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

一、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。

二、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。

法国物理学家库仑（公元1736—1806），起先致力于扭转和摩擦方面的研究。由于发表了有关扭力的论文，于1781年当选为国家科学院院士。他从事研究毛发和金属丝的扭转弹性。1784年法国科学院发出船用罗盘最优结构的悬奖征文，库仑转而研究电力和磁力问题。

1785年库仑自制了一台精巧的扭秤，作了电的斥力实验，建立了著名的库仑定律：两电荷之间的作用力与其距离的平方成反比，和两者所带电量的乘积成正比。

公式：F=k*(q1*q2)/r^2

2、电流磁效应的发现

丹麦物理学家奥斯特（公元1777—1851）首次发现电流磁效应，揭开了电和磁两种现象的内在联系，从此开始了电磁学的真正研究。

1820年4月在一次关于电和磁的讲课快结束时，他抱着试试看的心情做了实验，在一根根细的铂丝导线的下面放一个用玻璃罩罩着的小磁针，用伽伐尼电池将铂丝通电，他发现磁针偏转，这现象虽然未引起听讲人的注意，却使他非常激

动！此后奥斯特花了三个月的时间，连续作了六十多个有关实验，终于在1820年7月发表了题为《电的冲突对磁针的作用的一些实验》的论文，向科学界宣布了“电流的磁效应”。

法国物理学家安培（公元1775－1836）出生于里昂附近一个商人家庭。少年时代就表现出惊人的记忆力和非凡的数学才能，完全靠自学而获得自然科学、哲学、历史和文学等方面的丰富知识。1799年开始一边担任教学工作一边对数学进行系统的研究，1808年担任法国帝国大学总督学，1809年成为巴黎工艺大学数学教授，1814年成为法国科学院院土，1824年担任法兰西学院实验物理学教授，1827年被选为英国皇家学会会员。由于他在电学上的杰出成就，人们用他的名字来命名电流强度的单位。

安培在听了阿拉果的介绍以后，第二天重复了奥斯特的实验，并加以发展。实验进展非常迅速，在短短的二十天内，取得了一系列重大成果，写成三篇论文，在9月18日、9月25日和10月9日的科学院会议上，连续报告了他的重大发现。安培重复作了电流对磁针作用的实验，从中发现磁针转动的方向与电流方向的关系服从右手定则，后人称它为安培右手定则。

安培在假设了两个电流元之间的相互作用力沿着它们的连线和上述四个实验的基础上，总结出了两个电流元之间的作用力正比于它们的长度和电流强度，而与它们之间距离的平方成反比的公式，即提出了著名的安培定律。

他进一步去寻找电磁现象的本质原因，在1821年1月，提出了著名的分子电流假说，认为每个分子的圆形电流形成一个小磁体，当它们在外磁场的作用下呈规则排列时，就使物体呈现出宏观磁性。

3、电磁感应定律及楞次定律

英国实验物理学家法拉第（公元1791－1867），出生于伦敦附近的一个铁匠家庭，因为家庭贫穷，小学没有毕业就到伦敦一家书店当装订书的学徒，利用书店的有利条件，争取空余时间努力学习，他从阅读科学书籍中获得了丰富的知识，尤其是《大英百科全书》和《化学漫谈》这两本书使他收益不浅。

1820年奥斯特实验对法拉第影响很大，从此他开始了电磁方面的研究，他工作了四十年，在电磁学方面的实验研究成果，全部汇总在他的巨著《电学的实验研究》中，此书共三十篇分为三卷分别于1839、1844、1855年出版，此外，法拉第还写了极为详细的日记共8册，其中如实地记录了他的研究设想、计划、

成果和实验经过，记录了他的成功经验和失败的教训。

由于法拉第在研究工作上的成就，于1821年被推选为皇家学院实验室主任；1824年被选为皇家学会的会员；1825年任皇家研究院院长；1846年荣获伦福德奖章和皇家勋章。人们为了纪念他，以他的名字命名了电容的单位。

十九世纪初，欧洲哲学家提出“自然力”之统一的思想。这种思想对法拉第影响很深，使法拉第形成了对物理力的统一性、不可破灭性和可转移性的观念。

从1831年发现电磁感应现象到1851年确立电磁感应定律，历经20年。

德国物理学家楞茨（公元1804—1865）要在获悉法拉第的发现之后，重作了许多实验，于1832年发现感应电动势与线圈的直经，绕组导线的直径和材料都没关系。1833年提出了确定感生电流方向的法则，即“楞茨定律”。这个定律是电磁感应符合能量转换和守恒定律的具体表现。

楞次定律的发现

法拉第不相信超距作用的观点，为了对电、磁现象作出正确的解释，他提出了场的概念和力线的图象。

他用电力线和磁力线来形象地表示电场和磁场的物理图象。力线上任一点的切线方向就是场强的方向，力线密的地方，场强就强；力线疏的地方，场强就弱。场源不变时，力线图也不变，场源变化时。力线也发生变化。