電磁學(xué)的發(fā)展進(jìn)程探索

　　電磁是物理教學(xué)中占有重要的地位，下面是小編搜集整理的一篇關(guān)于電磁發(fā)展歷程的論文范文，歡迎閱讀參考。

　　一、電磁學(xué)的萌芽時(shí)期

　　磁現(xiàn)象是自然界中的一種基本現(xiàn)象。磁現(xiàn)象比電現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)要早得多，我國古代人民從生產(chǎn)實(shí)踐和日常生活中便了解到電和磁的一些現(xiàn)象和知識(shí)。在春秋戰(zhàn)國時(shí)期的古書中已有記載，發(fā)現(xiàn)磁石，并記述了最古老的指南器)司南;西漢初年，發(fā)現(xiàn)了靜電吸引現(xiàn)象等，這些都是人類初步認(rèn)識(shí)電磁的現(xiàn)象，但僅僅來自于原始的生活經(jīng)驗(yàn)。

　　十三世紀(jì)前后歐洲學(xué)術(shù)復(fù)興，通過實(shí)驗(yàn)研究自然規(guī)律蔚然成風(fēng)。當(dāng)時(shí)通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了磁石有兩極，并命名為N極和S極，并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了異性磁極相吸，同性磁極相斥。一根磁針斷為兩半時(shí)，每一半又各自成為一根獨(dú)立的小磁針。但這股實(shí)驗(yàn)風(fēng)氣剛剛萌芽，立即遭到教廷中那些僧侶的反對(duì)，被壓了下去。科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法遭到遏制，因此電和磁的研究進(jìn)入了停頓期。系統(tǒng)地對(duì)電磁現(xiàn)象進(jìn)行研究則始于十六世紀(jì)。

　　1600年英國醫(yī)生吉爾伯特發(fā)表了5論磁、磁體和地球作為一個(gè)巨大的磁體6,他總結(jié)了前人對(duì)磁的研究，周密地討論了地磁的性質(zhì)，記載了大量實(shí)驗(yàn)，使磁學(xué)從經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)。

　　1785年庫侖公布了用扭秤實(shí)驗(yàn)得到電力的平方反比定律，使電學(xué)和磁學(xué)進(jìn)入了定量研究的階段庫倫設(shè)計(jì)了精巧的扭秤實(shí)驗(yàn)，才直接測(cè)定了兩個(gè)靜止的同種點(diǎn)電荷之間的斥力與他們之間距離的平方成反比，與他們的電量乘積成正比。經(jīng)過不斷的探索，他又用電扭擺實(shí)驗(yàn)對(duì)吸引力測(cè)出了相同的結(jié)果。

　　至此，庫侖定律得到了世界公認(rèn)，從而開辟了近代電磁理論研究的新紀(jì)元。

　　二、電磁學(xué)的發(fā)展時(shí)期

　　奧斯特發(fā)現(xiàn)通電直導(dǎo)線附近平行放置的磁針，會(huì)受到力的作用而偏轉(zhuǎn);磁鐵對(duì)通電導(dǎo)線有作用力。

　　在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后，首先對(duì)電磁作用力進(jìn)行研究的是法國科學(xué)家安培，他在得知奧斯特發(fā)現(xiàn)之后，重復(fù)了奧斯特的實(shí)驗(yàn)，提出了右手定則，并用電流繞地球內(nèi)部流動(dòng)解釋地磁的起因。接著他研究了載流導(dǎo)線之間的相互作用，建立了電流元之間的相互作用規(guī)律---安培定律，提出了磁性起源是電流的假說)安培分子電流假說。與此同時(shí)，法國科學(xué)家畢奧與薩伐爾和拉普拉斯在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析總結(jié)出電流元產(chǎn)生磁場(chǎng)的規(guī)律畢奧)薩伐爾定律。

　　英國物理學(xué)家法拉第對(duì)電磁學(xué)的貢獻(xiàn)尤為突出。1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，進(jìn)一步證實(shí)了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的統(tǒng)一性。法拉第堅(jiān)信電磁的近距作用，認(rèn)為物質(zhì)之間的電力和磁力都需要由媒介傳遞，媒介就是電場(chǎng)和磁場(chǎng)。電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，使電流的測(cè)量成為可能。1826年歐姆受傅里葉熱傳導(dǎo)理論的啟發(fā)，從電流現(xiàn)象和熱現(xiàn)象相類似的設(shè)想出發(fā)，把/電流強(qiáng)度0類比于/熱流量0,把/電勢(shì)差0類比于/溫度差0,猜想導(dǎo)線中兩點(diǎn)間電流的大小也可能正比于這兩點(diǎn)之問的某種驅(qū)動(dòng)力(電勢(shì)差)。從而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出了歐姆定律。通過大量實(shí)驗(yàn)確定了電路的基本規(guī)律---歐姆定律。及至1865年，麥克斯韋把法拉第的電磁近距作用思想和安培開創(chuàng)的電動(dòng)力學(xué)規(guī)律結(jié)合在一起，用一套方程組概括電磁規(guī)律，建立了電磁場(chǎng)理論，預(yù)測(cè)了光的電磁性質(zhì)，終于實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)史上第二次大綜合。

