电磁学发展史

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库仑通过对实验结果的分析与处理，得出电的引 力和斥力都遵守平方反比规律，并于1785年在法国 科学院发表论文，提出著名的库仑定律。 库仑定律的建立使电磁学进入了定量的研究，使 电磁学真正成为一门科学。 类比的研究方法：如果不是与万有引力进行类比， 单靠实验具体数据的积累，严格的库仑定律的形式 将很难得到。由此我们可以看到类比在科学研究中 的作用。
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从定性到定量——库仑定律的发现
（1） 库仑生平(1736-1806) 法国人。 1779年因研究磁石问题获奖励， 1781年因关于摩擦的研究获法国科学院 奖励，同年因论述扭力的论文被选为法 国科学院院士。
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2. 同种电荷的斥力测量——库仑的扭 秤实验 由于金属丝的扭力正比于扭转 角，将扭丝悬挂起来，通过扭转角 的大小即可测量电荷间作用力的大 小，其精度可达万分之一格令， 1785年库仑据此制成电秤，用以测 定电力，叫作库仑扭秤。但对于异 种电荷，由于两球相吸，接触后电 荷中和，无法继续进行实验。
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雷电
在公元前的中国，打雷被认为是神的行为。说是有 五位司雷电的神仙，其长者称为雷祖，雷祖之下是 雷公和电母。打雷就是雷公在天上敲大鼓，闪电就 是电母用两面镜子把光射向下界。
亚里斯多德时代认为雷的发生是由于大地上的水蒸 气上升，形成雷雨云，雷雨云遇到冷空气凝缩而变 成雷雨，同时伴随出现强光。 认为雷是静电而产生的是英国人沃尔，那是1708年 的事。1748年，富兰克林基于同样的认识设计了避 雷针。
1751年，富兰克林发现缝纫针经过莱顿瓶放电后磁化 了。 1774年，德国一家研究机构悬奖征解，题目是：“电 力和磁力是否存在实际和物理的相似性？”
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奥斯特 (Hans Christian Oersted,1777 ～ 1851 年 ) 丹麦物理学家、化学家。
经过大量实验，1820年奥斯特发现通电 导线周围小磁针发生偏转；于1820年7 月21日在法国杂志《化学与物理学年鉴》 上发表了他的研究成果； 电流的磁效应的发现，在当时的科学界中，引起极大的震 惊和重视。奥斯特的这一伟大发现，被作为划时代的一页 载入了史册。 为了纪念他，从1934年起，磁场强度单位命名为奥斯特。
意大利帕维大学教授伏达，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。
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意大利帕维亚大学教授伏达（1745～ 1827）发明了第一个直流电源伏达电池。 电压的单位“伏特”就是以他的名字命 名的。
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。
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安德烈· 玛丽· 安培
（1775年—1836年），法国 物理学家，在电磁作用方面的 研究成就卓著，对数学和化学 也有贡献。电流的国际单位安 培即以其姓氏命名。
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1820年奥斯特发表了关于电流磁效应的报告，这引 起了法国学术界的震动。安培听了奥斯特的实验细节的 报告后，第二天就重复了奥斯特的实验，并且发现了电 流的方向和它的磁场的方向有着一定的规律，可以用右 手来表示它们之间的关系，这就是安培定则或右手螺旋 定则。 安培进一步想，既然电流周围产生了磁作用，假如 把两根通电导线放在一起，那么这两股电流各自产生的 磁场也会相互施加作用力。安培设计了这样的实验，证 实了它们之间存在着相互作用，并且推算出了这种力所 遵循的数学公式，于是一条完整的定律便诞生了，这就 是安培定律。
提出这种主张并付诸实践，在这点上，可以
说吉尔伯特是近代科学研究方法的开创者。
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• 1663年，盖里克发明摩擦起电机;
• 1720年，英国牧师格雷研究了电的传导现象; • 1733年，杜非分别了两种电：松脂电和玻璃电；
• 1746年，富兰克林提出了正电、负电的概念一直 沿用至今。
电这个神奇的精灵总是一闪而逝，与对它好奇， 并热心研究它的人捉迷藏，但它还是没有逃过人 类智慧——终于有一天，人们在莱顿瓶里捉住了 它· · · · · ·
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一、磁与静电
古希腊哲学家泰勒斯
公元前600年前后，泰勒斯看在到当时的希腊 人通过摩擦琥珀吸引羽毛,用磁铁矿石吸引铁 片的现象，曾对其原因进行过一番思考。据说 他的解释是： “万物皆有灵。磁吸铁，故磁 有灵。”这里所说的“磁”就是磁铁矿石。 希腊人把琥珀叫做“elektron”（与英文“电”同音），他 们认为琥珀吸引羽毛是神灵或者魔力的作用。 在以后的2000年中， 静电的研究进展甚少,静磁的研究相 对较多,因为一直没有找到恰当的方式来产生和测量静电.
