电磁场理论发展简史
电磁学的发展
3.6 安培奠定电动力学基础
麦克斯韦对安培的评价： • “安培借以建立电流之间机械作用定律的实验研究，是科学
上最辉煌的成就之一” 。“整个的理论和实验看来似乎是从 这位‘电学中的牛顿 ’的头脑中跳出来的并且已经成熟和完 全装备完了的，它在形式上是完整的，在准确性方面是无懈 可击的，并且它汇总成为一个必将永远是电动力学的基本公 式的关系式，由之可以导出一切现象。”
• 1660年左右，德国科学家格里凯(1602～1686)发 明摩擦起电机（带有转动轴的硫磺球）。
• 1729年，英国的格雷（1670～1736），引入导体 概念
• 1733年，法国的杜菲（1698～1739）发现绝缘的 金属也可以通过摩擦的办法起电，认为所有的物 体都可以摩擦起电。
对磁现象的研究---“小地球”实验：
• 出 生 :1745 年 2 月 18 日 米兰公国科莫
• 逝 世 :1827 年 3 月 5 日 （ 82 岁 ） 伦巴第-威尼斯王国科 莫ห้องสมุดไป่ตู้
• 职业:物理学家
目前已知的全球第一个电池
• Drawing of Alessandro Volta's voltaic pile, invented in 1800, the first electric battery. It was built of many individual cells, each consisting of a disk of copper and a disk of zinc or silver separated by a disk of cloth soaked in acid or brine. A 23 cell pile like this would have produced around 36 volts. Alterations: removed caption
电磁场的发展过程
电磁学的发展历史概述静磁现象和静电现象：公元前6、7世纪发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等现象。
1600年英国医生吉尔伯特发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》的论文。
使磁学从经验转变为科学。
书中他也记载了电学方面的研究。
静电现象的研究要困难得多，因为一直没有找到恰当的方式来产生稳定的静电和对静电进行测量。
只有等到发明了摩擦起电机，才有可能对电现象进行系统的研究，这时人类才开始对电有初步认识。
1785年库仑公布了用扭秤实验得到电力的平方反比定律，使电学和磁学进入了定量研究的阶段。
1780年，伽伐尼发现动物电，1800年伏打发明电堆，使稳恒电流的产生有了可能，电学由静电走向动电，导致1820年奥斯特发现电流的磁效应。
于是，电学与磁学彼此隔绝的情况有了突破，开始了电磁学的新阶段。
19世纪二、三十年代成了电磁学大发展的时期。
首先对电磁作用力进行研究的是法国科学家安培，他在得知奥斯特发现之后，重复了奥斯特的实验，提出了右手定则，并用电流绕地球内部流动解释地磁的起因。
接着他研究了载流导线之间的相互作用，建立了电流元之间的相互作用规律——安培定律。
与此同时，比奥 沙伐定律也得到发现。
英国物理学家法拉第对电磁学的贡献尤为突出。
1831年发现电磁感应现象，进一步证实了电现象与磁现象的统一性。
法拉第坚信电磁的近距作用，认为物质之间的电力和磁力都需要由媒介传递，媒介就是电场和磁场。
电流磁效应的发现，使电流的测量成为可能。
1826年欧姆(GeorgSimonOhm，1784—1854)因而确定了电路的基本规律——欧姆定律。
及至1865年，麦克斯韦把法拉第的电磁近距作用思想和安培开创的电动力学规律结合在一起，用一套方程组概括电磁规律，建立了电磁场理论，预测了光的电磁性质，终于实现了物理学史上第二次理论大综合。
电磁学发展简史与场的基本概念
理学院 物理系 陈强
8
• 2. 1745年，荷兰莱顿大学教授马 森布罗克制成了莱顿瓶，可以将 电荷储存起来，供电学实验使用 ，为电学研究打下了基础。
• 3. 1752年7月，美国著名的科学 家、文学家、政治家富兰克林的 风筝试验，证实了闪电式放电现 象，从此拉开了人们研究电学的 序幕。
理学院 物理系 陈强
• 12、1840年，英国科学家焦耳提出了焦耳定律，揭示了 电磁现象的能量特性。
• 13、1848年 ，德国科学家基尔霍夫提出了基尔霍夫电路 理论，使电路理论趋于完善。
• 奥斯特的电生磁和法拉第的磁生电奠定了电磁学的基础。 • 14、 电磁学理论的完成者——英国的物理学家麦克斯韦
（1831—1879）。麦克斯韦方程组——用最完美的数学 形式表达了宏观电磁学的全部内容 。麦克斯韦从理论上 预言了电磁波的存在。
•6. 1771——1773年间，英国科学家卡文迪什进行了大量的 静电试验，证明在静电情况下，导体上的电荷只分布在导体 表面上。
理学院 物理系 陈强
• 7. 1785年，法国科学家库仑在实验规律的基础上，提出 了第一个电学定律：库仑定律。使电学研究走上了理论研 究的道路。
• 8. 1820年，由丹麦的科学家奥斯特在课堂上的一次试验 中，发现了电的磁效应，从此将电和磁联系在一起 。
• 9. 1822年，法国科学家安培出了安培环路定律，将奥 斯特的发现上升为理论。
• 10. 1825年，德国科学家欧姆得出了第一个电路定律：欧 姆定律。
• 11. 1831年，英国实验物理学家法拉第发现了电磁感应定 律 。并设计了世界上第一台感应发电机。
2015/5/12
理学院 物理系 陈强
理学院 物理系 陈强
电磁场的发展
电磁场理论发展的历史回顾第一部分概述人类对电磁现象的认识经历了相当长的时间。
静电现象与磁现象很早就引起了人们的注意，公元前六七百年就发现了磁石吸铁，磁石指南和摩擦生电现象。
真正对电磁现象进行研究是从英国御医吉尔伯特开始，1600年他发表了《论磁，磁体和地球作为一个巨大的磁体》，开创了电磁现象研究的新纪元。
关于电和磁现象的系统研究，始于18世纪。
1750年米切尔提出磁极间的作用力服从平方反比定律。
1785年公布了用扭秤实验得到了电力的平方反比定律，即著名的库伦定律，使电磁学进入了定量研究的阶段。
1780年伽伐尼研究电对动物机体的作用，做了有名的伽伐尼实验，1800年伏打发明电堆，获得产生稳定电流的手段，这导致1820年奥斯特发现了电流的磁效应，使电磁学的研究从电磁分离跃至电磁相互联系的研究阶段，开始了电磁学的新纪元。
此后，19世纪二三十年代成了电磁学大发展的时期。
1831年法拉第发现了电磁感应现象，证实了电与磁的统一性，而麦克斯韦从理论上总结了法拉第的物理观念，用一套方程组概括实验上发现的电磁规律，建立了电磁场理论，并将光与电磁现象统一起来，为利用电和磁开辟了广阔前景，实现了物理学史上第三次大综合。
第二部分电磁场的早期研究1. 中国古代的电磁学a) 对磁现象的认识。
公元前4世纪左右成书的《管子》中有“上有磁石者，其下有黄金”，这是关于磁的最早记载。
《吕氏春秋》中也曾写道“磁石召铁，或引之也”。
磁石可以指南的性质是我国人民的重大的发现。
