电磁场与电磁波发展史
电磁场与电磁波的发展历史
电磁场与电磁波的发展历史电磁场是指电荷在空间中所产生的电场和磁场，它们的相互作用就像是一种能量场，对于物理学的发展和应用都有着非常重要的作用。
电磁波是指电磁场在空间中传播的波动，包括无线电波、光波等，它们的应用更是广泛，如无线通信、电子技术、光学等领域。
电磁场和电磁波的发展历史可以追溯到19世纪初。
当时的科学家们仍然相信，光是由于在介质中传播的一种粒子，称为以太。
然而，英国科学家Faraday通过实验发现了电磁感应现象，即磁场产生电势差，而电场产生磁场。
这启示了Maxwell，一个苏格兰科学家，去研究以太，并对电磁场做出了创新性的贡献。
他发现了电磁场的基本方程式，并成功预言了电磁波的存在，他认为电磁波就是以太中的一种波动。
在Maxwell的理论支持下，德国物理学家Hertz于1886年发现了电磁波的存在，并对其进行了系统的研究。
他通过实验证实了Maxwell的理论，并发现了电磁波的传播速度与光速相等，进一步证明了电磁波的本质就是一种光波。
20世纪初，电磁波的应用开始广泛地开展。
无线电通讯成为了一个新领域，Marconi通过无线电波实现了远距离通信。
随后，电子技术也得到了迅猛发展，农用无线电、航空通信等应用也得到了广泛应用。
同时，由于电磁波的各种特性，研究人员在天文学、气象学、地震学等领域也进行了重要的研究和应用。
另一方面，对于电磁场的研究也在不断深入。
20世纪后期，电磁场的理论和实验研究获得了长足的进展，引出了许多新的领域。
比如，与电磁场相关的物理学和数学，包括电磁理论的深入研究、量子场论等等。
此外，电磁场在新材料、生物科学等领域应用现象的研究也正在逐步展开，为电磁场和电磁波的应用开拓了新的方向。
在这个信息化的时代，电磁场与电磁波的重要性日益凸显。
比如，电磁波在通信和信息密集型应用领域扮演着至关重要的角色，而电磁场在新型材料和纳米器件中的应用也将推动科学技术的进一步发展。
随着技术的不断进步，我们可以期待着科学和技术在电磁场和电磁波研究领域的更多新突破。
电磁场与电磁波学科发展历程
电磁场与电磁波学科发展历程一.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。
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。
电磁场与电磁波的历史发展与典型应用论文
电磁场与电磁波理论的发展与应用论文电磁理论如今已经拥有十分完备的体系，并且广泛应用于我们的生活中，大大提高了我们的生活质量。
这并不是某一位科学家的功劳，而是靠着一代代科学家前赴后继，后人站在前人的肩膀上不断探索发现，不断发展的结果。
公元前6,7世纪，人们发现了磁石吸铁，磁石指南以及摩擦生电现象，从此人们对“磁"有了概念,但是也仅仅停留于经验阶段，并没有理论研究。
并且，19世纪以前，人们还是认为，“电"与“磁"是两个不相关的概念。
18实际末期，德国科学家谢林认为，宇宙是由活力的，而不是僵死的。
他认为电就是宇宙的活力，是宇宙的灵魂，磁、光、热是相互联系的。
1777年，法国物理学家库仑发明了能够以非常高的精度测出非常小的力的扭秤，利用扭秤可以算出磁力或者静电力的大小。
1785年,库仑利用自己的扭秤建立了库仑定理，即两个电荷之间的力与两电荷的乘积成正比，与他们之间的距离平方成反比。
库伦定理是电学史上第一个定量规律，他使电学研究从定性阶段进入到了定量阶段，在电学史上是一块重要的里程碑。
1789年，生物学家迦伐尼发现了动物电。
1800年,迦伐尼的好朋友伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流，这个装置后来称为伏打电堆，他还把锌片和铜片放在盛有盐水或稀酸的杯中，放多这样的小杯子中联起来,组成电池。
他指出这种电池"具有取之不尽，用之不完的电”,“不预先充电也能给出电击"。
伏打电堆（电池)的发明，提供了产生恒定电流的电源――化学电源，使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。
从此，电学进入了一个飞速发展的时期――电流和电磁效应的新时期。
直到现在，我们用的干电池就是经过改时后的伏打电池。
干电池中用氯化铵的糊状物代替了盐水，用石墨棒代替了铜板作为电池的正极,而外壳仍然用锌皮作为电池的负极。
人们为了纪念他们的功绩，就把这种电池称为伽伐尼电池或伏打电池，并把电压的单位用"伏特"来命名。
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”。
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。
电磁学发展历程
电磁学发展历程电磁学是研究电场和磁场现象以及它们相互作用的物理学科，其发展历程可以追溯到古代。
以下是电磁学发展的重要里程碑。
古代希腊时期，一些学者发现当琥珀摩擦后能够吸引轻物体。
这一现象被认为是电磁学的起源，被称为静电现象。
16世纪末，英国物理学家吉尔伯特首次系统地研究了磁铁性质，并引入了“电”这个词。
他还发现了地球本身具有磁性，这为后来的航海提供了重要的帮助。
18世纪，法国物理学家居里发现了电流通过一条导线时，会在导线周围产生一个环状的磁场。
这一发现打开了电磁学的新篇章。
19世纪初，丹麦物理学家奥斯特和法国物理学家安培独立发现了法拉第电磁感应现象。
他们发现当一个导体在磁场中移动时，会在导体两端产生电流。
这一现象被称为电磁感应，成为后来电动机和发电机的基础。
1831年，法拉第进一步研究了电磁感应现象，并提出了著名的法拉第电磁感应定律。