吉尔伯特在物理学中的贡献是开创了电学 和磁学的近代研究 1600年他发表了一部巨著《论磁》，系统地总结和 阐述了他对磁的研究成果。使他在物理学史上留下了不 朽的位臵； 书中指出地球本身就是一块大磁石，并且详细地阐 述了罗盘的磁倾角问题。
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吉尔伯特对电学方面的研究
认真研究了摩擦琥珀吸引羽毛的现象，指出这种现象 不仅存在于琥珀上，而且存在于硫磺，毛皮，陶瓷，火 漆，纸，丝绸，金属，橡胶等是摩擦起电物质系列。把 这个系列中的两种物质相互摩擦，系列中排在前面的物 质将带正电，排在后面的物质将带负电。
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莱顿瓶
法国人诺莱特在一座巴黎大教堂前邀请了法国路易十 五的皇室成员临场观看：七百名修道士手拉手排成一 行，排头的修道士用手握住莱顿瓶，当莱顿瓶充电后， 让排尾的修道士触摸莱顿瓶的引线。顿时，七百名修 道士几乎同时跳了起来。在场的人目瞪口呆，从而展 示了电的巨大威力。
美国科学家富兰克林利用莱顿瓶收集闪电产生的天电。
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十三世纪前后，欧洲学术复兴，通过实验研 究自然规律蔚然成风。当时通过磁学实验， 发现了磁石有两极，并命名为N极和S极，并 证实了异性磁极相吸，同性磁极相斥。还发 现一根磁针断为两半时，每一半又各自成为 一根独立的小磁针。
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吉尔伯特（1544-1603），英国著名 医学家、物理学家
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奥斯特的发现和牛顿力学的基本原理是相互矛 盾的。在牛顿力学中，自然界的力只能是作用于物 体连线上的吸引或排斥力，即直接推拉性质的“中 心力”。而奥斯特发现的却是一种“旋转力”。他 称之为“螺旋线”，实际上就是关于磁的横向效应 或电流所引起的涡流磁场的直观描述，是“场”的 思想的开端。奥斯特第一个揭示出了电与磁之间的 内在联系，为电流计、电报和发电机的发明制造开 辟了道路，并为电磁场理论的发展奠定了基础。
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欧姆定律 欧姆（1787-1854）：德国人，在傅 立叶的热传导理论的启发下进行的电学研 究。他将付里叶在热学中提出的热流、热 阻，类比电学中的电流、电阻，温度差类 比电势差。认为导线中两点之间的电流也 许正比于这两点间的某种推动力之差（欧 姆称之为电张力）。 通过实验验证，在1826年发现了欧姆定律，使与电流 相关的物理量可以测定和推出。人们为纪念他，将电阻的 单位定为“欧姆”。
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富兰克林（1706-1790）美国人，
科学家和政治家。
天上的电和地电是统一的吗? 1752年7月，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，麻绳的下一端拴丝线， 绳线接触处栓了一把钥匙。同时他还把从 云端“吸取”的电荷收集在莱顿瓶中，并 进行其它实验。
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毕奥-萨伐尔定律 （电生磁的量化）
电流激发磁场的基本规律是电流元激发磁场的 规律，叫做毕奥-萨伐尔定律。它是法国科学家毕 奥(1774～1862)和萨伐尔(1791～1874)在研究长直 导线中电流的磁场对磁极作用力的基础上提出的。
电流元在给定点所产生的磁感应强度的大小与 I d l 成 正比，与到电流元的距离平方成反比，与电流元和矢 径夹角的正弦成正比。
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莱顿瓶
1745年，荷兰莱顿城莱顿大学教授马森 布洛克（Musschenbrock)发现了莱顿瓶， 为贮存电荷找到了一个方法。
莱顿瓶就是一个玻璃瓶，在瓶里和瓶外分 别贴有锡箔。瓶里锡箔通过金属链与金属 棒连接，棒的上端是一个金属球。 莱顿瓶的实质就是一个电容器！ 在物理上第一次有办法获取较多的电荷， 并对其性质进行研究