北宋时期的政治家和科学家沈括，在《梦溪笔谈》中记有“方家以磁石磨针锋，则能指南”，此外，他还发现了地磁偏角。
b) 对于电现象的认识从雷电和摩擦起电现象开始的。
早在3000多年前的殷商时期，甲骨文中就有了“雷”及“电”的形声字。
王充在《论衡，雷虚篇》中写道：“云雨至则雷电击”，明确地提出云与雷电之间的关系。
《淮南子，坠行训》中提到：“阴阳相薄为雷，激扬为电”，即雷电是阴阳两气对立的产物。
电磁学发展简史
电磁学发展简史电磁学发展简史一. 早期的电磁学研究早期的电磁学研究比较零散，下面按照时间顺序将主要事件列出如下： 1650年，德国物理学家格里凯在对静电研究的基础上，制造了第一台摩擦起电机。
1720年，格雷研究了电的传导现象，发现了导体与绝缘体的区别，同时也发现了静电感应现象。
1733年，杜菲经过实验区分出两种电荷，称为松脂电和玻璃电，即现在的负电和正电。
他还总结出静电相互作用的基本特征，同性排斥，异性相吸。
1745年，荷兰莱顿大学(图1)的穆欣布罗克和德国的克莱斯特发明了一种能存储电荷的装置－莱顿瓶，它和起电机一样，意义重大，为电的实验研究提供了基本的实验工具。
1752年，美国科学家富兰克林对放电现象进行了研究，他冒着生命危险进行了著名的风筝实验，发明了避雷针。
1777年，法国物理学家库仑通过研究毛发和金属丝的扭转弹性而发明了扭秤，如图2所示。
1785－1786年，他用这种扭秤测量了电荷之间的作用力，并且从牛顿的万有引力规律得到启发，用类比的方法得到了电荷相互作用力与距离的平反成反比的规律，后来被称为库仑定律。
图2在早期的电磁学研究中，还值得提到的一个科学家是大家都已经在中学物理课本中学过的欧姆定律的创立者－欧姆。
欧姆,1787年3月16日生于德国埃尔兰根城，父亲是锁匠。
父亲自学了数学和物理方面的知识，并教给少年时期的欧姆，唤起了欧姆对科学的兴趣。
16岁时他进入埃尔兰根大学研究数学、物理与哲学，由于经济困难，中途缀学，到1813年才完成博士学业。
欧姆是一个很有天才和科学抱负的人，他长期担任中学教师，由于缺少资料和仪器，给他的研究工作带来不少困难，但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究，自己动手制作仪器。
欧姆对导线中的电流进行了研究。
他从傅立叶发现的热传导规律受到启发，导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。
因而欧姆认为，电流现象与此相似，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，即现在所称的电动势，并且花了很大的精力在这方面进行研究。
电磁场理论的发展史
电磁场理论发展史引言载法拉弟发现电磁感应现象的那一年,英国诞生了一位伟大的科学家——麦克斯韦,他因创立电磁场理论而成为十九世纪最伟大的物理学家．麦克斯韦创立电磁场理论系统而完整地概括了电磁场的基本规律,并预言了电磁波的存在.一、历史的前奏在麦克斯韦以前,解释电磁相互作用有两种相互对立的观点．一种是超距作用学说．即在研究两个电荷之间相互作用力时,忽略中介空间的作用,电荷会超越空间距离而互相作用,库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说来解释电磁相互作用的．这种学说当时拥有数学基础．另一种是媒递作用学说．认为空间有一种能传递电力的媒质称作以太存在,电荷间通过媒质互相作用．法拉弟通过实验揭露了空间媒质的重要作用,他认为在空间媒质中充满了电力线,即通过场来传递,但媒递作用学说还没有数学基础,不易被人接受．也使其发展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的发展．他中学时曾在数学和诗歌比赛中获第一名,这显示了他的数学才华与丰富的想象力方面的潜力．他年轻时曾读过法拉弟的电学实验研究,对法拉弟的物理思想如电力线和场的思想十分推崇,同时也发现了它的弱点．麦克斯韦对电磁相互作用的超距观点早就表示“不能接受即时传播的思想”,在法拉弟的物理思想影响下,他决心“为法拉弟的场概念提供数学方法的基础”．二、麦克斯韦创立电磁场理论麦克斯韦创立电磁场理论可分为三个阶段：第一阶段,统一已知电磁定律麦克斯韦于1856年发表了他的第一篇论文论法拉弟的力线,在这篇文章中,他试图用数学语言精确地表述法拉弟的力线概念,他采用数学推论与物理类比相结合的方法,以假想流体的力学模型去模拟电磁现象．他说：“借助于这种类比,我试图以一种方便的和易于处理的形式为研究电现象提供必要的数学观念”他的目标是想据此统一已知的电磁学定律．麦克斯韦为达到此目的,他运用了“建立力学模型——引出基本公式——进行数学引伸推导”的解决科学问题的思路和方法．第一步,建立力学模型首先运用类比方法,麦克斯韦把电磁现象和力学现象做了类比,认为可以建立一种不可压缩流体的力学模型来模拟电磁现象．这种流体模型为：一是没有惯性,因而也就没有质量；二是不可压缩；三是可以从无产生,又可消失．显然这是一种假设理想流体．麦克斯韦在这篇文章中写道：“我企图把一个在空间画力线的清楚概念摆在一个几何学家的面前,并利用一个流体的流线的概念,说明如何画出这些流线来”“力线的切线方向就是电场力的方向,力线的密度表示电场力的大小”．他企图阐明电力线和电力线所在空间之间的几何关系．他还试图通过类比凭借已知的力学公式推导出电磁学公式,寻求这两种不同的现象在数学形式上的类似．第二步,引出基本公式早在1842年,W·汤姆逊就曾把拉普拉斯的势函数的二阶微分方程,普遍用于热、电和磁的运动,建立了这三种相似现象的数学联系．1847年,他又在不可压缩流体的流线连续性基础上,论述了电磁现象和流体力学现象的共同性．麦克斯韦正是吸收了W·汤姆逊这种类比方法,把它发展成为研究各种力线的重要工具．例如麦克斯韦把电学中的势等效于流电势麦克斯韦据此方式相继推导出了静电磁场、稳恒电磁场以至瞬变电磁场的基本公式．其中最重要的一个就是电场的泊松方程：2V=－4πρ 2式中V为电势,ρ为自由电荷密度．第三步,进行数学引伸根据电场的泊松公式可直接写出稳恒电磁场的两个基本方程：ε0E= ·D=4πρ 3▽B=0 4对于瞬变电场,麦克斯韦类比了力学中的惯性力公式,从假想流体的由此推出磁场产生电场的公式：结合电场的泊松公式,可得运动电荷产生磁场的公式：×=4πj 6在上述公式中,式3说明了静电场的性质是一种无旋场；式4说明了磁场的性质是一种涡旋场；式5说明了电场可以由随时间变化的磁场产生；式6说明了磁场可以由运动的电荷产生．从3、4、5、6方程看,这已基本具备了麦克斯韦方程组的雏形,只是未列入位移电流．第二阶段,提出位移电流概念麦克斯韦在完成了统一已知电磁学定律的第一阶段工作后,又投入到第二阶段工作中．他于1862年发表了具有决定意义的论文论物理学的力线．麦克斯韦在这篇着作中,突破了法拉弟的电磁观念,创造性地提出了自己理论的核心部分——位移电流的概念．在这一工作中,他一方面结合数学推论以逻辑手段揭示了旧电磁理论的内在矛盾,另一方面则构造了一个与以前的流体力学模型不同的、新的电磁以太模型．麦克斯韦按照电磁学和动力学的类比关系发现,交变电流通过含有电容器的电路时,按照原有的认识,由于电荷不能在电容器极板之间移动,因此传导电流将中断,这同实际电流的连续性发生矛盾．