根据该定律，导体中的感应电动势与磁场的变化率成正比。
1833年，英国物理学家Фарадей发现在导体中的感应电流产生磁场。
他提出了法拉第电磁旋涡理论，认为磁场线是由电流形成的闭合回路。
19世纪中叶，英国物理学家麦克斯韦提出了电磁场理论，将电场和磁场统一起来。
他发现电磁波是一种通过空间传播的电磁辐射。
这一理论奠定了电磁学的基础，并对后来的无线电通信产生了重大影响。
20世纪初，德国物理学家浦里和卢瑟福发现了电子，并提出了电子运动的动力学方程。
这为电子在电场和磁场中的行为提供了理论基础，对电磁学的发展起到了重要作用。
20世纪后半叶，人们进一步研究电磁场的量子性质，发展了量子电动力学。
这一理论成功解释了电磁相互作用的微观机制，并为现代粒子物理学做出了重要贡献。
近年来，电磁学的应用也得到了广泛发展。
无线电通信、雷达、卫星导航和医疗成像等技术都是基于电磁学原理的。
此外，磁共振成像技术的发展也为医学诊断提供了重要工具。
总的来说，电磁学的发展经历了数百年的演变，从古代的静电现象到现代的量子电动力学，电磁学的理论框架不断完善，应用领域也不断拓展。
专题1：电磁场、电磁波与无线技术的起源、发展及应用概述
➢ 迈克尔.法拉第（1791-1867） 十九世纪最伟大的实验物理学家之一， 同时又是杰出的化学家和自然哲学家，他 在电磁学研究方面的卓越贡献如同伽利略 、牛顿在力学方面的贡献一样，具有划时 代的意义。
➢ 最杰出的工作是电磁感应的发现和场的概 念的提出。
电磁学
电磁学是经典物理学的一部分。
它主要是研究电荷、电流产生电场、磁 场的规律；电场和磁场的相互作用；电 磁场对电荷、电流的作用；以及电磁场 对物质的各种效应等。
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主要内容 一．电磁学发展简史 二．麦克斯韦方程组的漫漫长路 三．电磁场、电磁波的发展及应用简述
电磁学发展简史
一. 磁与静电
电磁场、电磁波与无线技术的起源、 发展及应用概述
华中科技大学 电子信息与通信学院 电子工程系
2016.5.18
我们现在已经知道…
➢ 电与磁密不可分：不断变化的磁场会产生电场，而电流和不 断变化的电场又会产生磁场
➢ 可见光只是很宽的电磁波谱中的一段，其辐射由振荡电场和 磁场构成
这些知识不是凭空冒出来的，来源于几百年电磁学的发展2
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电磁学发展简史
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。
➢ 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。
➢ 奥斯特（1777-1851），丹麦人。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，展示了电与磁之间 存在联系的首个证据。
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电磁学发展简史
➢ 莱顿瓶的发明使物理学第一次有办法得 到很多电荷，并对其性质进行研究。
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。
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。
电磁场理论的发展史
电磁场理论的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往常，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，不易被人同意．也使其进展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的进展．他中学时曾在数学与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（如电力线与场的思想）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“不能同意即时传播的思想”，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，他使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与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与方法．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与力学现象做了类比，认为能够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；三是能够从无产生，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晰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”．他企图阐明电力线与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，寻求这两种不一致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、电与磁的运动，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，论述了电磁现象与流体力学现象的共同性．