1、人物简介: 万能博士亥姆霍兹能量守恒定律是 19 世纪的重大科学发现之一。亥姆霍兹(Hermann Ludwig Ferdinand yon Helmhohz，1 8211 894)曾为这个定律的建立起过重要作用。他是德国物理学家、生理学家，1821 年 8 月 31 日诞生于德国柏林附近的波茨坦的一个贫穷的知识分子家庭，父亲是一位哲学和文学教师。亥姆霍兹幼年体质比较弱，父亲在家里亲自给他进行初级教育，不仅教他许多基础知识，而且还教会他拉丁语、英语、法语。亥姆霍兹小时候算不得聪明，学话也晚，但是有强烈的好奇心，喜欢问东问西。他在父亲的指导下养成了看书的习惯，曾经看过海吉利的自然哲学等书。亥姆霍
2、兹对物理学特别爱好，但是父亲劝他学医。1838 年他进入柏林的弗里德里奇威海姆医学院学医。由于医学院师资力量不足，学生们常要到柏林大学听课，他在那里结识了著名生理学家缪勒(1801 1858)和物理学教授马格诺斯 (18021870)。亥姆霍兹 1843 年毕业，应征到普鲁士军队当军医。1848 年前往阿尔贝托大学任解剖学助理研究员和非常任生理学教授。1849 年他应聘柯尼斯堡大学生理学和普通病理学教授。1858 年任海德尔堡大学生理学教授。1871 年接替马格诺斯任柏林大学物理学教授。1873 年当选为英国伦敦皇家学会的外国会员，被授予柯普利奖章。1882 年受封爵位。1887 年被任命为新
3、成立的柏林复洛滕堡物理技术学院院长。亥姆霍兹原来是研究生理学的，在对生理过程和动物热的来源进行分析的时候，发现著名化学家李比希的活力学说有问题。李比希认为活的机体会从一种“活力”取得能量。亥姆霍兹认为，如果生物机体除了从食物发热取得能量外，还可以从某种“活力”得到能量，那么生物机体就成了永动机。说得通俗一点，就是人不吃饭也可以从“活力”中得到能量而活下去。亥姆霍兹认为永动机是不可能实现的。他把自己的观点加以整理，写成论力的守恒一文，送到德国物理学年鉴 ，但却被主编泼根道夫退了回来。亥姆霍兹坚信自己的观点。1847 年 7 月 2 日他在柏林物理学会的一次讲演中报告了这篇论文。他全面阐述了能量守
4、恒和转换定律，认为不仅热能和机械能，而且各种形式的能都是等效的。他用 来表示“活力” ，也就是现在所12mv2说的动能。这篇论文表明，亥姆霍兹是能量守恒定律的创立者之一。亥姆霍兹对电动力学也很有研究，是正确阐述法拉第和麦克斯韦理论的第一批德国学者之一。他证明了法拉第感应电流之所以存在是由于能量守恒的结果。1871 年亥姆霍兹曾预言电磁感应的传播速度是每秒 31 万 4 千千米。1881年他从法拉第电解定律分析出电的基元可能是粒子。特别值得一提的是，1878年夏季，亥姆霍兹在柏林大学出了一个物理竞赛题目，征求用实验方法验证麦克斯韦电磁理论。在亥姆霍兹的鼓励和指导下，他的学生赫兹经过八九年的探索，
5、终于在 1887 年成功地作出了电磁波的传播实验。 此外，亥姆霍兹对人眼的光学结构、色觉和乐音的物理性质都很有研究。1856 年1868 年，亥姆霍兹完成了生理学手册 的编著。他是第一位用物理学的方法研究神经系统的学者，1850 年他成功地测量出神经脉动的传播速率大约是 10 倍声速的数量级。亥姆霍兹是 19 世纪一位“ 万能”博士，一身兼任生理学家、物理学家、数学家以及机智的实验家等多种头衔。19 世纪末，一位评论家对亥姆霍兹写过这样的话：“他从研究生理学开始，解剖了眼睛的耳朵，探索它们是怎样起作用的，准确构造是怎样的。但是，他发现要研究眼睛和耳朵的作用，就不能不同时研究光和声的本性，这导致
6、他研究物理学。当他开始研究物理学的时候，已经是这个世纪最有成就的生理学家之一，以后他又成了这个世纪最伟大的物理学家之一。可是他又发现，要研究物理学不能不掌握数学，就又研究数学，成为这个世纪最有成就的数学家之一。 ” 人物简介: 电磁感应定律的发现者楞次楞次(Heinrieh Friedrich Emil Lenz，18041865)是俄国物理学家，1804年 2 月 14 日诞生于俄国爱沙尼亚的杰普特市。楞次在中学时期就酷爱物理学，成绩突出。1820 年他以优异成绩考入杰普特大学，学习自然科学。1823 年他还在大学三年级读书，就因为物理成绩优秀被校方选中，以物理学家的身份参加了环球考察。18