而且如果电流仅限于导体,电磁场也就失去了意义．为了解决这些矛盾,他依据电磁学与动力学的类比关系和电磁现象的对称性,认为在交变电流电路中,电容器一个极板上变化的电场会引起感生磁场,变化的磁场又会在电容器的另一极板上引起感生电场,产生交变电流,故变化电场的作用就相当于传送电流,但它不是电荷的传导,而是电荷的位移．这样麦克斯韦就在无导体存在的磁场中引入了“位移电流”的概念．这样位移电流和传导电流迭加起来在电容电路中的总流线是闭合的．位移电流概念的引入,是麦克斯韦理论的关节点,也是他的重大发现,即发现了电场变化激发磁场变化的现象．而法拉弟的电磁感应定律,是说明磁场变化激发电场的现象．这样,一个变化的电场和磁场以对称的形式联系起来,是法拉弟电生磁、磁生电思想的精确化和完善化．为了在电磁场中形象地勾勒出位移电流的形状,必须给它塑造一个模型．麦克斯韦说：“电解质被电流带动在固定方向上的迁移和偏振光受到磁力作用在固定方向上旋转,就是曾经启发我把磁考虑为一种旋转现象而把电流当作平移现象的事实．”麦克斯韦根据这两个基本条件假设电磁场介质中充满着涡旋分子在真空中则是涡旋以太,在这些涡旋分子之间夹着许多小的电粒子．涡旋轴代表磁力线的方向,涡旋旋转速度表示磁场强度的大小．在两个同向旋转的分子中间的电粒子起着隋性轮的作用,这些电粒子只会转动而不会产生平移；在两个旋转方向的分子间,电粒子不发生转动而产生平动,从而形成电流．如右图,六方形表示涡旋分子,小圆圈表示电粒子,磁场方向由“＋”“－”表示．“＋”表示磁场穿出纸面,“－”穿入纸面．放在A→B线上形成了位移电流．麦克斯韦从这个涡旋模型出发,利用它进行唯象的思考,从物理意义一项,实现玻恩所说的“数学上的完美”．麦克斯韦进一步以位移电流的概念为物理基础,根据力学定律进行数学模拟,以弹性力学中的力、粒子流密度、及对旋涡转速的影响分别模拟电场强度、传导电流和磁场强度,从而建立起全电流的电磁场方程：第三阶段,揭示电磁场动力学本质1864年,麦克斯韦又发表了第三篇着名的论文电磁场的动力理论．在这篇论文中,麦克斯韦舍弃了他原来提出的力学模型而完全转向场论的观点,并明确论述了光现象和电磁现象的统一性,奠定了光的电磁理论的基础．麦克斯韦首先谈到由于电磁相互作用不仅与距离有关,而且依赖于相对速度,不应以超距作用为出发点．他仍然假设产生电磁现象的作用力是同样在空间媒质中和在电磁物质中进行的,在真空中有以太媒质存在,这种以太媒质弥漫整个空间,渗透物体内部,具有能量密度,并能够以有限速度传播电磁作用．麦克斯韦借助于以太媒质这种力学图象来描述真空场的概念,把以太媒质作为介电常数ε=1真空场的“电介质”．当电介质极化时,在分子范围内发生微观电荷移动的现象,这种微观电荷移动产生一种瞬息电流．他假设在真空中,由于以太媒质的存在,电场变化时同样也有位移电流出现．位移电流和传导电流一样,也按照毕奥——萨伐尔定律的规律产生磁场．位移电流和传导电流叠加起来的总电流即全电流线是闭合的．在真空位移电流概念的基础上,麦克斯韦建立了由二十个分量方程组成的电磁场方程组．麦克斯韦还采用拉格朗日与哈密顿的数学方法,推导出电磁场的波动方程．方程表明,电场和磁场以波动形式传播,二者相互垂直并都垂直于传播方向．若在空间某一区域中的电场发生了变化,在它邻近的区域就会产生变化的磁场；这个变化的磁场又会在较远的区域产生变化的电场,变化的电场与变化的磁场不断相互产生,就会以波的形式在空间散开,即以波的形式传播,称为电磁波．电场与磁场具有不可分割的联系,是一个整体,即电磁场．在麦克斯韦推出的方程中,他引入了一个电磁场能量方程,他指出,在超距作用理论中,能量只能存在于带电体、电路和磁体中,而根据新的理论,能量则存在于电磁场和这些物体中．这样,能量就被定域于整个电磁场空间,从而深刻地揭示了电磁场的物质实在性．它同时还说明了电磁波就是能量的传播过程．从平面电磁波的定量研究中,麦克斯韦证明了决定电磁波传播速度的“弹性模量”与电介质的性质相联系,“介质密度”与磁介质的性质相联系,从而求出了电磁波的传播速度公式,得到了与论物理的力线中相同的结论,即真空中电磁波的速度恰好等于光速,这使麦克斯韦得出了：“光是一种按照电磁定律在场内传播的电磁扰动”的结论．1868年,麦克斯韦发表了一篇论文光的电磁理论,明确地创立了光的电磁学说．他说：“光也是电磁波的一种,光是一种能看得见的电磁波．”这样,麦克斯韦就把原来相互独立的电、磁和光都统一起来了,成为十九世纪物理学上实现的一次重大理论综合．1873年麦克斯韦出版电磁理论的经典着作论电和磁在这部着作中,麦克斯韦对电磁理论作了全面系统和严密的论述,并从数学上证明了方程组解的唯一性,从而表明这个方程组是能够精确地反映电磁场的客观运动规律的完整理论．这样,经几代人的努力,电磁场理论的宏伟大厦终于建立起来了,从而实现了物理学史上的第二次理论大综合．三、麦克斯韦方程组的内容麦克斯韦在1864年发表的着名论文电磁场的动力学理论一文中提出了一套完整的方程组．他最先是以分量形式给出的,而且物理量的名称和符号都与现代采用的不一样．经后人加以整理,电磁场的方程得到进一步完善,形成如今称为麦克斯韦方程组的形式．1．麦克斯韦方程组的微分形式流密度．2．麦克斯韦方程组的积分形式三个描述介质性质的方程式．对于各向同性介质来说,有：=εrε0=μrμ0=σ式中εr,μr和σ分别是介质的相对介电常数相对磁导率和电导率．总结麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场,变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的,它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场.麦克斯韦进一步将电场和磁场的所有规律综合起来,建立了完整的电磁场理论体系.。
电磁场理论的发展史
电磁场理论的发展史LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】电磁场理论发展史引言载法拉弟发现电磁感应现象的那一年，英国诞生了一位伟大的科学家——麦克斯韦，他因创立电磁场理论而成为十九世纪最伟大的物理学家．麦克斯韦创立电磁场理论系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。
