电动力学

1769年罗滨孙（John Robinson）通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验，第一次直接测定了两个电荷相互作用力与距离平方成反比。
1775年，伏打(A.Volta,1745—1827)发明起电盘。
1773年卡文迪许（Henry Cavendish）根据他实验中导体球内表面检测不到的电荷数量推算出电力与距离成反比的方次与2相差最多不超过百分之二。他的这一实验是近代精确验证电力定律的雏形。可是他的这一实验以及其他重要实验成果到1879年才由麦克斯韦（James Clark Maxwell）整理公诸于世。
1729年英国的格雷（Stephen Gray）研究琥珀的电效应是否可传递给其他物体时，发现导体和绝缘体的区别：金属可导电，丝绸不导电。并且他第一次使人体带电。格雷的实验引起法国杜费（Charles-Francois du Fay）的注意.1733年杜费发现绝缘起来的金属也可摩擦起电,因此,他得出所有物体都可摩擦起电,从而认为吉尔伯特把物体分为“电的”和“非电的”并没有事实根据。他还让别人用丝质绳把自己吊起来绝缘，当他被带电而别人靠近时，他感觉到针刺般的放电袭击，放电产生噼拍声，在暗处还可看到放电的火花。杜费最重要的发现是电有两种。他改进了吉尔伯特的验电器，用金箔代替金属细棒。他观察到摩擦过的玻璃棒接触金箔后对金箔的排斥作用，而用摩擦过的硬树脂对此金箔却产生明显的吸引。他意识到不同材料经摩擦后产生的电不同，他把玻璃上产生的电叫做“玻璃电”（Vitreous），琥珀上产生的电与硬树脂上产生的相同，叫做“树脂的”（resinous）.他得到：带相同电的物体互相排斥，带不同电的物体彼此吸引。他把电想象为二元流体，当它们结合在一起时，彼此中和。
1600年，英国伊丽莎白女王的御医吉尔伯特（W.Gilbert，1548—1603）在他出版的《磁石论》一书中对于磁石的各种基本性质作了系统的定性描述。他发展了前人的实验研究，在地磁方面有重要的贡献。他还对琥珀地吸引作了深入研究，他发现不仅琥珀和煤玉经摩擦后能吸引轻小物体，而且相当多的物质，如金刚石、蓝宝石、硫磺、硬树脂和明矾等经摩擦后也都具有吸引轻小物体的性质;他注意到这些物质经摩擦后并不像磁石,具有指南北的性质,为了表明与磁性的不同，他采用琥珀的希腊文字ηλξκτρογ，把这种性质称为“电的”（electric）。吉尔伯特在实验过程中制作了第一只验电器，这是一根中心固定可转动的金属细棒。当摩擦过的琥珀靠近时，金属细棒可转动指向琥珀。大约在1660年马德堡的盖利克（Otto von guericke）发明了第一台摩擦起电机。他用硫磺制成形如地球仪的可转动球体，用干燥的手掌擦着转动的球体，使之停止而获得电。盖利克的摩擦起电机经过不断改进，在静电实验研究中起着重要作用，直到十九世纪霍耳兹（W.Holtz）和特普勒（A.Topler）分别发明感应起电机后才被取代。
十八世纪后期电学的另一个重要发展是意大利物理学家伏打（Alessandro Graf Volta）发明电池。在这之前，电学实验只能用摩擦起电机或莱顿瓶进行，而它们只能提供短暂的电流脉冲。1780年意大利的解剖学家伽伐尼（Luigi Galvani）偶然观察到在放电火花附近与金属相接触的蛙腿发生抽动。为了找出这一现象的原因，他进一步实验却意外地发现，若用两种金属分别接触蛙腿的筋腱和肌肉，则当两种金属相碰时，蛙腿也会发生抽动。伽伐尼没有弄清楚其中的原因，他把它称之为“生物电”。1792年伏打仔细研究之后，认为蛙腿的抽动不过是一种对于电流的灵敏反应，而肌肉提供了一定的溶液，因此电流产生的先决条件是两种不同金属插在一定的溶液中并构成回路。基于这一思想，1799年他制造了第一个能产生持续电流的化学电池，其装置为一系列按同样顺序叠起来银片、锌片和用盐水浸泡过的硬纸板组成一根柱体，叫做伏打电堆。当导线连接两断的导体时，导线中产生的持续电流。以后，各种化学电源如雨后春笋蓬勃发展起来。