7、26 年，他考察归来后在一所中学教物理，同时认真总结整理考察成果。1828 年 2 月 16 日，楞次向彼得堡皇家科学院作了考察成果汇报，由于报告生动、出色，被接收为科学院研究生。1830 年他当选为科学院候补院士，1834 年接替刚去世的彼得洛夫，升为正式院士。1935 年 10 月，楞次应邀主持彼得堡大学物理学讲座，1836 年任物理系主任，1862 年任彼得堡大学校长，1864 年因病辞职。楞次在物理学上的贡献主要在电磁学方面。1831 年他开始系统地进行电学研究，首先用实验验证了欧姆定律。1832 年楞次在彼得堡得知法拉第发现电磁感应现象的消息之后，对研究这一现象产生了极浓厚的兴趣，还
8、沿着自己的路子重做了法拉第实验。1833 年他总结了自己的实验结果，年底写出论文论动电感应引起的电流的方向 ，向彼得堡科学院作了报告，宣布他发现了电磁感应现象的基本定律。他在报告中断言：“如果金属导体在电流或磁铁附近运动，那么导体中激起的伽伐尼电流的方向，就要使得处于静止状态的这个导体朝相反方向移动；当然我们假定这种移动只能沿着运动的方向朝前或逆着运动方向朝后进行。 ”后人把这一定律叫做楞次定律。用现代的术语来说，就是“感应电流的方向总是使它所产生的磁场同引起感应的原有磁场的变化方向相反。 ”这是一条重要的定律，它从电磁现象和机械现象相互作用的角度反映了能量守恒和转化的规律。从 1833 年起
9、，楞次独立地进行电流热效应的研究。他用铁、铜和银等材料制成的导线进行了电流发热的实验，根据实验结果指出：如果导线的电阻相同，那么通电导线产生的热量同材料无关，而同导体的电阻、所通电流的平方以及通电时间的乘积成正比。这个结果一年前英国物理学家焦耳就已经发现，并用论文形式发表在 1841 年 10 月号英国哲学杂志上。虽然楞次的实验结论是1842 年 10 月在向彼得堡科学院的报告中发表的，但他是独立地用不同的方法发现这个定律的，因此后人把这个定律叫做“焦耳一楞次定律” 。另外，楞次对发电机和电动机可逆性，电流在分支电路中的分布等问题也作了认真的研究。楞次还在 1864 年编写出版了物理学手册 ，
10、这本书对当时俄国物理学界产生了比较大的影响。他还在地磁勘测、自然地理考察方面作出了相当多的成果，曾经编写过大专和中学的地理课本。楞次晚年的健康越来越不好，因患严重白内障赴意大利医治，却不幸并发脑溢血，于 1865 年 2 月 10 日在罗马逝世，终年 61 岁。人物简介:被命名为磁通量单位的科学家韦伯威尔海姆爱德华特韦伯(Wilhelm Eduard Weber，18041891)在物理学中的主要贡献是测定了电荷的静电单位和电磁单位的比值。他是德国物理学家，1804 年 10 月 24 日诞生于德国维腾堡。韦伯在维腾堡上小学，1813 年全家迁往哈勒。1822 年，韦伯考入哈勒大学，在物理学家
11、施维格(1779 1857) 教授指导下攻读物理学。 1826 年发表关于簧风琴的波动理论的学位论文，取得博士学位。1828 年韦伯先后担任哈勒大学的讲师、副教授。1831 年 4 月任哥廷根大学物理学教授。 1832 年韦伯和高斯成了好朋友，先后合作进行电报、地磁等方面的研究。1838 年 3 月韦伯先后到柏林、伦敦、巴黎等地旅行。1840 年当选为英国伦敦皇家学会外国会员，不久任法国科学院外国院士。1843 年任莱比锡大学物理学教授。1848 年恢复在哥廷根大学的教授职位，兼任天文台台长。韦伯曾经荣获英国皇家学会柯普利奖章。1832 年，韦伯就和高斯一起研究磁学量的绝对测量，发明了磁强计和
12、磁偏计。1840 年韦伯开始从事电学量和磁学量的测量研究。当时，在电磁学研究中有两种电荷单位，一种是以库仑定律来定义的电荷的静电单位，另一种是以毕奥一沙伐尔定律来定义的电荷的电动力学单位(这种单位是现在的电磁单位的 2倍)。这两种单位各有优点，长期在电磁学研究中同时使用。它们究竟有什么关系，反映了什么物理意义呢?1856 年韦伯和卡尔劳什合作，在马尔堡对这个问题进行了测量研究。他们用实验测定电荷的电动力学单位和静电单位之比具有速度的量纲，数值是23.1074108 米秒，折合成电磁单位和静电单位的比值是 3.1074108 米秒，和光速十分接近。不过，韦伯当时没有沿着这条路子得出正确的结论。后