一、历史的前奏在麦克斯韦以前，解释电磁相互作用有两种相互对立的观点．一种是超距作用学说．即在研究两个电荷之间相互作用力时，忽略中介空间的作用，电荷会超越空间距离而互相作用，库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说来解释电磁相互作用的．这种学说当时拥有数学基础．另一种是媒递作用学说．认为空间有一种能传递电力的媒质（称作以太）存在，电荷间通过媒质互相作用．法拉弟通过实验揭露了空间媒质的重要作用，他认为在空间媒质中充满了电力线，即通过场来传递，但媒递作用学说还没有数学基础，不易被人接受．也使其发展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的发展．他中学时曾在数学和诗歌比赛中获第一名，这显示了他的数学才华与丰富的想象力方面的潜力．他年轻时曾读过法拉弟的《电学实验研究》，对法拉弟的物理思想（如电力线和场的思想）十分推崇，同时也发现了它的弱点．麦克斯韦对电磁相互作用的超距观点早就表示“不能接受即时传播的思想”，在法拉弟的物理思想影响下，他决心“为法拉弟的场概念提供数学方法的基础”．二、麦克斯韦创立电磁场理论麦克斯韦创立电磁场理论可分为三个阶段：第一阶段，统一已知电磁定律麦克斯韦于1856年发表了他的第一篇论文《论法拉弟的力线》，在这篇文章中，他试图用数学语言精确地表述法拉弟的力线概念，他采用数学推论与物理类比相结合的方法，以假想流体的力学模型去模拟电磁现象．他说：“借助于这种类比，我试图以一种方便的和易于处理的形式为研究电现象提供必要的数学观念”他的目标是想据此统一已知的电磁学定律．麦克斯韦为达到此目的，他运用了“建立力学模型——引出基本公式——进行数学引伸推导”的解决科学问题的思路和方法．第一步，建立力学模型首先运用类比方法，麦克斯韦把电磁现象和力学现象做了类比，认为可以建立一种不可压缩流体的力学模型来模拟电磁现象．这种流体模型为：一是没有惯性，因而也就没有质量；二是不可压缩；三是可以从无产生，又可消失．显然这是一种假设理想流体．麦克斯韦在这篇文章中写道：“我企图把一个在空间画力线的清楚概念摆在一个几何学家的面前，并利用一个流体的流线的概念，说明如何画出这些流线来”“力线的切线方向就是电场力的方向，力线的密度表示电场力的大小”．他企图阐明电力线和电力线所在空间之间的几何关系．他还试图通过类比凭借已知的力学公式推导出电磁学公式，寻求这两种不同的现象在数学形式上的类似．第二步，引出基本公式早在1842年，W·汤姆逊就曾把拉普拉斯的势函数的二阶微分方程，普遍用于热、电和磁的运动，建立了这三种相似现象的数学联系．1847年，他又在不可压缩流体的流线连续性基础上，论述了电磁现象和流体力学现象的共同性．麦克斯韦正是吸收了W·汤姆逊这种类比方法，把它发展成为研究各种力线的重要工具．例如麦克斯韦把电学中的势等效于流电势麦克斯韦据此方式相继推导出了静电磁场、稳恒电磁场以至瞬变电磁场的基本公式．其中最重要的一个就是电场的泊松方程：2V=－4πρ (2)式中V为电势，ρ为自由电荷密度．第三步，进行数学引伸根据电场的泊松公式可直接写出稳恒电磁场的两个基本方程：(ε0E)= ·D=4πρ? (3)▽B=0? (4)对于瞬变电场，麦克斯韦类比了力学中的惯性力公式，从假想流体的由此推出磁场产生电场的公式：结合电场的泊松公式，可得运动电荷产生磁场的公式：× =4πj (6)在上述公式中，式(3)说明了静电场的性质（是一种无旋场）；式(4)说明了磁场的性质（是一种涡旋场）；式(5)说明了电场可以由随时间变化的磁场产生；式(6)说明了磁场可以由运动的电荷产生．从(3)、(4)、(5)、(6)方程看，这已基本具备了麦克斯韦方程组的雏形，只是未列入位移电流．第二阶段，提出位移电流概念麦克斯韦在完成了统一已知电磁学定律的第一阶段工作后，又投入到第二阶段工作中．他于1862年发表了具有决定意义的论文《论物理学的力线》．麦克斯韦在这篇着作中，突破了法拉弟的电磁观念，创造性地提出了自己理论的核心部分——位移电流的概念．在这一工作中，他一方面结合数学推论以逻辑手段揭示了旧电磁理论的内在矛盾，另一方面则构造了一个与以前的流体力学模型不同的、新的电磁以太模型．麦克斯韦按照电磁学和动力学的类比关系发现，交变电流通过含有电容器的电路时，按照原有的认识，由于电荷不能在电容器极板之间移动，因此传导电流将中断，这同实际电流的连续性发生矛盾．而且如果电流仅限于导体，电磁场也就失去了意义．为了解决这些矛盾，他依据电磁学与动力学的类比关系和电磁现象的对称性，认为在交变电流电路中，电容器一个极板上变化的电场会引起感生磁场，变化的磁场又会在电容器的另一极板上引起感生电场，产生交变电流，故变化电场的作用就相当于传送电流，但它不是电荷的传导，而是电荷的位移．这样麦克斯韦就在无导体存在的磁场中引入了“位移电流”的概念．这样位移电流和传导电流迭加起来在电容电路中的总流线是闭合的．位移电流概念的引入，是麦克斯韦理论的关节点，也是他的重大发现，即发现了电场变化激发磁场变化的现象．而法拉弟的电磁感应定律，是说明磁场变化激发电场的现象．这样，一个变化的电场和磁场以对称的形式联系起来，是法拉弟电生磁、磁生电思想的精确化和完善化．为了在电磁场中形象地勾勒出位移电流的形状，必须给它塑造一个模型．麦克斯韦说：“电解质被电流带动在固定方向上的迁移和偏振光受到磁力作用在固定方向上旋转，就是曾经启发我把磁考虑为一种旋转现象而把电流当作平移现象的事实．”麦克斯韦根据这两个基本条件假设电磁场介质中充满着涡旋分子（在真空中则是涡旋以太），在这些涡旋分子之间夹着许多小的电粒子．涡旋轴代表磁力线的方向，涡旋旋转速度表示磁场强度的大小．在两个同向旋转的分子中间的电粒子起着隋性轮的作用，这些电粒子只会转动而不会产生平移；在两个旋转方向的分子间，电粒子不发生转动而产生平动，从而形成电流．如右图，六方形表示涡旋分子，小圆圈表示电粒子，磁场方向由“＋”“－”表示．“＋”表示磁场穿出纸面，“－”穿入纸面．放在A→B 线上形成了位移电流．麦克斯韦从这个涡旋模型出发，利用它进行唯象的思考，从物理意义一项，实现玻恩所说的“数学上的完美”．麦克斯韦进一步以位移电流的概念为物理基础，根据力学定律进行数学模拟，以弹性力学中的力、粒子流密度、及对旋涡转速的影响分别模拟电场强度、传导电流和磁场强度，从而建立起全电流的电磁场方程：第三阶段，揭示电磁场动力学本质1864年，麦克斯韦又发表了第三篇着名的论文《电磁场的动力理论》．在这篇论文中，麦克斯韦舍弃了他原来提出的力学模型而完全转向场论的观点，并明确论述了光现象和电磁现象的统一性，奠定了光的电磁理论的基础．麦克斯韦首先谈到由于电磁相互作用不仅与距离有关，而且依赖于相对速度，不应以超距作用为出发点．他仍然假设产生电磁现象的作用力是同样在空间媒质中和在电磁物质中进行的，在真空中有以太媒质存在，这种以太媒质弥漫整个空间，渗透物体内部，具有能量密度，并能够以有限速度传播电磁作用．麦克斯韦借助于以太媒质这种力学图象来描述真空场的概念，把以太媒质作为介电常数ε=1（真空场）的“电介质”．当电介质极化时，在分子范围内发生微观电荷移动的现象，这种微观电荷移动产生一种瞬息电流．他假设在真空中，由于以太媒质的存在，电场变化时同样也有位移电流出现．位移电流和传导电流一样，也按照毕奥——萨伐尔定律的规律产生磁场．位移电流和传导电流叠加起来的总电流（即全电流）线是闭合的．在真空位移电流概念的基础上，麦克斯韦建立了由二十个分量方程组成的电磁场方程组．麦克斯韦还采用拉格朗日与哈密顿的数学方法，推导出电磁场的波动方程．方程表明，电场和磁场以波动形式传播，二者相互垂直并都垂直于传播方向．若在空间某一区域中的电场发生了变化，在它邻近的区域就会产生变化的磁场；这个变化的磁场又会在较远的区域产生变化的电场，变化的电场与变化的磁场不断相互产生，就会以波的形式在空间散开，即以波的形式传播，称为电磁波．电场与磁场具有不可分割的联系，是一个整体，即电磁场．在麦克斯韦推出的方程中，他引入了一个电磁场能量方程，他指出，在超距作用理论中，能量只能存在于带电体、电路和磁体中，而根据新的理论，能量则存在于电磁场和这些物体中．