　　三、電磁學(xué)發(fā)展的飛躍

　　麥克斯韋方程組凝聚了從1820年到1860年間，許多值得人類永遠(yuǎn)紀(jì)念的杰出科學(xué)家的貢獻(xiàn)。

　　他們是：庫侖、安培、法拉第、高斯、韋伯、赫姆霍茲、亨利、焦耳、楞茨、泊松、麥克斯韋、洛侖茲、畢奧等。

　　至此，電磁學(xué)理論基本成熟。

　　麥可斯韋用類比的方法，把力線看作不可壓縮的流體的流線。由此他把力線、力管等與流體力學(xué)的理論做比較，如把正、負(fù)電荷比作流體的源和匯，電力線比作流管，電場(chǎng)強(qiáng)度比作流速等，引入一種新的矢量函數(shù)來描述電磁場(chǎng)�？梢哉f把法拉第的物理翻譯成了數(shù)學(xué)。在文章中，麥可斯韋導(dǎo)出了電流四周的磁力線和磁力之間的關(guān)系，表示描述電流和磁力線的一些物理量之間的定量關(guān)系的矢量微分方程，以及電流間作用力和電磁感應(yīng)定律的定量公式。

　　1862年，麥可斯韋發(fā)表了第二篇電磁學(xué)論文5論物理力線6.麥可斯韋引進(jìn)了一種媒質(zhì)的理論，提出了電磁以太模型，把電學(xué)量和磁學(xué)量之間的關(guān)系，形象的表現(xiàn)出來。這種模型理論中，充滿空間的媒質(zhì)在磁作用下具有旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，即給排列著的許多分子渦旋，它們以磁力線為軸形成渦旋管，渦旋管轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度H,渦旋媒質(zhì)的密度正比于媒質(zhì)磁導(dǎo)率L.渦旋管旋轉(zhuǎn)的離心效應(yīng)，使管在橫向擴(kuò)張，同時(shí)產(chǎn)生縱向收縮。

　　由于相互緊密連接的渦旋管的表面是沿相反方向運(yùn)動(dòng)的，為了互不妨礙對(duì)方的運(yùn)動(dòng)，麥可斯韋設(shè)想在相臨渦旋管之間充滿著一層起惰性或滾珠軸承作用的微小粒子。它們是些遠(yuǎn)比渦旋的線度小、質(zhì)量可以忽略的帶電粒子。粒子和渦旋的作用是切向的。粒子可以滾動(dòng)，但沒有滑動(dòng);在均勻恒定磁場(chǎng)，即每個(gè)渦旋管轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同的情況下，這些粒子只繞自身的軸自轉(zhuǎn)，但當(dāng)兩側(cè)渦旋管轉(zhuǎn)速不同時(shí)，粒子的中心則以兩側(cè)渦旋邊緣運(yùn)動(dòng)的差異情況而運(yùn)動(dòng)。

　　對(duì)于非均勻磁場(chǎng)，即隨位置不同磁力的強(qiáng)度不同，因而渦旋管的轉(zhuǎn)速也不同的情況，渦旋管間的粒子則發(fā)生移動(dòng)。根據(jù)渦旋理論，單位時(shí)間通過單位面積的粒子數(shù)即渦旋的流量j與渦旋管旋轉(zhuǎn)的切線速度H的旋度成正比，即此處j對(duì)應(yīng)于電流，H對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)，此方程即為電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方程。它說明電粒子的運(yùn)動(dòng)必然伴隨分子的磁渦旋運(yùn)動(dòng)，這也就是電流產(chǎn)生磁力線的類比機(jī)制。

　　麥克斯韋利用他所構(gòu)造的電磁以太力學(xué)模型。

　　不僅說明了法拉第磁力線的應(yīng)用性質(zhì)，還建立了全部主要電磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系;但麥克斯韋清楚地認(rèn)識(shí)到上述模型的暫時(shí)性，他僅僅把他看做是一個(gè)/力學(xué)上可以想象和便于研究的適宜于揭示已知電磁現(xiàn)象之間真實(shí)的力學(xué)聯(lián)系0的模型。所以在1864~1865年的論文5電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論6中，他完全放棄了這個(gè)模型，去掉了關(guān)于媒質(zhì)結(jié)構(gòu)的假設(shè)，只以幾個(gè)基本的實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，以場(chǎng)論的觀點(diǎn)對(duì)自己的理論進(jìn)行了重建。

　　1873年，麥克斯韋出版5電磁學(xué)通論6,他不僅用數(shù)學(xué)理論發(fā)展了法拉第的思想，還創(chuàng)造性地建立了電磁場(chǎng)理論的完整體系。在這本書中，他的思想得到更完善的發(fā)展和更系統(tǒng)的陳述。他把以前的電磁場(chǎng)理論都綜合在一組方程式中，得到了電磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)方程---麥克斯韋電磁方程組。以簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，揭示了電場(chǎng)和磁場(chǎng)內(nèi)在的完美對(duì)稱。

　　麥克斯韋方程組的一個(gè)重要結(jié)果，就是預(yù)言了電磁波的存在。麥克斯韋通過計(jì)算，從方程組中導(dǎo)出了自由空間中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的波動(dòng)方程表示：電或磁的擾動(dòng)，將在以太媒質(zhì)里以速度c傳播著。

　　1856年韋伯測(cè)定上述速度值為： c=31. 074萬公里/秒，麥克斯韋發(fā)現(xiàn)這個(gè)值與1849年斐索測(cè)得的光速31. 50萬公里/秒十分接近。他認(rèn)為這不是巧合，而是由于光的本質(zhì)與電磁波相同，從而提出了光的電磁理論。它表明/光本身乃是以波的形式在電磁場(chǎng)中按電磁規(guī)律傳播的一種電磁振動(dòng)0.從而將電、磁、光理論進(jìn)行了一次偉大的綜合。

　　麥克斯韋說：/把數(shù)學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)研究聯(lián)合使用所得到的物理知識(shí)，比之一個(gè)單純實(shí)驗(yàn)人員或單純的數(shù)學(xué)家能具有的知識(shí)更堅(jiān)實(shí)，有益和鞏固0.

　　參考文獻(xiàn)：

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