13、来麦克斯韦根据这个结果得到了光的电磁理论。韦伯还花了很多精力研究电荷之间的相互作用力，他导出了运动电荷的受力公式，创立了韦伯电动力学。由于韦伯的电 动力学遇到不能满足能量守恒等困难，因此没有得到发展，最后被麦克斯韦电磁场理论所代替。此外，韦伯第一个提出了电子论，后来经过特鲁德(18631906) 、洛伦兹等人的发展，创立了经典金属电子论。韦伯于 1833 年在相距 2700 米的韦伯物理实验室和高斯天文台之间，用有线电报进行通信联系，这是最早的伽伐尼电报之一。1849 年研制成镜式电流计。他还认为电流是由相反运动的正电和负电组成的。韦伯对电磁学作了许多研究，后人为了纪念他，于 1935 年把磁
14、通量的单位命名为“韦伯” ，简称“韦” 。人物简介:被命名为电感单位的科学家亨利亨利(Joseph Henry，17971878)是美国物理学家，1797 年 12 月 17 日诞生于美国纽约州奥尔贝尼一个贫穷的家庭。亨利小时候父亲长年有病。母亲为了照料父亲，只好把六岁的亨利送到五十多公里外的戈尔维乡下，寄养在亲戚家里。亨利在戈尔维上小学，10 岁就辍学，在一家乡村小店当学徒。老板见小亨利聪明、机灵，很喜欢他，让他上午上班，下午去学校学习。有一次，他到教堂去玩耍，发现有一块地板是活动的，原来下面有一条地道直通教堂图书馆。从此只要有空，亨利就钻进地道到图书馆去看书。后来小店老板知道了，干脆带亨利
15、走正门去那里读书，还和他一起讨论问题，使亨利养成良好的自学、钻研的习惯。亨利 14 岁那年父亲去世，他回到母亲身边，在奥尔贝尼一位制表工匠那里学习手艺。他当时的抱负是当演员和剧作家。母亲为了维持生活，把空余的房间出租，有一位房客成了亨利的好朋友。有一次房客借给亨利一本1808 年出版的格里戈利关于实验科学、天文学和化学讲演集 。这本书内容丰富，有启发性，深深地吸引了亨利。从此，他的兴趣发生转移，决心献身于自然科学。亨利 17 岁在奥尔贝尼学校上夜校，只用了七个月就取得乡村小学教师资格。他白天教书，晚上做研究。后来在奥尔贝尼学院任职，经常利用实验室空闲时间做些电学实验。不久，他去伊利运河工地任测
16、量工程师。1832 年亨利应聘任新泽西学院(今普林斯敦大学)自然哲学教授，1846 年经国会推选任华盛顿史密松博物馆馆长，同年亨利创设气象局。1867 年选为美国国家科学院第一任院长。亨利在物理学方面的主要成就是对电磁学的独创性研究。1829 年亨利对英国发明家威廉 史特京(1783 1850)发明的电磁铁作了改进，他把导线用丝绸裹起来代替史特京的裸线，使导线互相绝缘，并且在铁块外缠绕了好几层，使电磁铁的吸引作用大大增强。亨利最初制作的电磁铁能吸起 300 千克铁。后来他制作的一个体积不大的电磁铁，能吸起一吨重的铁块。1829 年 8 月，亨利对绕有不同长度导线的各种电磁铁的提举力做比较实验。
17、他意外地发现，通有电流的线圈在断路的时候有电火花产生。第二年 8 月，亨利对这种现象又进行了研究。1832 年他发表了在长螺旋线中的电自感的论文，宣布发现了电的自感现象。1830 年 8 月，亨利在电磁铁两极中间放置一根绕有导线的条形软铁棒，然后把条形铁棒上的导线接到检流计上，形成闭合回路。他观察到，当电磁铁的导线接通的时候，检流计指针向一方偏转后回到零；当导线断开的时候，指针向另一方偏转后回到零。这就是亨利发现的电磁感应现象。这比法拉第的发现几乎早一年，遗憾的是亨利没有及时公开发表自己的实验结果。法拉第不但在1831 年就报告了自己的发现，而且在 1851 年又总结出了电磁感应定律。因此，后
18、人把发现电磁感应现象的优先权归属于法拉第，并且用法拉第的名字来命名电磁感应定律。1842 年亨利在实验室里安装了一个火花隙装置，在 40 米外放一个线圈来接收能量，线圈和检流计相接，形成回路。当火花隙装置的电火花闪过的时候，和线圈相接的检流计指针就发生偏转。这个实验的成功，实际上实现了无线电波的传播。亨利的实验虽然比赫兹的实验早了 40 多年，但是当时的人们包括亨利自己在内，还认识不到这个实验的重要性。此外，亨利还先于莫尔斯(17911871) 发明了电报机，并且成功地研究了长距离输送电力的问题。亨利的贡献很多，只是当时没有立即发表，因此他失去了许多发明的专利权和发现的优先权。但是亨利仍然不失