这样，能量就被定域于整个电磁场空间，从而深刻地揭示了电磁场的物质实在性．它同时还说明了电磁波就是能量的传播过程．从平面电磁波的定量研究中，麦克斯韦证明了决定电磁波传播速度的“弹性模量”与电介质的性质相联系，“介质密度”与磁介质的性质相联系，从而求出了电磁波的传播速度公式，得到了与《论物理的力线》中相同的结论，即真空中电磁波的速度恰好等于光速，这使麦克斯韦得出了：“光是一种按照电磁定律在场内传播的电磁扰动”的结论．1868年，麦克斯韦发表了一篇论文《关于光的电磁理论》，明确地创立了光的电磁学说．他说：“光也是电磁波的一种，光是一种能看得见的电磁波．”这样，麦克斯韦就把原来相互独立的电、磁和光都统一起来了，成为十九世纪物理学上实现的一次重大理论综合．1873年麦克斯韦出版电磁理论的经典着作《论电和磁》在这部着作中，麦克斯韦对电磁理论作了全面系统和严密的论述，并从数学上证明了方程组解的唯一性，从而表明这个方程组是能够精确地反映电磁场的客观运动规律的完整理论．这样，经几代人的努力，电磁场理论的宏伟大厦终于建立起来了，从而实现了物理学史上的第二次理论大综合．三、麦克斯韦方程组的内容麦克斯韦在1864年发表的着名论文《电磁场的动力学理论》一文中提出了一套完整的方程组．他最先是以分量形式给出的，而且物理量的名称和符号都与现代采用的不一样．经后人加以整理，电磁场的方程得到进一步完善，形成如今称为麦克斯韦方程组的形式．1．麦克斯韦方程组的微分形式流密度．2．麦克斯韦方程组的积分形式三个描述介质性质的方程式．对于各向同性介质来说，有：=εrε0=μrμ0=σ式中εr，μr和σ分别是介质的相对介电常数相对磁导率和电导率．总结麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。
电磁场理论：从麦克斯韦到现代
电磁场理论：从麦克斯韦到现代电磁场理论是物理学中的重要分支，它描述了电磁场的性质和行为。
从麦克斯韦提出电磁场方程组到现代电磁场理论的发展，我们见证了人类对电磁现象认识的不断深化和拓展。
本文将从麦克斯韦方程组的提出开始，逐步介绍电磁场理论的发展历程。
1. 麦克斯韦方程组的提出麦克斯韦方程组是电磁场理论的基础，它由麦克斯韦根据实验观测和理论推导提出。
麦克斯韦方程组包括四个方程：高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培环路定律和麦克斯韦-安培定律。
这些方程描述了电场和磁场的生成、传播和相互作用。
2. 麦克斯韦方程组的物理意义麦克斯韦方程组揭示了电磁场的本质和规律。
高斯定律描述了电场的产生和分布，法拉第电磁感应定律说明了磁场的产生和变化，安培环路定律描述了磁场的传播和作用，麦克斯韦-安培定律则将电场和磁场联系在一起。
这些方程组成的理论框架为电磁现象的解释和应用提供了基础。
3. 麦克斯韦方程组的实验验证麦克斯韦方程组的提出并不仅仅是理论推导，它还需要通过实验验证。
许多科学家通过实验观测和测量，验证了麦克斯韦方程组的准确性和适用性。
例如，法拉第的电磁感应实验验证了法拉第电磁感应定律，奥斯特的磁场实验验证了安培环路定律。
这些实验证明了麦克斯韦方程组的正确性，并进一步巩固了电磁场理论的地位。
4. 电磁场理论的发展麦克斯韦方程组的提出奠定了电磁场理论的基础，但随着科学技术的进步和理论研究的深入，电磁场理论也在不断发展。
爱因斯坦的相对论将电磁场纳入了时空的统一框架，量子力学的发展使得我们对电磁场的微观行为有了更深入的认识。
现代电磁场理论已经超越了麦克斯韦方程组，涉及到更加复杂和深奥的领域，如量子电动力学和弦理论等。
5. 应用和意义电磁场理论的应用广泛而重要。
它不仅解释了电磁现象的本质，还为电磁波的传播、电磁感应、电磁辐射等提供了理论基础。
电磁场理论的发展也推动了科学技术的进步，如电磁波通信、电磁成像、电磁感应传感器等。
同时，电磁场理论也为其他学科的研究提供了重要的参考和支持，如光学、电子学、天文学等。
电磁场的发展简史及其应用
• 2.电磁场理论的建立： 18世纪末期，德国哲学家谢林认为，宇宙是活 的，而不是僵死的。他认为电就是宇宙的活力，就 是宇宙的灵魂！而且，电、磁、光、热都是联系在 一起的！ 奥斯特是谢林的信徒。他从1807年开始研究电 与磁的关系，至1820年，发现电流以力作用于小磁 针。
而后安培发现力、电流等相关元素的联系，并 建立大量的数学公式。比1.电磁场的早期理论研究： 电、磁现象是大自然中最重要的往来现象。也 很早就被科学家们注意并潜心观察！但由于科学技 术的落后，关于电、磁方面的知识始终停留在表面， 很长一段历史时期都没能发展！ 但就是凭着科学家门不懈的努力，为电磁学打 下了良好基础，直至十九世纪，电、磁神秘的面纱 被慢慢揭开！
应用与发展
• 1887年，德国科学家赫兹用火花隙激励环状天线 接收，证实了麦克斯韦的电磁波存在预言！这一 重要实验导致了后来无线电报的发明，从此，也 开始了电磁场理论的应用发展的时代！
实际生活中对电磁场的应用
在国防的应用
展望
• 随着科技的进一步发展，人们对电磁学的认识以 及了解还会加深，会更对的将电磁学应用到我们 的日常生活中，给我们带来便捷！
• 谢谢大家！
再然后就是法拉力，1831年发现电磁感应现象， 进一步证实了电现象与磁现象的统一性。法拉第坚 信电磁的近距作用，认为物质之间的电力和磁力都 需要由媒介传递，媒介就是电场和磁场！
•
最后是麦克斯韦，总结了安培、法拉第等前 任的经验，创造性的提出位移电流的概念！其 理论中心思想为：变化的磁场可以激发涡旋电 场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁 场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发 组成一个统一的电磁场。麦克斯韦进一步将电 场和磁场的所有规律综合起来，建立了完整的 电磁场理论体系。
电磁场与电磁波发展史
电磁场与电磁波
第 0章
电磁学漫谈
• 12、1840年，英国科学家焦耳提出了焦耳定律，揭示了电 磁现象的能量特性。 • 13、1848年 ，德国科学家基尔霍夫提出了基尔霍夫电路理 论，使电路理论趋于完善。 • 奥斯特的电生磁和法拉第的磁生电奠定了电磁学的基础。 • 14、 电磁学理论的完成者——英国的物理学家麦克斯韦 （1831—1879）。麦克斯韦方程组——用最完美的数学形 式表达了宏观电磁学的全部内容 。麦克斯韦从理论上预言 了电磁波的存在。
电磁场与电磁波
第 0章
电磁学漫谈
• 一、电磁学发展史
• 1. 最早的记载：公元前 600年左右 • 2. 1745年，荷兰莱顿大学教授马森布罗克制成了莱顿瓶， 可以将电荷储存起来，供电学实验使用，为电学研究打下
了基础。
• 3. 1752年7月，美国著名的科学家、文学家、政治家富兰
克林的风筝试验，证实了闪电式放电现象，从此拉开了人
击中房顶，会顺着龙舌引入地下，不会对房屋造成危险。 •6. 1771——1773年间，英国科学家卡文迪什进行了大量的 静电试验，证明在静电情况下，导体上的电荷只分布在导体 表面上。
电磁场与电磁波
第 0章
电磁学漫谈