麦克斯韦正是汲取了W·汤姆逊这种类比方法，把它进展成为研究各类力线的重要工具．比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) 关于瞬变电场，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)说明了电场能够由随时间变化的磁场产生；式(6)说明了磁场能够由运动的电荷产生．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》．麦克斯韦在这篇著作中，突破了法拉弟的电磁观念，制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往常的流体力学模型不一致的、新的电磁以太模型．麦克斯韦按照电磁学与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．而且假如电流仅限于导体，电磁场也就失去了意义．为熟悉决这些矛盾，他根据电磁学与动力学的类比关系与电磁现象的对称性，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．这样位移电流与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，一个变化的电场与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与完善化．为了在电磁场中形象地勾勒出位移电流的形状，务必给它塑造一个模型．麦克斯韦说：“电解质被电流带动在固定方向上的迁移与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可能产生平移；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、传导电流与磁场强度，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著名的论文《电磁场的动力理论》．在这篇论文中，麦克斯韦舍弃了他原先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与电磁现象的统一性，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，而且依靠于相对速度，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与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．位移电流与传导电流一样，也按照毕奥——萨伐尔定律的规律产生磁场．位移电流与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构成的电磁场方程组．麦克斯韦还使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．方程说明，电场与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，称之电磁波．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、电路与磁体中，而根据新的理论，能量则存在于电磁场与这些物体中．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，麦克斯韦就把原先相互独立的电、磁与光都统一起来了，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著作《论电与磁》在这部著作中，麦克斯韦对电磁理论作了全面系统与严密的论述，并从数学上证明了方程组解的唯一性，从而说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年发表的著名论文《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，而且物理量的名称与符号都与现代使用的不一样．经后人加以整理，电磁场的方程得到进一步完善，形成如今称之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．关于各向同性介质来说，有：=εrε0=μrμ0=σ式中εr，μr与σ分别是介质的相对介电常数相对磁导率与电导率．总结麦克斯韦提出的涡旋电场与位移电流假说的核心思想是：变化的磁场能够激发涡旋电场，变化的电场能够激发涡旋磁场；电场与磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发构成一个统一的电磁场。
电磁学发展简史
