1、一.对电磁现象的早期认识 二.从定性到定量库仑定律的发现 三 .由静电到动电电流的发现及电流的磁效应与 安培定律 四.电磁感应现象的发现与研究 五.麦克斯韦电磁场理论的建立,经典电磁学的建立与发展,一.对电磁现象的早期认识,1.英国人吉尔伯特(W.Gilbert,1544-1603)：英国物理学家、医生吉尔伯特，电学研究之父。他的主要著作为1600年出版的论磁性、磁体和巨大地磁体。 物理学史上第一部系统阐述磁学的科学专著。伽利落称其为“经验主义的奠基人”。,2.莱顿瓶的发明1745年，荷兰莱顿大学教授马森布洛克（Musschenbrock)发明了收集电荷的莱顿瓶。,2.莱顿瓶的发明1745年，
2、荷兰莱顿大学教授马森布洛克（Musschenbrock)发明了收集电荷的莱顿瓶。,原始的莱顿瓶是一个玻璃瓶，瓶里瓶外分别贴有锡箔，瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接，棒的上端是一个金属球，这就构成以瓶子玻璃为电介质的电容器。,莱顿瓶的发明使物理学第一次有办法得到很多电荷，并对其性质进行研究。物理们不仅利用它们作了大量的实验，而且做了大量的示范表演。其中最壮观的是法国人诺莱特在巴黎一座大教堂前所作的表演，诺莱特邀请了路易十五的皇室成员临场观看莱顿瓶的表演，他让七百名修道士手拉手排成一行，队伍全长达900英尺（约275米）。然后，诺莱特让排头的修道士用手握住莱顿瓶，让排尾的握瓶的引线，一瞬间，七百名
3、修道士，因受电击几乎同时跳起来，在场的人无不为之口瞪目呆，诺莱特以令人信服的证据向人们展示了电的巨大威力。1746年，英国伦敦一名叫柯林森的物理学家，通过邮寄向美国费城的本杰明富兰克林赠送了一只莱顿瓶，并在信中向他介绍了使用方法，带来了1752年富兰克林著名的费城实验。,（1）电荷守恒定律的发现：他发现两个带有不同性质电荷的带电体，相互接触后可以呈现中性。把电荷分为“正电”和“负电”，并进一步得出结论正电和负电在本质上不应有什么差别；摩擦起电过程中，总是形成等量异种电荷； 摩擦起电过程中，一方失去的电荷与另一方得到的电荷在数量上相等。从而得到了电荷守恒定律。 （2）费城实验-天电和地电的统一
4、（3）发明避雷针 （4）独立宣言和美国宪法的起草人之一，为美国的独立和解放作出了贡献的政治活动家。,3. 富兰克林的研究,在电的实验与观察一书中，富兰克林提出一个验证闪电与电是否一样的实验。他写道，“要确定云是否带电， 在一个高塔的顶端，设置一个电架。从电架中央支起一根铁杆，弯出门外，然后再使其垂直向上69米，末端弄得很尖。如果电架保持干燥和干净，当经过的云层很低时，可能会通电，铁杆从云中将电引到地面。”,法国国王路易十五对此十分感兴趣。他鼓励他的科学家们去尝试这个实验并确认其理论。1752年5月法国的布丰伯爵托马斯弗朗索瓦狄阿里巴，在巴黎北边的玛丽村竖起了一根12米长的金属杆，下面插进一个空
5、酒瓶。金属杆被闪电击中后，一位助手前去查看，结果烧伤了手指。这次实验也是人类对云地闪的首次探索和研究。法国科学家一再重复这个实验，最后终于证实：闪电与人造的电是一样的。,1.电力作用的猜测1759年，德国柏林科学院院士爱皮努斯（F.U.T.Aepinus)发现：电荷之间的斥力和吸力随带电物体的距离的减小而增大；当一个导体靠近一带电体时，该导体的远端会获得与带电体相同的电荷，近端则获得相反的电荷（静电感应）。1760年，D.伯努利首先猜测电力会不会跟万有引力一样，服从平方反比定律。他的想法在当时具有一定的代表性。,2.富兰克林的空罐实验用丝线将一小块软木悬挂在带电金属罐外的附近，软木受到吸引。但
6、把它悬挂在罐内时，不论在罐内何处，它都不受电力。富兰克林写信将这一现象告之他的英国朋友普利斯特利（J.Priestleuy,化学家，氧气的发现者），普利斯特利想到:1687年牛顿曾证明:万有引力若服从平方反比定律，则均匀的物质球壳对壳内物体应无作用。普利斯特利重复了上述实验，并将空罐实验与牛顿推理类比。,二. 从定性到定量,3. 罗比逊实验同种电荷斥力的测量1769年，英国爱丁堡大学的约翰.罗宾森（John Robiso，苏格兰人）设计了一个杠杆装置，如图。通过实验直接推测了平方反比关系：同种电荷间的斥力反比于距离的2.06次幂，异种电荷间的吸引力反比于小于距离的2次幂。由此他推测：在实验误差
7、范围内，正确的关系应为反比于距离的2次幂。,4.库仑的引力实验-库仑电摆实验库仑认为：若电荷间的引力也遵循距离平方的反比关系，则由带电体间 引力产生的物体的摆动，其摆动周期T必定也正比于两带电体之间的距 离r。从而设计电摆实验。库仑单摆实验：1785年在法国科学院发表论文，提出著名的库仑定律。,意义：库仑定律的建立使电磁学进入了定量研究，数学的引入使电磁学真正成为一门科学。,1、欧姆定律欧姆（G.S.Ohm,1787-1854）：德国人，长期担任中学教师和家庭教师。后被慕尼黑大学任命为教授。欧姆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，欧姆称之为“电张力(electric ten