• 7. 1785年，法国科学家库仑在实验规律的基础上，提出了 第一个电学定律：库仑定律。使电学研究走上了理论研究 的道路。 • 8. 1820年，由丹麦的科学家奥斯特在课堂上的一次试验中， 发现了电的磁效应，从此将电和磁联系在一起 。
绪论-电磁场与电磁波(第3版)-邹澎-清华大学出版社
三、电磁场理论的重要性
3、电磁理论与电路的关系 我们专业的基础课和专业基础课可分为两大类：
与场有关的课程：电磁学、电磁场与电磁波、微波、天线、 电波传播、电磁兼容技术……
与路有关的课程：电路分析、模拟电路、数字电路、高频 电路，射频电路设计……
三、电磁场理论的重要性
这两类课程都是研究电磁现象的，所用的方法不同：
1、数学工具：微分、积分、矢量分析、微分方程、数学 物理方程。
①、显得理论性比较强＊； ②、利用教学工具的能力在科研和工程设计中起着非常重 要的作用，希望同学们在学习电磁场课的过程中，提高利 用数学工具解决实际问题的能力。
四、学习方法
2、本书内容可分为几部分（把握重点）
①、复习性内容：大学物理中学过内容（在电磁场理论中也
公众应用 ：机场监视、海上导航、气象 雷达、测量学、飞机着陆、夜间防盗、 速度测量（警戒雷达）、测绘等
科学应用：天文学、绘图和成像，精密 距离测量，自然资源遥感等
二、电磁场理论的广泛应用
5、微波炉
微波炉
微波炉的发明者是美国的斯本塞
三、电磁场理论的重要性
1、是一门重要的专业基础课
①、所有的信息都是通过电磁场和电磁波传递的*，因此必 须掌握电磁场和电磁波的基本规律。
是很重要的内容），在本课程中不作为重点，但作为预
备知识，要求熟悉，可参考大学物理教材复习＊ 。
②、基本内容：电磁场课程中的基本概念、基本方法。
③、阅读性内容：扩大知识面。
④、第7章在微波技术课中讲，其它章也有一些小节不讲。
以讲课内容为准（在书上作些批注）。
3、 评分方法
①、作业计入期末成绩（要求平时按时完成） 10%
②、是进一步学习一些后续课程的基础：微波技术、光纤 通信、天线、电波传播、电磁兼容技术、射频电路设 计……
经典电磁场理论发展简史
电磁场理论发展史——著名实验和相关科学家纲要：一、定性研究1、吉尔伯特的研究2、富兰克林二、定量研究1、反平方定律的提出2、电流磁效应的发现3、电磁感应定律及楞次定律4、麦克斯韦方程5、电磁波的发现三、小结、定性研究1、吉尔伯特的研究他发现不仅摩擦过的琥珀有吸引轻小物体的性质，而且一系列其他物体如金刚石、水晶、硫磺、明矾等也有这种性质，他把这种性质称为电性，他是第一个用“电力”、“电吸引”、“磁极”等术语的人。
吉尔伯特把电现象和磁现象进行比较，发现它们具有以下几个截然不同的性质：1.磁性是磁体本身具有的，而电性是需要用摩擦的方法产生；2.磁性有两种——吸引和排斥，而电性仅仅有吸引（吉尔伯特不知道有排斥）；3.磁石只对可以磁化的物质才有力的作用，而带电体可以吸引任何轻小物体；4.磁体之间的作用不受中间的纸片、亚麻布等物体的影响，而带电体之间的作用要受到中间这些物质的影响。
当带电体浸在水中，电力的作用可以消失，而磁体的磁力在水中不会消失；5.磁力是一种定向力，而电力是一种移动力。
2、富兰克林的研究富兰克林（公元1706一1790）原来是费城的印刷商，他通过书本和科学上的来往获得了丰富知识，他利用莱顿瓶做出的第一项重要工作，是根据莱顿瓶内外两种电荷的相消性，在杜菲的“玻璃电”和“树脂电”的基础上提出正电和负电的概念。
富兰克林所做的第二项重要工作是统一了天电和地电。
、定量研究1、反平方定律的提出1750年前后，彼得堡科学院院士埃皮努斯在实验中发现；当发生相互作用的电荷之间的距离缩短时，两者之间的吸引力和排斥力便增加。
1766年富兰克林写信给他在德国的一位朋友普利斯特利（公元1733一1804），介绍了他在实验中发现在金属杯中的软木球完全不受金属杯电性的影响的现象。
他请普利斯特利给予验证。
英国科学家卡文迪许在1772年做了一个电学实验，他用一个金属球壳使之带电，发现电荷全部分布在球壳的外表面，球腔中任何一点都没有电的作用。
经典电磁场理论的建立
（1） 式中是被感电流的线元，积分沿被感电流回路进行，而矢量A定义为：
（2） 式中A是一个电流的位置函数，纽曼称之为电动力学势。
2、麦克斯韦的电磁场理论
19世纪最伟大的理论物理学家，经典电磁场论的奠基人麦克斯韦， 于1854年在英国剑桥大学毕业。起初，他研究的领域是关于色散理论； 在开尔文勋爵的影响下，麦克斯韦进入了电磁学领域，开始从事电磁场 的理论研究工作；他首先认真地通读了法拉第的三卷论文集《电学的实 验研究》，麦克斯韦继承了法拉第彻底的近距作用思想，坚定了以近距 作用的场观念来研究电磁现象的信念，并大量阅读了开尔文勋爵的工 作，以及高斯（Gauss）、格林（Green）、泊松（Poisson）、斯托克斯 （Stokes）等人的有关论述，领会了类比研究的方法，掌握了当时已有 的数学工具。对于当时已经建立的以安培、纽曼、韦伯为代表的大陆派 超距作用电磁理论，麦克斯韦一方面给予应有的肯定，同时也深刻地洞
察了其中的内在矛盾和困难。从1855年到1865年，麦克斯韦终于建立起 完整的电磁场理论，完成了毕生最重要的贡献。麦克斯韦建立电磁场理 论的工作集中反映在他的三篇著名电磁学论文中，即1855～1856年的 《论法拉第力线》，1861～1862年的《论物理力线》，以及1865年的 《电磁场的动力学理论》。
1846年，韦伯在安培定律的基础上提出了所谓的韦伯电作用定律， 为了建立超距作用的统一电磁理论，韦伯认为，运动电荷之间除了库仑 力外，还存在着由于电荷运动而产生的另一类相互作用力，后人称之为 韦伯力。韦伯根据原始的安培公式，导出两运动电荷与之间的相互作用 力为：
经典电磁场理论的建立
经典电磁场理论的建立1820年4月，奥斯特发现了电流的磁效应，这标志着电磁学的开始。
法国数学家安培，借助于库仑定律与万有引力定律的惊人相似性，便把引力领域的超距论思想移接到电磁领域中来，并于1820～1827年创立了大陆派超距论电动力学体系。
1831年，法拉第发现电磁感应定律，对超距论电动力学提出了第一次挑战；安培运用自己建立的超距论电动力学对法拉第电磁感应现象解释时，显得力不从心。
1837～1838年，法拉第又初步提出场的概念，接着于1851年提出了电磁场论的思想。
1845～1846年，德国物理学家纽曼（F ．E ．Neumann ，1798～1895）和韦伯（W ．Weber ，1804～1890）发展了安培电动力学体系，并成功地解释了电磁感应现象。
1861～1865年，英国物理学家麦克斯韦（J ．C ．Maxwell ，1831～1879）提出电位移和位移电流的概念，对超距论电动力学提出了第二次挑战，并从理论上预言电磁波的存在，建立了著名的麦克斯韦方程组。
德国实验物理学家赫兹（H ．Hertz ，），于1886～1888年证实了麦克斯韦预言的所有方面，从而彻底否定电磁超距论思想，导致了无线电的诞生，开辟了电磁波通讯的新纪元。
1、大陆派超距作用电磁理论法国物理学家安培仿照力学的理论结构，建立电磁超距有心力作用理论，他把自己的理论取名为“电动力学”。
安培的电动力学解释当时所知道的一切电磁现象的确十分出色；但在运用于解释1831年法拉第发现的电磁感应现象时却遇到了麻烦。
