1、电磁学的发展简史 物理 2009-12-02 20:43:20 阅读 172 评论 0 字号：大中小 我国古代和古希腊，人类从生产实践和日常生活中便了解到电和磁的一些现象和知识。：春秋时代（公元前六百多年）十三世纪前后。欧洲学术复兴。通过实验研究自然规律蔚然成风。当时得到磁学实验，发现了磁石有两极，并命名为N 极和 S 极，并通过实验证实了异性磁极相吸，同性磁极相斥。一根磁针断为两半时。每一半又各自成为一根独立的小磁针。但这股实验风气，立即遭到教廷中那些僧侣的反对，被压了下去。电和磁的研究又进入了停顿期。 十六世纪。英国：吉尔伯特：发现了电和磁有一些不同的性质。制作了第一只实验用的验电器 16
2、60 年，德国工程师盖利克，发明了第一台较大的摩擦起电机，使较大量电荷的获得成为可能。 1729 年，英国：格雷：发现了导体和绝缘体具有不同的导电特性，这为电荷的输运奠定了基础。 1733 年，法国：杜费：发现了两种性质完全不同的电荷。 1745 年：荷兰：物理学家穆欣布罗克：发明了莱顿瓶，为电荷的储存提供了有效的手段，也为电的进一步研究提供了条件。 1747 年：美国：富兰克林：在杜费的基础上，引入了正电和负电的规定，为定量研究电现象提供了一个基础，具有重大的意义。他还认为。摩擦的作用是使电从一个物体转移到另一物体，而不是创造电荷；任何一与外界绝缘的体系中，电的总量使不变的。这就是通常所说的
3、电荷守恒原理。 电荷的获得、储存和传递为定量研究电现象提供了充分的条件。在认识了电荷分为正负两种，同性相斥异性相吸后，人们很快便转向研究电荷之间相互作用利的定量规律。 1750 年，德国：埃皮诺斯：发现了两电荷之间的相互作用力随其距离的减小而增大的现象，但他没有深入的研究下去给出定量的规律。 1766 年：德国：普里斯特利：通过一系列实验证明，带电的空心金属容器内表面上没有电荷，而且对内部空间没有任何电力作用，他做了猜测，认为电荷之间的作用力与万有引力相似，即与他们之间距离的平方成反比。但他仅仅停留在猜测阶段。 1769 年：英国：罗宾逊：他通过实验测出两个同种电荷之间的排斥力与距离的 2.0
4、6 次方成反比，他进一步猜想正确的应当使平方反比关系。 但他和普里斯特利的工作都没有受到当时科学界的足够重视。 1785 年，法国：库仑：设计了精巧的扭秤实验，才直接测定了两个静止的同种点电荷之间的斥力与他们之间距离的平方成反比，与他们的电量乘积成正比。经过不断的探索，他又用电扭摆实验对吸引力测出了相同的结果。至此，库仑定律得到了世界公认，从而开辟了近代电磁理论研究的新纪元。 （值得一提的是：在此之前 1773 年，英国科学家卡文迪许用数学方法得出了类似关系，但他得成果未公开发表，一直到 1879 年，才由英国物理学家麦克斯韦整理。注释出版了这些手稿） 1800 年，意大利：伏打：制成了伏打电
5、堆，这便是电池得原型。有了稳定得电源，就为人类从研究静电现象过渡到研究动电现象提供了坚实得技术基础。电磁学发展史中的典型事例1755 年，德国著名哲学家康德出版了宇宙发展史概论 ，书中提出了著名的星云假说。康德的星云假说能较好解释太阳系的某些现象。他认为，太阳系以及一切恒星都是由原始星云在引力和斥力的作用下逐渐聚集而成的。宇宙中的万事万物有生有死，而发展是永无止境的。恩格斯 1875 年为自然辩证法写的一篇导言中，给予康德的星云假说极高的评价。说它“包含着一切继续前进的起点。 ”因为既然地球是随着太阳系的形成而逐渐形成和发展起来的，那么，地球上的万物山川、动物和植物，自然也有它逐渐形成和发展的
6、历史。 “如果立即沿着这个方向坚决地继续研究下去，那么，自然科学现在就会进步得多。 ”康德的星云假说有力冲击了形而上学的机械自然观，是继哥白尼天文学革命后的又一次科学革命。 18 世纪 60 年代，英国开始了工业革命，这也是近代以来的第一次技术革命。不过，在第一次工业革命期间，许多技术发明大都来源于工匠的实践经验，科学和技术尚未真正结合。总之，在 18 世纪中叶以前，自然科学研究主要是运用观察、实验、分析、归纳等经验方法达到记录、分类，积累现象知识的目的。在 18 世纪中叶以后，由于启蒙运动的发展， “自然科学便走进了理论的领域而在这里经验的方法就不中用了，在这里只有理性思维才能有所帮助。 ”
7、理性思维就是对感性材料进行抽象和概括，建立概念，并运用概念进行判断和推理，提出科学假说，进而建立理论或理论体系。19 世纪道尔顿的原子论，阿佛加德罗的分子学说，门捷列夫的元素周期律以及康德的星云假说开始都是以假说形式出现的。不过，康德的星云假说一开始没有得到人们的重视，直到 19 世纪，由于自然科学不断揭示出自然过程的辨证性质，才最终在哲学领域敲响了形而上学的丧钟。 19 世纪是科学时代的开始。在天文学领域，科学家们开始论及太阳系的起源和演化。在地质学领域，英国的地质学家赖尔提出地质渐变理论。在生物学领域，细胞学说、生物进化论，孟德尔的遗传规律相继被发现。在化学领域，原子-分子论被科学肯定；拉