1822年塞贝克（Thomas Johann Seebeck）发现甚至不用导电溶液，只要牢固的连接铜线和一根别种金属（铋）线的两端，并维持两个接头于不同温度，也可获得微弱的电流，这就是温差电效应。化学电源发明后，很快发现利用它可以作出很多不寻常的事情来。1800年尼科尔森（William Nicholson）和卡莱瑟尔（Anthony Carlisle）用低压电流分解水；同年里托（Johann Wilhelm Ritter）成功的从水的电解中分别搜集了两种气体，并从硫酸铜溶液中电解出金属铜；1807年戴维（Humphrey Davy）利用庞大的电池组先后首次电解得到钾、钠、钙、镁等金属；1811年他用2000个电池组成电用的强烈电光源，直到七十年代才逐渐被爱迪生（Thomas Alva Edison）发明的白炽灯所代替；到今天电弧在冶炼和焊接中仍有重要应用。此外，伏打电池也促进了电镀业的发展，它是1839年卡尔雅可比（Karl Jacobi）和西门子（Werner Siemens）发明的。
电动力学发展史
约公元前6世纪，585年，泰勒斯(Thales，公元前624?—546) 已记载了用木块摩擦过的琥珀能够吸引碎草等轻小物体，以及天然磁矿石吸引铁的现象。在以后的两千年中，虽然还有人发现摩擦过的煤玉也具有吸引轻小物体的能力，但关于琥珀奇特性质的认识进展甚少，而磁石性质的认识逐渐增多起来。例如，磁石可以吸引一串铁片；磁石具有磁极，磁石的相同磁极靠在一起彼此排斥；弱磁可被强磁改变磁极；利用磁石制成罗盘并用于航海，等等。在相当长的时期内，琥珀吸引轻小物体与磁石吸铁一样，都被看成物质固有的性质。
16世纪，诺曼（Robert Norman），伦敦的一个退休海员和罗盘制造者，在公元1581年出版了一本小册子《新奇的吸引力》中，就谈到他发现磁针的下倾现象。他发现一根磁针用绳子在半中间吊起来，不但指向北方，而且跟水平形成一倾角，这就叫磁倾角。诺曼还把磁化以前和磁化以后的铁屑称过，看磁力是否有重量，并得出否定的结论。他又把一个装在软木上的磁针浮在水平面上，发现磁针仅转动到指向南北而不是向南方或北方移动，从而得出磁力只是一种定向力，而不是运动力的结论。他说，这些现象是通过“经验、理性和证明这几项学术根据”而发现的，他讨论了和航海有关各种磁力的问题，特别是在不同地方罗盘磁针和正北方的偏离问题。他说，这种偏离并不如有些航海的人所相信的那样，随地点不同而有规则地变动，那些人“虽然游踪甚广，但在这些问题上却相信书本而不相信经验”。至于磁力的理论，他承认自己提不出任何建议——“我不愿在这许多论点上和逻辑学家进行争论，因为看来在自然原因的解释上他们远远超过了我。”
1785年，库仑（Charles Auguste de Coulomb）设计了精巧的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离的平方成反比，与它们的电量的乘积成正比。即静电力的平方反比定律，库仑的实验得到世界的公认。在这以前，米切尔(J.Michell,1724—1793)已有过类似设计，并于1750年提出磁力的平方反比定律。从此电学的研究开始进入科学行列。
1747年，差不多同时在美国，富兰克林(Benjamin Franklin,1706—1790)发表电的单流质理论，提出“正电”和“负电”的概念。富兰克林的工作使得人们对于电的认识更加丰富了，并澄清了许多观念。1747年他根据自己的实验，认为在正常条件下电是以一定的量存在于所有物质中的一种元素;电象流体一样可以流动，摩擦得作用使电可以从一物体转移到另一物体，但不能创造；任何孤立物体的电的总量是不变得，这就是通常所说的电荷守恒；他把摩擦时物体获得电，而形成电的多余部分叫做带正电；物体失去电，而形成电的不足部分叫做带负电。严格地说，这种关于电的一元流体理论在今天看来并不正确，但他所使用的正电和负电的术语至今仍被采用。富兰克林还认识到莱顿瓶的贮电作用来自玻璃；他观察到导体的尖端更易于放电等等。他的最著名的实验是风筝实验。早在1794年，他就注意到雷闪与放电有许多相同之处。1752年他在雷雨天气将风筝放入云层，在连接风筝的绳上系一钥匙，手放近钥匙，接受到强烈的电机，从而证明了雷闪就是放电现象。这是一个危险的实验，后来有人重复做同类实验时遭电击身亡。富兰克林还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击。1754年首先由狄维施（Procopius Divisch）实现，这是迄今所知的电的第一个实际应用。