1729年 4. 1729年，英国的格雷在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， 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。 并且他第一次使人体带电。 5. 1733年,法国杜费,发现电有两种，带相同电的物体互相排 1733年 法国杜费,发现电有两种， 带不同电的物体彼此吸引, 斥，带不同电的物体彼此吸引,所有物体都可摩擦起电 。 6. 1745年，荷兰穆欣布罗克发明能贮电的来顿瓶.莱顿瓶的发 1745年 荷兰穆欣布罗克发明能贮电的来顿瓶. 明为电的进一步研究提供了条件，它对于电知识的传播起到了 明为电的进一步研究提供了条件， 重要的作用。 重要的作用。 1747年 美国富兰克林(1706 1790)提出电荷守恒思想及 (1706— 7. 1747年,美国富兰克林(1706—1790)提出电荷守恒思想及 正电、负电” 的概念,发现尖端放电现象。1752年他通过在雷 “正电、负电” 的概念,发现尖端放电现象。1752年他通过在雷 雨天气将风筝放入云层，来进行雷击实验， 雨天气将风筝放入云层，来进行雷击实验，证明了雷闪就是放电 现象。富兰克林还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击，1754年 现象。富兰克林还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击，1754年 首先由狄维斯实现，这是电的第一个实际应用。 首先由狄维斯实现，这是电的第一个实际应用。富兰克林是著名
1811年泊松把早先力学中拉普拉斯在万有引力定律基础上 14. 1811年泊松把早先力学中拉普拉斯在万有引力定律基础上 发展起来的势能用于静电 发展了静电学的解析理论。 势能用于静电， 发展起来的势能用于静电，发展了静电学的解析理论。 1822年塞贝克进一步发现 将铜线和一根别种金属( 年塞贝克进一步发现， 15. 1822年塞贝克进一步发现，将铜线和一根别种金属(铋)线 连成回路，并维持两个接头的不同温度， 连成回路，并维持两个接头的不同温度，也可获得微弱而持续 的电流，这就是热电效应 热电效应。 的电流，这就是热电效应。 化学电源发明后， 16. 化学电源发明后，很快发现利用它可以作出许多不寻常的事 1800年卡莱尔和尼科尔森用低压电流分解水 年卡莱尔和尼科尔森用低压电流分解水； 情。1800年卡莱尔和尼科尔森用低压电流分解水；同年里特成功 地从水的电解中搜集了两种气体， 地从水的电解中搜集了两种气体，并从硫酸铜溶液中电解出金属 1807年 戴维利用庞大的电池组先后电解得到钾、 铜；1807年，戴维利用庞大的电池组先后电解得到钾、钠、钙、 镁等金属；1811年他用2000个电池组成的电池组制成了碳极电弧 年他用2000个电池组成的电池组制成了碳极电弧； 镁等金属；1811年他用2000个电池组成的电池组制成了碳极电弧； 19世纪50年代起它成为灯塔 剧院等场所使用的强烈光电源， 世纪50年代起它成为灯塔、 从19世纪50年代起它成为灯塔、剧院等场所使用的强烈光电源， 直到70年代才逐渐被爱迪生发明的白炽灯所代替。 70年代才逐渐被爱迪生发明的白炽灯所代替 直到70年代才逐渐被爱迪生发明的白炽灯所代替。此外伏打电池 也促进了电镀的发展，电镀是1839年由西门子等人发明的。 1839年由西门子等人发明的 也促进了电镀的发展，电镀是1839年由西门子等人发明的。 1750年富兰克林已经观察到莱顿瓶放电可使钢针磁化 年富兰克林已经观察到莱顿瓶放电可使钢针磁化， 17. 1750年富兰克林已经观察到莱顿瓶放电可使钢针磁化，甚至 更早在1640 1640年 已有人观察到闪电使罗盘的磁针旋转，但到19 19世 更早在1640年，已有人观察到闪电使罗盘的磁针旋转，但到19世 纪初，科学界仍普遍认为电和磁是两种独立的作用。 纪初，科学界仍普遍认为电和磁是两种独立的作用。
电磁场与电磁波
S
Si
A d S A d S
S
A dS ( A)V AdV
i 1 i V
n
25
EXIT
1.4 矢量场的环量和旋度
一、环量(环流) 矢量 A 沿空间有向闭合曲线L的线积分
L
A dl
EXIT
1.3 矢量场的通量和散度
二、散度 如果包围点P的闭合面S所围区域V以任意方式缩小 为点P 时, 通量与体积之比的极限存在，即
A
S
div A lim
计算公式
S
A dS
P
V
V 0
V
散度(divergence)
Ax Ay Az div A A x y z
A ( B C) B( A C) C( A B)
公式右边为“BAC-CAB”, 故称为“Back -Cab”法则。
18
EXIT
1.1 场的概念与矢量代数运算
矢量乘积的说明
19
EXIT
1.2 标量场的方向导数和梯度
1.1 场的概念与矢量代数运算
一、场的概念 场：物理量在空间的确定分布。 标量场：物理量是一个标量，则 所确定的场称为标量场，用标 量函数表示为 f (M , t ) 、f ( x, y, z, t ) 或者 f (r, t ) 。 矢量场：物理量为矢量，则所确 定的场称为矢量场，用矢量函 数表示为 F (M , t ) 、 F ( x, y, z, t ) 或者 F (r, t ) 。
4
EXIT
富兰克林（美，1706-1790）
电磁场与电磁波电磁学发展史
电磁学发展史
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。
电磁学发展史
吉尔伯特（1544-1603），英国著名 医学家、物理学家
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 的位置； 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。
电磁学发展史
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。
电磁学发展史
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。
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.
