电磁学的发展--讲课用-精品

合集下载
  1. 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. 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. 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)。
为了阐明自己的观点,他比较了各种金属,并 把它们排成表,只要将其中两种金属接触,就可以 产生接触电势差。
2020/6/1
2.伏打电池——第一个 直流电源
1800年,伏打根据 他自己的观点,制成了 伏打电池。得到了拿破 仑授予的一枚金质奖章。 并成为法国科学院的院 士。今天电学中的一个 重要单位伏特,就是为 了纪念他。
2020/6/1
中国古代的贡献:最早文字记载“雷”、“电”,发 明指南针等。
最早总结前人对电磁研究的大量经验, 讨论电磁体性质的英国医生吉尔伯特,他 断言:电与磁是两种不同的现象。
相比静磁现象,静电研究困难得多。 直到第一台摩擦起电机发明后,对静电 研究才迅速开展起来。
2020/6/1
吉尔伯特
在全家10个孩子中排行8, 其父是小手工业者,家境贫困。 他在10岁时缀学,12岁当印刷 所学徒,阅读了许多书籍,和 几个青年创办了“共读社”, 后来成为科学家和政治家。自 己写的墓志铭:“印刷工富兰克 林”。
从苍天那里取得了雷电,从 暴君那里取得了民权。——杜 尔格(法)
2020/6/1
2.费城实验 1746年,一位英国学者在波士顿利用玻璃管和莱
2020/6/1
卡文迪许同心球实验装置
库仑于1785年用电扭秤实验,通过与万有引力类 比,确信并提出了库仑定律
F12
Kq1q2 r2
r012
1 K
4π 0
0 8.8541871801172C2/(N·m2)
计算表明,库仑力远大于万有引力
2020/6/1
三、从库仑定律的建立看,类比方法的重要性
库仑测得δ=0.04,但他断定力与距离成平方反比,是 成功运用类比方法的结果。 麦克斯韦对类比法的论述:“为了不用物理理论而得 到物理思想,我们必须熟悉物理类比的存在。所谓物理 类比,我指的是一种科学定律与另一种科学定律之间的 部分相似性。它使得这两种科学可以相互说明。”
顿瓶表演了电学实验。富兰克林怀着极大的兴趣观 看了他的表演,并被电学这一刚刚兴起的科学强烈 地吸引住了。随后富兰克林开始了电学的研究。富 兰克林在家里做了大量实验,研究了两种电荷的性 能,说明了电的来源和在物质中存在的现象。在十 八世纪以前,人们还不能正确地认识雷电到底是什 么。当时人们普遍相信雷电是上帝发怒的说法。一 些不信上帝的有识之士曾试图解释雷电的起因,但 都未获成功,学术界比较流行的是认为雷电是“气 体爆炸”的观点。
5.富兰克林是独立宣言和美国宪法的起草人之一, 为祖国的独立和解放作出了贡献的政治活动家。
2020/6/1
三、库仑定律
类比万有引力,科学家
猜测电荷间作用力与距离平
方成反比。
罗比逊实验,发现
f
1 r 2
偏差 0.06
2020/6/1
罗比逊实验装置
卡文迪许利用两个同心球的实验证明了上述规律, 他得到δ=0.02,可惜两人的工作都未发表。
1773年杜菲(1698-1739)经过实验区分出两种电荷,他分 别为松脂电(负电)和玻璃电(正电),并总结出静电作 用的基本特性:同性相斥,异性相吸。
莱顿瓶的发明使电现象得到更深入的研究,这是克莱斯特 和马森布落克在1745-1746年分别做出。
2020/6/1
二、富兰克林对雷电现象的研究
1.富兰克林(1706-1790): 美国 人
第四讲 电磁学的发展
“自从牛顿奠定理论物理学基础以来,物理 学的公理基础——换句话说,就是我们关于实 在结构的概念——最伟大的变革,是由法拉第 和麦克斯韦在电磁学方面的工作所引起的。”
——爱因斯坦
2020/6/1
伽利略和牛顿所取得如此伟大成就,是因为他们把 科学思维和实验研究很好地结合在一起,为力学的发展 开辟了一条正确的道路。
电学、磁学构成了经典物理学的另一重要分支。随 着一个个电磁学研究成果的取得,企图把全部物理学归 纳为力学的机械论观点宣告彻底失败。
电磁学发展史中的典型事件
2020/6/1
历史概述
电现象和磁现象很早受人类注意,留下了许多文 字记载。在17世纪前,大多数是观察和零碎的知识, 到17世纪后才有一些系统的研究,而定量的研究则更 晚。18世纪中叶以后,磁力和电力的平方反比定律相 继发现,静电学和静磁场开始沿牛顿力学的发展登上 科学的舞台。18世纪末,随着电堆的发明,人们有可 能人为地产生和控制电流。19世纪,电流的磁效应、 化学效应、热效应相继的发现,其规律得到了定量的 表述,电学和磁学得到了和谐统一的发展,建立了统 一的电磁理论,并证实了电磁波的存在。
2020/6/1
富兰克林当时已40岁时,对电很有兴趣。其中有一 个想法,天上的电和地电是统一的吗?