8、瓦锡推翻了燃素说，并成为发现质量守恒定律的第一人； 1869 年，俄国化学家门捷列夫发表了元素周期律的图表和元素属性和原子量的关系的论文。在文中，门捷列夫预言了十一种未知元素的存在，并在以后被一一证实。十九世纪最重大的科学成就是电磁学理论的建立和发展。 在 19 世纪之前，人们基本上认为电与磁是两种不同现象，但人们也发现两者之间可能会存在某种联系，因为水手们不止一次看到，打雷时罗盘上的磁针会发生偏转。1820 年 7 月，丹麦教授奥斯特通过实验证实了电与磁的相互作用，他指出磁针的指向同电流的方向有关。这说明自然界除了沿物体中心线起作用的力以外，还存在着旋转力，而这种旋转力是牛顿力学所无法解释的
9、，这样，一门新学科?电磁学诞生了。 奥斯特的发现震动了物理学界，科学家们纷纷做各种实验，力求搞清电与磁的关系。法国的安培提出了电动力学理论。英国化学家、物理学家? 苡?831 年总结出电磁感应定律，1845 年他还发现了“磁光效应” ，播下了电、磁、光统一理论的种子。但法拉弟的学说都是用直观的形式表达的，缺少精确的数学语言。后来，英国物理学家麦克斯韦克服了这一缺点，他于 1865 年根据库仑定律、安培力公式、电磁感应定律等经验规律，运用矢量分析的数学手段，提出了真空中的电磁场方程。以后，麦克斯韦又推导出电磁场的波动方程，还从波动方程中推论出电磁波的传播速度刚好等于光速，并预言光也是一种电磁波。
10、这就把电、磁、光统一起来了，这是继牛顿力学以后又一次对自然规律的理论性概括和综合。 1888 年，德国科学家赫兹证实了麦克斯韦电磁波的存在。利用赫兹的发现，意大利物理学家马可尼、俄国的波波夫先后分别实现了无线电的传播和接受，使有线电报逐渐发展成为无线电通讯。所有这些电器设备都需要大量的电，这远远不是微弱的电池所能提供的。1866 年，第一台自激式发电机问世使电流强度大大提高。70 年代，欧洲开始进入电力时代。80 年代还建成了中心发电站，并解决了远距离输电问题。电力的广泛应用是继蒸汽机之后近代史上的第二次科技革命。电磁学的发展为这次科技革命提供了重要的理论准备。由于自然科学的新发现被迅速应用于
11、生产，第二次工业革命在欧美国家蓬勃兴起。 19 世纪，自然科学在多个领域取得了辉煌的成就。物理学中一切基本问题在牛顿力学的基础上都已基本上得到解决，科学家们给牛顿力学本来解释不了的电磁现象虚构了一个物质承担者-以太。把电磁现象归结为以太的机械运动，他们认为整个物理世界都可以归结为绝对不可分的原子和绝对禁止的以太这两种物质始原。 正当古典物理学达到顶峰，人们陶醉于“尽善尽美”的境界时，却出人意料发生了一系列震惊整个物理学界的重大事件。首先是迈克耳逊和莫雷为了寻找地球相对于绝对静止的以太运动进行了著名的以太漂移实验，但实验结果却同古典理论的预测相反；在对比热和热辐射的研究中又出现了“紫外灾难”等古
12、典理论不可克服的矛盾。古典物理学再次受到严重的挑战，第三次面临重大的危机。 十九世纪未，德国物理学家伦琴发现了一种能穿透金属板使底片感光的 X 射线。不久,贝克勒尔发现了放射性现象。居里夫妇受贝克勒尔启发，发现了钋、镭的放射性，并在艰苦的条件下提炼出辐射强度比铀强 200 万倍的镭元素。1897 年，汤姆生发现了电子，打破了原子不可分的传统观念，电子和元素放射性的发现，打开了原子的大门，使人们的认识得以深入到原子的内部，这就为量子论的创立奠定了基础。量子论是反映微观粒子结构及其运动规律的科学。与此同时，在对电磁效应和时空关系的研究中相对论产生了。相对论将力学和电磁学理论以及时间、空间和物质的运
13、动联系了起来。这是继牛顿力学、麦克斯韦电磁学以后的又一次物理学史上的大综合。量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，是促成 20 世纪科学技术飞跃发展的理论基础。 20 世纪四五十年代，第三次科技革命兴起。电子计算机的发明和应用是科技发展史上一项划时代的成就。蒸汽时代和电气时代的技术发明大都是延长人的四肢与感官功能，解放人的体力，而电子计算机却是延长了人的脑的功能。它开始替代人的部分脑力劳动，在一定程度上物化并放大了人类的智力，极大地增强了人类认识和改造世界的能力，现在更是广泛渗透和影响到人类社会的各个领域。 当今时代，科技的发展日新月异，群体化、社会化、高速化的趋势和特征异常明显，我们随时可能面临新的危机，新的挑战，只要我们不断开拓、不断创新，科学的明天一定会更加美好。