我国古代人民对电磁现象的认识曾有过重要的贡献。春秋战国时期（公元前770-221年），已有“山上有慈（即磁石）者，其下有铜金”,“慈石名铁,或引之也”等磁石吸铁的记载。东汉已有指南针的前身司南勺。比欧洲更早，在北宋时，我国已有利用地磁场进行人工磁化制作指南鱼或用磁石磨针尖制作指南针，并用于航海。晋朝（公元三世纪）还有关于摩擦起电引起放电现象的详细记载，“今人梳头，解著衣，有随梳解结，有光者，亦有咤声”。公元前3世纪，古书《韩非子》记载有司南；《吕氏春秋》记有慈石召铁。公元前2世纪，刘安《前179—前122》著《准南子》，记载用冰作透镜，用反射镜作潜望镜，还提到人造磁铁和磁极斥力等。
1世纪，古书《汉书》记载尖端放电、避雷知识和有关的装置。王充(27—97)著《论衡》，记载有关力学、热学、声学、磁学等方面的物理知识。
2世纪，张衡(78—139)创制地动仪，可以测报地震方位，创制浑天仪。
11世纪，北宋沈括(1031—1095)著《梦溪笔谈》，他的《梦溪笔谈》中载：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”这是关于利用天然磁体进行人工磁化以及地磁偏角的最早记载。“磁偏角”是因为地球上的磁极和南极、北极稍微有一点偏差。指南针的Ｎ极和Ｓ极，沿磁子午线分别指向北磁极和南磁极，磁子午线和地理子午线是不一致的，它们之间存在着一个夹角，科学上叫作“磁偏角”。西方到公元1205年，法国人古约（Guyot de provins）才记载了用同样方法制造指南针，公元1492年意大利人哥伦布（Christopher Columbus）才发现地磁偏角，比沈括晚了４００多年。在《梦溪笔谈》卷24中，沈括描述了指南针的四种使用方法： (1) 水浮法：在盛水的碗里，把指南针放在水面上指示南北方向。 (2) 指甲旋定法：把磁针放在手指甲上轻轻转动来定向。 (3) 碗边旋定法：把磁针放在光滑的碗边轻轻旋转磁针来定向。 (4) 缕悬法：将单股蚕丝线用蜡粘在磁针的中部，悬挂于空中指南。这种悬挂式指南针，需在无风处使用。 根据试验比较，沈括认为这四种方法中，缕悬法最方便使用。因为指甲和碗边上很光滑，指南针容易滑落。而水浮法，受水波动影响，针不容易静止下来。沈括在900年前提出的方法，有的至今仍在使用，如现代的磁变仪、磁力仪的基本结构原理，就是采用了沈括所说的缕悬法原理。而航海中使用的重要仪表罗盘，也大多是根据水浮磁针这一原理设计而成的。公元1119年，北宋朱彧在《萍洲可谈》中第一次记载了指南针用于航海：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”中国是世界上最早应用指南针于航海的国家，有了指南针，才可能有郑和七下西洋的壮举。西方公元1190年英国人纳肯（Alexander Neckam）才有指南针用于航海的记载。如今，中国发明的指南针，已被广泛运用于航空、航海、采矿、探险各个领域。〖原文〗《梦溪笔谈》(卷二十四 杂志一): 方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也，水浮多荡摇。指爪及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬为最善。其法取新纩中独茧缕，以芥子许蜡，缀于针腰，无风处悬之，则针常指南。其中有磨而指北者。余家指南、北者皆有之。磁石之指南，犹柏之指西，莫可原其理。