他经过反复思考,断定雷电也是一种放电现象, 它和在实验室产生的电在本质上是一样的。于是,他 写了一篇名叫《论天空闪电和我们的电气相同》的论 文,并送给了英国皇家学会。但富兰克林的伟大设想 竟遭到了许多人的嘲笑,有人甚至嗤笑他是“想把上 帝和雷电分家的狂人”。
2020/6/1
奥斯特基于:
(1)自然哲学思想 — 受康哲学思想影响,
认为自然界各种基本力可以相互转化 。
(2)已发现一些电可能会发生磁的迹象。
坚信电磁间有联系,并开展电是否能产 生磁的研究。
奥斯持
法国著名生物学家巴斯德在讲述奥斯特的发现时,
说过一句名言: “在观察领域的一切机遇只偏爱有那些准备的头脑。” 讨论:这句名言已在社会上被广泛使用。
2020/6/1
人们为纪念他,将电阻的单位定为“欧姆”。
2020/6/1
欧姆定律发现初期,许多物理学家不能正确理 解和评价这一发现,并遭到怀疑和尖锐的批评。 研究成果被忽视,经济极其困难,使欧姆精神 抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣 誉的科普利金牌,才引起德国科学界的重视。
2020/6/1
2020/6/1
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。通过实验验证,在1826 年发现了欧姆定律,由此与电流相关的物理量 可以测定和推出。
2020/6/1
富兰克林的工作,揭开了雷电的奥秘,统 一了“天电”和“地电”,震惊了科学界。 小插曲:
为了验证“地电”与“天电”的相同处, 富兰克林想到雷可以击死动物,于是他就实验 用“地电”去击杀火鸡,结果被电打昏了。苏 醒后,却不介意地说:“我本想用电杀死一只 火鸡,结果差点电死了一个傻瓜。”
腿抽搐,后来他又发现当用铜钩倒挂蛙腿,再用 铁梁横挑,蛙腿也会痉挛。
1791年发表了论文《论肌肉运动中的电力》。 发现电流的第一人,但认为是一种动物电。
2020/6/1
二、伏打(1737-1798)的“金属接触说”
1.伏打 意大利帕维大学教授,否定了伽伐尼动物说。
他认为,电来自两种不同金属的接触,青蛙只不过 是起了验电器的作用。
然而,风险是的确存在的。1753年,俄国 的里赫曼在做大气电实验时不幸中电身亡,为 科学献身。
2020/6/1
3.发明避雷针:富兰克林并不满足,将他的发现 转化为了新的发明。避雷针诞生了。
4.科学兴趣广泛:命名了正电,负电,发现了电 荷守恒定律,研究了火炉的改良,植物的移植, 传染病的防治。
写出了《电学的实验和研究》的著作。
2020/6/1
奥斯特在报告中讲述了他的实验装置和多个实 验的结果,从实验总结得出:电流的作用仅存 在于载流导线的周围;沿着螺纹方向垂直于导 线;电流对磁针的作用可以穿过各种不同的介 质;作用的强弱决定于介质,也决定于导线到 磁针的距离和电流的强弱;铜和其他一些材料 做的针不受电流作用;通电的环形导体相当于 一个磁针,具有两个磁极等。这篇短短的论文 使欧洲物理学界产生了极大震动,导致了大批 实验成果的出现,由此开辟了物理学的新领 域——电磁学
2020/6/1
1812年:“我们应该检验的是,究竟电是否以其最 隐蔽的方式对磁体有类似的作用。”
1818-1819年,与奥共事的人说:“奥斯特经常在 寻找这两种大自然力之间的关系。”
机会来了,1820年4月的一天晚上,奥斯特在讲 课中突然出现了一个想法,讲课快结束时,他说: “让我把导线与磁针平行放置来试试看。”当他 接通电源时,发现小磁针微微动了一下。这一现 象使奥斯特又惊又喜,他紧紧抓住这一现象,连 续进行了3个月的实验研究,终于在1820年7月21 日发表了题为《关于磁针上的电流碰撞的实验》 的论文。这篇仅用了4页纸的论文,是一篇极其简 洁的实验报告。