19、为公认的著名电学家。亨利于 1878 年5 月 13 日在华盛顿去世，终年 81 岁。后人为了纪念亨利，特地用他的名字来命名电感的单位，简称“亨”。有关电的术语和相关科学家姓氏命名有关电的术语，watt(瓦特)和电压单位 volt(伏特)分别是以英国科学家James Watt(17361819)和意大利科学家 Alessandro Volta(17451827)的姓氏命名的。两个单位名称可以分别缩略为 W 和 V；派生词 kilowatt(千瓦)、kilovolt(千伏 )、megawatt(兆瓦)、megavolt(兆伏) 都是常用的词；复合词 watthour meter(电表) 、vol
20、tmeter(电压表) 、voltaicbattery(伏打电池组)等都是人们所耳熟能详的。1电流强度单位 ampere(安培)是以法国科学家 Andre Marie Ampere(17751836)的姓名命名的。2电阻单位 ohm(欧姆)是以德国科学家 George Simon Ohm(17871854)的姓氏命名的。3电感单位 henry(亨利)是以美国科学家 Joseph Henry(1797-1878)的姓氏命名的。4电磁感应强度单位 gauss(高斯)是以德国科学家 Karl Froedrich Gauss(17771855)的姓氏命名的。5磁通量单位 weber(韦伯)是以德国科学
21、家 Wilhelm Eduard Weber(18041891)的姓氏命名的。6磁通势单位 gilbert(吉伯)是以英国科学家 William Gilbert(15401603)的姓氏命名的。7磁通量单位 maxwell(麦克斯韦)是以英国科学家 James Clerk Maxwell(183l 一 1879)的姓氏命名的。8磁场强度单位 oersted(奥斯特) 是以丹麦科学家 Hans Christian Oersted(17771851)的姓氏命名的。9磁通量密度单位 tesla(特斯拉)是以美国科学家 Nikola Tesla(18561943)的姓氏命名的。10电量单位 farad
22、ay(法拉第)是以英国科学家 Michael Faraday(17911867)的姓氏命名的，以他的姓氏构成的复合词有一大堆：Faraday cage(法拉第罩、静电屏蔽)、Faraday cup(法拉第筒)、Faraday effect(法拉第效应)、Faraday rotation(法拉第旋转 )、FaradayS constant(法拉第常数)。11力的单位 newton(牛顿)是以英国物理学家 Isaac Newton(16421727)的姓氏命名的。12能量和功的单位 joule(焦耳)是以英国物理学家 James Prescott Joule(18181889)的姓氏命名的。13放
23、射线强度单位 curie(居里)是以波兰物理学家 Marie Curie(18671934)的姓氏命名的。14长度单位 fermi(费米 )是以意大利物理学家 Enrico Fermi(19011954)的姓氏命名的。15光谱线波长单位 angstrom(埃)是以瑞典物理学家 Anders Angstrom(18141874)的姓氏命名的。16压强的国际制单位 pascal(帕斯卡)是以法国物理学家 Blaise Pascal(16231662)的姓氏命名的。17Marchese Guglielmo Marconi(18741937)是意大利人，他发明的无线电报使英语增加了几个跟他的姓氏有关的词：marconi(发无线电报)、marconigram(无线电报)、marconigraph(无线电报机)。18Luigi Galvani(1737-1798)在解剖青蛙时发现了生物电现象，许多有关电的术语都来自他的姓氏：galvanic(电流)、galvanise(给通电)、galvanism(伏打电 )、galvanometer( 电流计)、galvanistical(电疗的)等等。