电磁学发展史
在东方，中国人民早在公元前2500年前后就已经具有 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。
据《吕氏春秋》一书记载，中国在公元前1000年前后 就已经有的指南针，他们在古代就已经用磁针来辨别方 向了。
电磁场与电磁波发展史
电磁场与电磁波发展史电磁场与电磁波发展史这学期，我们学习了《电磁场与电磁波》这门课程，课程虽已结束，但在学习过程中获得的知识却会让我们每个人受益终身。
每一门学科都有一个发展完善的过程，我将用自己查阅到的资料与自己的理解简单介绍一下电磁场与电磁波的发展史。
电磁学是研究电磁现象的规律的学科，其中，在电磁学里，电磁场（elect--romagneticfield）是一种由带电物体产生的一种物理场；电磁波（electromagneticwave）（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。
关于电磁现象的观察记录，可以追溯到公元前6世纪希腊学者泰勒斯（Thales），他观察到用布摩擦过的琥珀能吸引轻微物体，英文中“电”的语源就来自希腊文“琥珀”一词。
在我国，最早是在公元前4到3世纪战国时期《韩非子》中关于司南（一种用天然磁石做成的指向工具）和《吕氏春秋》中有关“慈石召铁”的记载。
由此可见，电磁现象很早就已经被发现。
然而真正对电磁现象的系统研究则要等到十六世纪以后，并且静电学的研究要晚于静磁学，这是由于难以找到一个能产生稳定静电场的方法，这种情况一直持续到1660年摩擦起电机被发明出来。
十八世纪以前，人们一直采用这类摩擦起电机来产生研究静电场，代表人物如本杰明富兰克林。
人们在这一时期主要了解到了静电力的同性相斥、异性相吸的特性、静电感应现象以及电荷守恒原理。
后来，人们曾将静电力与在当时已享有盛誉的万有引力定律做类比，发现彼此在理论和实验上都有很多相似之处，包括实验观测到带电球壳内部的球体不会带电，这和有质量的球壳内部物体不会受到引力作用（由牛顿在理论上证明，是平方反比力的一个特征）的情形类似。
其间苏格兰物理学家约翰罗比逊（1759年）和英国物理学家亨利卡文迪什（1773年）等人都进行过实验验证了静电力的平方反比律，然而他们的实验却迟迟不为人知。
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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 。
• 19. 随之，俄国的波波夫和意大利的马可尼，利用电磁波 通信获得成功，开创了人类无线通信的新时代。
电磁场与电磁波
第 0章
电磁学漫谈
• 15. 1866年，德国的西门子发明了使用电磁铁的发电机， 为电力工业开辟了道路。 • 16. 1876年，美国贝尔发明了电话，实现了电声通信。 • 17. 1879年，美国发明家爱迪生发明了电灯，使电进入了 人们的日常生活。
• 18. 1887年，德国的物理学家赫兹首次用人工的方法产生 了电磁波。
们研究电学的序幕。电磁场与电磁波Fra bibliotek第 0章
电磁学漫谈
•4. 1753年，俄国著名的电学家利赫曼在验证富兰克林的实 验时，被雷电击中，为科学探索献出了宝贵的生命。 •5. 1638年，在我国的某些建筑学的书籍中就有关于避雷的 记载：屋顶的四角都被雕饰成龙头的形状，仰头、张口，在
它们的舌头上有一根金属芯子，其末端伸到地下，如有雷电