1845年，德国的纽曼发展了安培电动力学的超距有心力思想，并成功地解释了电磁感应定律。
纽曼考虑了两个载流线圈的情况，他把其中一个叫施感线圈，另一个叫被感线圈。
当施感电流线圈运动时，两个线圈的相互作用将发生变化，他假设被感线圈中的感应电动势与两线圈相互作用能的变化率成正比，并根据楞次定律而加上一个负号，于是：⎰⋅∂∂-=l d tA ε （1） 式中dl 是被感电流的线元，积分沿被感电流回路l 进行，而矢量A 定义为：⎰''=rl d i A （2） 式中A 是一个电流的位置函数，纽曼称之为电动力学势。
麦克斯韦的电磁场理论
麦克斯韦方程组还揭示了电磁波在介 质中的传播速度与介质本身的性质有 关，如介电常数和磁导率。
电磁场的能量守恒
麦克斯韦方程组揭示了电磁场的能量守恒规律，即电磁场的能量在空间中不会凭空产生也不 会消失，只会从一个地方传递到另一个地方。
电子科技
麦克斯韦的理论为电子科技的发展 提供了指导，推动了电子设备、集 成电路等的进步。
电磁波应用
麦克斯韦的理论为电磁波的应用提 供了依据，如雷达、微波炉、电磁 炉等现代科技产品的出现和发展。
对未来科技发展的启示
01
02
03
深入研究电磁波
麦克斯韦的理论启示我们 深入研究电磁波的性质和 应用，探索更多未知领域。
无线电波的应用
总结词
基于麦克斯韦方程组，人们开发出了无线电波的应用，实现了远距离通信和信 息传输。
详细描述
无线电波的发现和应用是麦克斯韦电磁场理论的重要应用之一。通过调制和解 调技术，人们可以利用无线电波进行远距离通信和广播，极大地促进了信息时 代的到来。
现代科技中的应用
总结词
麦克斯韦的电磁场理论在现代科技中有着广泛的应用，如雷达、卫星通信、电磁炉等。
02
安培、法拉第等科学家通过实验研究，逐渐揭 示了电和磁之间的联系。
04
这个发现为后来麦克斯韦的电磁场理论奠定了基础。
02
麦克斯韦的电磁场理论概述
电磁场的组成
1 2
3
电场
由电荷产生，对电荷施加作用力。
磁场
由电流产生，对电流和磁体施加作用力。
电磁场
电场和磁场的统一体，它们相互依存、相互转化。
麦克斯韦方程组的推导
电磁场理论的发展及其应用范围
电磁场理论的发展及其应用范围电磁场理论是现代物理学的基石之一，其研究范围涵盖电场、磁场和辐射等多个方面，被广泛应用于电子、通信、能源等领域。
本文将探讨电磁场理论的发展历程及其应用范围。
一、电磁场理论的发展历程电磁场理论的发展可以追溯到十九世纪初，当时欧姆、法拉第、安培等人分别提出了电流和磁场之间的关系，但当时这些发现还没有被统一起来。
直到1865年，麦克斯韦在其《电磁场方程组》一书中成功地将电磁场的基本规律归纳为四个方程式，从此电磁场理论被确立。
在麦克斯韦电磁场方程式的基础上，人们开始了解电磁波的存在和传播。
1895年，居里夫人通过对铀矿石的实验发现了放射性物质，这一发现启示了人们对电磁辐射的研究。
之后，人们开始发现电磁波可以在空气、水、金属等中传播，并且电磁波的波长和频率与辐射的能量有关。
二、电磁场理论的应用范围1.电子技术在电子技术中，我们广泛应用电磁场理论，例如放射线成像技术、雷达通信技术等。
在放射线成像技术中，我们使用X射线或伽马射线照射人体或物体，利用X射线或伽马射线穿过物体后被捕获的图像进行分析。
在雷达通信技术中，我们利用电磁波传递信息，可以实现无线通信、雷达探测等应用。
2.通信技术电磁场理论的应用还涵盖通信技术。
在通信技术中，我们利用电磁波传递声音、图像等信息。
例如，手机、电视和计算机网络都是依靠电磁波进行信息的传播。
此外，无线电通信系统也是电磁场理论的重要应用领域。
3. 能源技术电磁场理论在能源技术中也得到了广泛应用。
例如，利用电磁场理论研究发电机和转子，有助于提高能源转换效率。
此外，太阳能光伏技术和风能技术也是电磁场理论的应用领域。
4. 光学技术光学技术是电磁场理论的另一个重要应用领域。
光学技术利用电磁波的波动性质，研究光与物质的相互作用，包括反射、折射、干涉、衍射等现象。
利用电磁波的波动性质，可以制作出折射角较大的透镜和反射镜等光学器件。
结语电磁场理论是现代物理学的基石之一，其研究范围涵盖电场、磁场和辐射等多个方面，被广泛应用于电子、通信、能源、光学等领域。
麦克斯韦电磁场理论的诞生历程
麦克斯韦电磁场理论的诞生历程柴XX（理学院光信息科学与技术1002班学号XXX）摘要：1855年至1865年，麦克斯韦在全面地审视了库仑定律、毕奥—萨伐尔定律和法拉第定律的基础上，把数学分析方法带进了电磁学的研究领域，由此导致麦克斯韦电磁理论的诞生。
关键词：麦克斯韦、电磁理论、诞生引言电磁场理论的发展经历了三次飞跃：一是库仑定律的建立，二是运动电荷磁效应的发现，三是变化着的电场和磁场的内在联系的假设。
根据一些互不相关适用范围各不相同的实验定律（库仑定律、毕一萨定律和电磁感应定律），能否扩展为一组有内在联系的普遍成立的、能对电磁现象作出统一描述的数学理论体系，这是摆在当时物理学界的一大问题。
法拉第为此走出了坚定的第一步，紧接着麦克斯韦迈开了关键性的第二步。
一、法拉第的奠基法拉第坚信电磁作用是一种近距作用，他为此提出的力线、场观念具有极其深奥的物理思想。
描述场的力线、力管虽是一种定性理论，却为建立电磁学的数学理论提供了物理依据。
场观念是物理学中一个全新的观念，一个开创性见解，是对超距作用观点的挑战，其价值要比电磁感应定律的发现高出许多倍。
它暗示电磁理论和力学理论在方法论和数学结构上会有极大的差异：力学对质点的描述仅仅涉及到整个电磁场空间。
从超距作用过渡到以场为基本变量，以致使电磁理论成为一个时代的场理论。
一门真正的科学理论应该是定量的。
由于数学的准确性、抽象性、广泛性，早已成为物理学的亲密朋友。
用数学语言精确表述创造性科学思想，深刻揭示自然规律，是科学发展的要求，也是科学成熟的重要标志。
物理学家一要善于提出反映事物本质的物理观念，二要善于将物理问题转化成为数学问题，并用恰当方法求解，三要善于透过数学结果看出隐藏其后的新的物理思想。
法拉第借用力线把场的许多性质用简单而又极富启发性地表示出来了。
但终因缺乏数学功底，苦于无法用恰当的数学语言来精确描述，不能更深刻地揭示电磁现象的内在规律性。
但深奥的力线、场思想都鼓舞着麦克斯韦接过法拉第的火炬继续向前跑。
电磁场与电磁波的历史与发展
电磁场与电磁波的历史与发展一、历史的前奏静磁现象和静电现象：公元前6、7世纪发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等现象。
1600年英国医生吉尔伯特发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》的论文。
使磁学从经验转变为科学。
书中他也记载了电学方面的研究。
静电现象的研究要困难得多，因为一直没有找到恰当的方式来产生稳定的静电和对静电进行测量。
只有等到发明了摩擦起电机，才有可能对电现象进行系统的研究，这时人类才开始对电有初步认识。
1785年库仑公布了用扭秤实验得到电力的平方反比定律，使电学和磁学进入了定量研究的阶段。
1780年，伽伐尼发现动物电，1800年伏打发明电堆，使稳恒电流的产生有了可能，电学由静电走向动电，导致1820年奥斯特发现电流的磁效应。