8、sion)”，即现在所称的电势差。,三、电流的发现由静电到动电,自吉尔伯特开始以来的二百多年，电和磁一直是毫无关系的两门学科，围绕电与磁寻找自然现象之间的联系，成为一种潮流。1820年，丹麦的奥斯特发现了电流的磁效应，从而建立了电与磁的联系。,2、电流的磁效应与安培定律,奥斯特实验表明通电导线周围一样存在磁场。奥斯特实验揭示了一个十分重要的本质电流是电荷定向运动产生的，所以通电导线周围的磁场实质上是运动电荷产生的。,（1）电流的磁效应,奥斯特发现电流磁效应的消息传到世界各地。这一效应引起了法国科学家安陪的极大兴趣。经过夜以继日的工作后，他发现了电流间也存在着相互作用力；接着提出了一个完整的定量
9、理论；并于1820年9月与10月间，接连写了三篇论文；在1820年12月4日，又提出了著名的安培定律。1827年发表了名著的从实验导出的关于电动力学现象的数学理论。在书中，安培总结了已知的电磁现象，得出了磁场的安培环路定理等，为电动力学的产生奠定了基础。人们为纪念他，将电流强度的单位定义为“安培”。,（2） 安培定律,A.M.Amp，17751836年,法拉第（1791-1867）,1. 法拉第发现电磁感应,四、电磁感应现象的发现与研究,迈克尔法拉第 （Michael Faraday，1791年9月22日1867年8月25日）英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。 生于萨里郡纽因顿
10、一个贫苦铁匠家庭，仅上过小学。 迈克尔法拉第的发现奠定了电磁学的基础，是麦克斯韦的先导。1831年，他作出了关于电力场的关键性突破，永远改变了人类文明。 1831年10月17日，法拉第首次发现电磁感应现象，并进而得到产生交流电的方法。1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机，是人类创造出的第一个发电机。由于他在电磁学方面做出了伟大贡献，被称为“电学之父”和“交流电之父”。,实验1,实验2,实验3：感应发电机的产生,1. 法拉第发现电磁感应,2. 亨利及自感现象的发现3. 楞次定律的发现4. 法拉第的“力线”和“场”的思想及其他5. W.汤姆逊于1851年提出了磁的数学理论,麦克斯韦是集电磁
11、学之大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这一自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础，导致第二次工业革命。,五、麦克斯韦电磁场理论的建立,麦克斯韦10岁进入爱丁堡中学， 14岁在中学时期就发表了第一篇科学论文论卵形曲线的机械画法，反映了他在几何和代数方面的丰富知识。16岁进入爱丁堡大学学习物理，三年后，他转学到剑桥大学三一学院。,他精心研究了法拉第的电学的实验研究，以法拉第的力线概
12、念为指导，运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁场理论。于1873年出版的电磁理论一书。这是一部可以同牛顿的自然哲学的数学原理、达尔文的物种起源和赖尔的地质学原理相媲美的里程碑式的著作。,1. 麦克斯韦（1831-1879）简介,2. 麦克斯韦电磁方程组：1873年，麦克斯韦出版电磁理论，创造性的建立了电磁场理论的完整体系。把以前的电磁场理论都综合在一组方程式中，得到了电磁场的数学方程-麦克斯韦电磁方程组。以简洁的数学结构，揭示了电场和磁场内在的完美对称。,最初，在电磁理论书中，麦克斯韦共列出了20个分量方程。德国物理学家赫兹和英国物理学家亥维赛，又两次简化麦克斯韦方程组，才得到我们现在通用
13、的微分形式（简化成四个）。,麦克斯韦方程组：,3.电磁波的预言麦克斯韦方程组一个重要结果，就是预言了电磁波的存在。,4.提出：光波就是电磁波1856年韦伯测定电磁波速度值为：V=31.074万公里/秒,麦克斯韦发现这个值与1849年斐索测得的光速31.50万公里/秒十分接近。他认为这不是巧合，而是由于光的本质与电磁波相同，从而提出了光的电磁理论。它表明“光本身乃是以波的形式在电磁场中按电磁规律传播的一种电磁振动”。从而将光、电、磁理论统一起来。完成了物理学发展史上的第二次理论大综合。,意义,1.经典电磁理论的确立，完成了物理学理论的第二次大综合。2.掀起了第二次工业革命，进一步说明了科学技术是第一生产力。,