四、奥斯特发现电流磁效应
丹麦著名的物理学家奥斯特(1777-1851)发 现了电流的磁效应。电流磁效应的发现并不是 人们所认为的是他的偶遇,他早就有把自然界 中各种现象相互联系的思想。1803年他就说过, 我们物理学将不再是运动、热、空气、光、电、 磁以及我们所知道的任何其他现象的零碎罗列, 而我们将把整个世界容纳在一个体系中。奥斯 特正是以这样的观点出发,来探索电和磁之间 的联系,这是他发现电流磁效应的思想基础。
2020/6/1
3.意义 电池的发明,提供了产生恒定电流的电源,使
电学从静电走向动电,为人们研究电流的各种效应 提供了条件。从此电学进入了飞速发展时期。
三、欧姆定律(1787-1854) 乔治·西蒙·欧姆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,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,后被慕尼黑大 学任命为教授。
富兰克林决心用事实来证明一切。1752年6月的 一天 ,一个电闪雷鸣的上午,他将一个风筝放到空 中,风筝下有一根铁丝,铁丝下栓一根麻绳,当一道 闪电从风筝上掠过,富兰克林用手靠近风筝上的铁丝, 立即掠过一种恐怖的麻木感。
2020/6/1
他抑制不住内心的激动,大声呼喊:“威廉,我 被电击了!”随后,他又将风筝线上的电引入莱 顾瓶中。回到家里以后,富兰克林用雷电进行了 各种电学实验,证明了天上的雷电与人工摩擦产 生的电具有完全相同的性质。富兰克林关于天上 和人间的电是同一种东西的假说,在他自己的这 次实验中得到了光辉的证实。
必须指出:有时简单的类比也会导致错误的结果。如 惠更斯类比声波,认为光波也是纵波就错了。可见类比 结果是否正确还得由实验检验。
2020/6/1
§4.2 电流的产生及其磁效应
一、 伽伐尼发现“动物电” 伽伐尼的研究(1737-1798): 意大利人,解剖
学教授。 1780年他与学生解剖青蛙,发现电火花会使蛙
2020/6/1
汤川秀树也是类比法的成功运用者,他通过将核力和 电磁力类比,成功地提出了核力的介子理论。他说:“ 类比是一种创造性思维的形式,……假定存在一个人所 不能理解的某物,他偶尔注意到这一物和他所熟悉的另 一物的相似性。他通过将两者比较就可以理解他在此刻 之前尚不能理解的某物。如果他的理解是恰当的,而且 还没有人达到这样的理解,那么可以说,他的思维确实 是创造性得到。”
2020/6/1
本讲将涉及下面一些科学家以及他们的重大发现, 他们是:库仑、奥斯特、安培、法拉第和麦克斯韦等。
库 仑
奥 斯 特
安 培
2020/6/1
法 拉 第
麦 克 斯 韦§4Fra bibliotek1 静电和静磁现象的研究
一、静磁和静电现象的早期研究
Electricity(电)来自希腊文的“琥珀”。 中国古代,早在公元前3世纪,古书《韩非子》就记载司 南;《吕氏春秋》记有慈石召铁。西汉末年(公元20年) 有玳瑁吸细小物体。 系统研究始于17世纪。1600年,英国医生吉伯(15441603)发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》, 吉伯的工作是磁学成为物理学的一个分支。
1660年,盖里克(1602-1668)发明摩擦起电机。
盖里克的摩擦起电机实验被许多人重复,人们纷纷仿照他 的方法做静电实验,1705年豪克斯比(1666-1713)用空心 玻璃球代替硫磺球,发现效果一样。
1720年,格雷(1675-1736)研究了电的传导现象,发现导 体和绝缘体的区别。随后,他又发现了导体的静电感应现 象。
相关文档
最新文档