于是，电学与磁学彼此隔绝的情况有了突破，开始了电磁学的新阶段。
19世纪二、三十年代成了电磁学大发展的时期。
首先对电磁作用力进行研究的是法国科学家安培，他在得知奥斯特发现之后，重复了奥斯特的实验，提出了右手定则，并用电流绕地球内部流动解释地磁的起因。
接着他研究了载流导线之间的相互作用，建立了电流元之间的相互作用规律——安培定律。
与此同时，比奥 沙伐定律也得到发现。
英国物理学家法拉第对电磁学的贡献尤为突出。
1831年发现电磁感应现象，进一步证实了电现象与磁现象的统一性。
法拉第坚信电磁的近距作用，认为物质之间的电力和磁力都需要由媒介传递，媒介就是电场和磁场。
电流磁效应的发现，使电流的测量成为可能。
1826年欧姆(Georg Simon Ohm，1784—1854)因而确定了电路的基本规律——欧姆定律。
及至1865年，麦克斯韦把法拉第的电磁近距作用思想和安培开创的电动力学规律结合在一起，用一套方程组概括电磁规律，建立了电磁场理论，预测了光的电磁性质，终于实现了物理学史上第二次理论大综合。
爱因斯坦在纪念麦克斯韦100周年的文集中写道：“自从牛顿奠定理论物理学的基础以来，物理学的公理基础的最伟大的变革，是由法拉第和麦克斯韦在电磁现象方面的工作所引起的”。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电磁场理论发展简史
电磁场理论发展简史
1888年，德 国的物理学家 赫兹首次用人 工的方法产生 了电磁波。
电磁场理论发展简史
电磁场理论发展简史
电磁场理论的创立过程： ① 观察现象——好奇心； ② 提出问题——洞察力； ③ 猜测答案——猜想、假设、想象力； ④ 设计实验测量——实践、动手能力； ⑤ 归纳寻找关系、发现规律——物理描述； ⑥ 形成定理、定律(需要引进新的物理量或模
电磁场理论发展简史
2、磁学（Magnetism） 希腊人在Magnasia岛上发现该岛的石块吸引牧羊鞭，所 以磁学命名为Magnetism 天然“石块”吸引铁钉现象：这种“石块”对铁有吸引 力，在铁钉附件放此“石块”铁钉就扑向石块 ，好的慈 母对婴儿的吸引一样。
“石块” ← 铁钉 慈母 ← 婴儿 这石块取名为“慈石”，后衍化为“磁石”。
型，找出新的内容，正确表述)——数学描述 ； ⑦ 考察成立条件、适用范围、精度、理论地 位及现代含义等——数学描述； ⑧ 创造新应用——好玩24、利益驱动
什么是电磁场？
电磁场理论的研究对象： 电荷、电流产生电场、磁场的规律;电场和磁场的
电磁场理论的地位
自然界存在四种基本力，即强力、电磁力、弱力和引力 。力既是相互作用。
所有四种力都有“电磁”和“磁场”
电磁场理论的地位
麦克斯韦方程组
静电学
静磁学
其他 学科 参数 输入
非时变: 0
t
电路 理论
电磁波
几何光学
d
传输线理论 条件：d ~
长线理论
基尔霍夫定律 d
电磁场理论发展简史
电磁理论发展史参考资料
/electromagnetism
《电磁学发展史》，作者：宋德生等，广西人民出版社
电磁场理论发展简史
14
电磁场理论发展简史
1、电学（electricity） 起源于古希腊的哲学家台利斯（Thalas 公元前600 年）发现的一种现象：一块琥珀经过摩擦后会吸引 草屑。 琥珀：来源于希腊文electron, 所以，英语electron 电子、 electricity 电学、electrostatic field 静电场， 凡带“电”都有词头“electron”。这一部分实际是 静电学。
若期末考试卷面成绩（百分制）低于50分，则总评成绩 为不及格，总评成绩为卷面成绩经50%加权后的成绩。
签到制度：按照教务处规定，每8节课点一次名，上报 教务处。12周需要签到8次
3
课程教学目标
(1) 知悉电磁场理论的基本概念，理解概念间的区 别与联系，了解电磁场理论的建立过程。 (2) 能够从复杂的工程问题中提取电磁场问题，并 运用准确的电磁理论术语描述该问题。 (3) 能够应用高等数学、数理方程、复变函数、矢 量分析等数学工具分析给定的电磁场问题，并得出 正确结论。 (4) 了解电磁场领域理论和应用研究的最新进展， 掌握工程实现或学术研究的基本流程，具备在简单 指导下完成工程任务或学术研究的基本能力。
电磁场理论发展简史
1785年，法国科学家库仑在实验 规律的基础上，提出了第一个电 学定律：库仑定律。使电学研究 走上了理论研究的道路。
电磁场理论发展简史
1822年，法国科学家安培提出了安培环路 定律，将奥斯特的发现上升为理论。
电磁场理论发展简史
1831年，英国 实验物理学家 法拉第发现了 电磁感应定律 。并设计了世 界上第一台感 应发电机。
公元前三世纪：《吕氏春秋》：慈石召铁，石，铁之母者
电磁场理论发展简史
3、电磁学（electromagnetism）
19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现象，没 有发现电与磁的联系。但是这些研究为电磁学理论的建立奠 定了基础。
在电磁场理论的发展过程中奥斯特、富兰克林、 库仑、 安培、泊松、高斯、楞次、法拉第、韦伯、洛伦兹、麦克斯 韦、汤姆孙、密立根、赫兹、马可尼......等很多人都作出了 贡献。
课程目录与学时分配
矢量分析 数学工具
~8学时
静电场 E（x,y,z,t0）
~6
恒定电场和电流 J （x,y,z,t0）
~2
恒定磁场 H （x,y,z,t0）
~5
静态场边值问题 （考虑环境影响）
~7
电磁感应 （电场与磁场的
相互作用）
~2
课程目录与学时分配
矢量分析 数学工具
时变电磁场 E（x,y,z,t） H （x,y,z,t）
课堂授课总计60学时；课外大约180学时自学、90 学时作业；
以自学为主、以讲授为辅、以复习概念为线索、 以数学运算与拓展为重点；
通过课后作业练习加深对基础知识的掌握,提高解 题的方法和技巧；（5%挂科率）
思想上重视，该课程是后续专业课程微波技术基 础、天线理论与技术、微波电子线路、微波测量 和电磁兼容基础等课程的先修课程。
电磁场理论
第一类参考书
教材： 《电磁场理论基础》（第2版），陈重等著，北京理工大 学出版社
辅导书： 《电磁场理论基础概念题解与自测》，胡冰等著，北
京理工大学出版社
2
成绩评定
总成绩=期末考试（50%） + 作业及平时出勤（40%) + 实验 （10%）
60分以下为不及格，60分（含）~70分为及格，70分（ 含）~80分为中等，80分（含）~90分为良好，90分（含 ）~100分为优秀。
4
课程教学目标
掌握专业术语
培养物理与数学间相互“翻译”的能力 ——能看懂公式并理解公式所包含的物理概念 对电磁场理论有全局观 ——在生产实践和科学技术领域内发现电磁问题 能查阅并看懂有关的技术资料或学术论文
Are you ready?
5
基本准备
高等数学、数理方程、复变函数、矢量分析（补 充讲授）；
~5学时
平面电磁波 （在自由空间传播）
~10学时
导行电磁射（天线） （传输线与自由空间 电磁波的相互转换）
~5学时
电磁场理论的地位
https:///wiki/W_and_Z_bosons
电磁场理论的地位
https:///wiki/Theory_of_everything