研究。開始他用伏打電

4、堆作電源，但是因為電流不穩(wěn)定，效果不好。后來他接受別人的建議改用溫差電池作電源，從而保證了電流的穩(wěn)定性。但是如何測量電流的大小，這在當(dāng)時還是一個沒有解決的難題。開始，歐姆利用電流的熱效應(yīng)，用熱脹冷縮的方法來測量電流，但這種方法難以得到精確的結(jié)果。后來他把奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和庫侖扭秤結(jié)合起來，巧妙地設(shè)計了一個電流扭秤，用一根扭絲懸掛一磁針，讓通電導(dǎo)線和磁針都沿子午線方向平行放置。再用鉍和銅溫差電池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用兩個水銀槽作電極，與銅線相連。當(dāng)導(dǎo)線中通過電流時，磁針的偏轉(zhuǎn)角與導(dǎo)線中的電流成正比。實驗中他用粗細相同、長度不同的八根銅導(dǎo)線進行了測

5、量，得出了歐姆定律，也就是通過導(dǎo)體的電流與電勢差成正比與電阻成反比。這個結(jié)果發(fā)表于1826年，次年他又出版了《關(guān)于電路的數(shù)學(xué)研究》，給出了歐姆定律的理論推導(dǎo)。??????歐姆定律發(fā)現(xiàn)初期，許多物理學(xué)家不能正確理解和評價這一發(fā)現(xiàn)，并遭到懷疑和尖銳的批評。研究成果被忽視，經(jīng)濟極其困難，使歐姆精神抑郁。直到1841年英國皇家學(xué)會授予他最高榮譽的科普利金牌，才引起德國科學(xué)界的重視。二.安培和法拉第奠定了電動力學(xué)基礎(chǔ)??????1820年間，奧斯特在給學(xué)生講課時，意外地發(fā)現(xiàn)了電流的小磁針偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。其實驗示意圖如圖4所示，當(dāng)導(dǎo)線通電流時，小磁針產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)。這個消息傳到巴黎后，啟發(fā)了

6、法國物理學(xué)家安培。他思考，既然磁與磁之間、電流與磁之間都有作用力，那么電流與電流之間是否也存在作用力呢？他重復(fù)了奧斯特的實驗，幾天后向巴黎科學(xué)院提交了第一篇論文，提出了磁針轉(zhuǎn)動方向與電流方向的關(guān)系，就是大家在高中學(xué)習(xí)過的右手定則。再一周后，他向科學(xué)院提交了第二篇論文，在該文中，他討論了平行載流導(dǎo)線之間的相互作用問題。同時，他還發(fā)現(xiàn)如果給兩個螺線管通電流，它們就會象兩個條形磁鐵一樣相互吸引或者排斥。1822年，安培在實驗的基礎(chǔ)上，以嚴(yán)密數(shù)學(xué)形式表述了電流產(chǎn)生磁力的基本定律，即安培定律。該定律表明，兩個電流元的作用力與它們之間距離的平方成反比，與庫侖定律很類似，但是它們作用力

7、的方向卻要由右手定則來判斷。安培通過研究電流和磁鐵的磁力情況，他認(rèn)為磁鐵的磁力在本質(zhì)上和電流的磁力是一樣的，提出了著名的安培分子電流假說。如圖5所示，該假說認(rèn)為在物體內(nèi)部的每個微粒都有一個環(huán)形電流，它們實際上就相當(dāng)于一個小磁針，當(dāng)這些小磁針的磁性排列一致時，就體現(xiàn)出宏觀磁性。這一假說在當(dāng)時不被人們看重，一直到了70年后人們才真的發(fā)現(xiàn)了這種帶電粒子，證明了安培假說的正確性。??????既然電流有磁效應(yīng)，那么磁是否也會有電流效應(yīng)呢？根據(jù)物理的相互作用原理，這個結(jié)果應(yīng)該是顯然的，因此不少人為此做了很多實驗，試圖發(fā)現(xiàn)磁的電流效應(yīng)。但是