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现象：麻绳上得纤维向四周自立，犹如“怒发冲冠”， 铜钥匙可以给莱顿瓶充电，与摩擦电性质完全相同。 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。”然而，风险是的确存在的。1753年，俄国 的利赫曼在做大气放电实验时不幸中电身亡，为科学 献身。 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；富兰克林还将 其发现转化为应用——避雷针诞生了。
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3.异种电荷的引力测量——库仑电摆实 验
和单摆类比：由于地球对物体的 作用力反比于两者之间距离的平方， 所以地面上的单摆的摆动周期正比于 摆锤离地心的距离，若电荷间的引力 也遵循距离平方的反比关系，则由带 电体间引力产生的物体的摆动，其摆 动周期T必定也正比于两带电体之间的 距离r，从而设计电摆实验。
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在东方，据《吕氏春秋》一书记载，早在公元前三世 纪就已经具有天然的磁石知识。古人将磁石称为慈石来 形容磁石“以为母也，故能引其子”的功能。 战国时期发明了司南（指南针），用来辨别方向了。 13、14世纪，罗盘在航海中得到了应用。这种罗盘在 1492年哥伦布发现美洲新大陆以及1519年麦哲伦发现环 绕地球一周的航线时发挥了重要的作用。
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三、电生磁
自吉尔伯特开始以来的二百多年，电和磁 一直是毫无关系的两门学科，围绕电与磁寻找 自然现象之间的联系，成为一种潮流。1820年， 奥斯特发现了电流的磁效应，继泰勒斯2400年
之后，建立了电与磁的联系。
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“顿牟缀芥，磁石引针”说明电现象和磁现象的相似性； 电力与磁力都遵守平方反比定律，说明它们有类似的规律。 但电与磁有没有联系呢？ 17世纪初，吉尔伯特断言，他们之间没有因果关系； 库仑也持相同观点。 1731年一名英国商人的一箱新刀在闪电过后带上了磁 性；
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安培最主要的成就是: ①发现了安培定则 提出了磁针转动方向和电流方向的关系及从右 手定则的报告，以后这个定则被命名为安培定则。 ②发现电流的相互作用规律 接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流 导线互相吸引，电流方向相反的两条平行载流导线 互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨 论。 ③发明了电流计 安培还发现，电流在线圈中流动的时候表现出 来的磁性和磁铁相似，创制出第一个螺线管，在这 个基础上发明了探测和量度电流的电流计。
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贾法尼和伏达是朋友，贾法尼相当坚持自己的看法， 伏达的反对意见触使贾法尼更进一步的研究，这一次他 乾脆不用任何金属做导体，剥出一条青蛙腿的神经，一 端缚在另一条腿的肌肉上，另一端和脊髓相接，结果腿 仍然会有抽搐现象，证明了表现在青蛙腿上的电刺激， 可以仅仅来自动物本身，这就是所谓的贾法尼电池、贾 法尼电流。贾法尼创造出动物电，导致电生理学的建立。
发明了第一只验电器。
提出了质量、力等新概念 在《论磁》中，吉尔伯特说，一个均匀磁石的磁力 强度与其质量成正比，这大概是历史上第一次独立于重 量而提到质量，通过“磁力”这一特殊的力，吉尔伯特 揭示了自然界中某种普遍的相互作用。
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当时主要的研究方法就是思考，而吉尔
伯特主张真正的研究应该以实验为基础，他
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二、由静电到“动电”（电流）
贾法尼 （1737-1798）的研究:
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》。他是发现电流的第一人， 但认为是一种动物电。