电磁学的故事

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回到电磁的源头
我们来到十六世纪的年代，寻找第一位对电磁进行系統研究的人，他叫做吉尔伯特（William Gilbert），是近代电磁学的先驱。

有一天他在家里闲着闲着没事，就把磁石磨成球状，然后把一个小磁针放在磁球上，发现磁针会转动。

他还发现把不同的物体互相磨擦后竟会吸引其它较小的物体。

最后他提出电与磁是不相关的看法，然而他的结论真是对的吗
在一七四五年，有一位荷兰莱顿大学教授马森布洛克（Petrus van Musschenbrock），他发明了“莱顿瓶”，实际上就是一个普通的电容器，也是人类第一个储儲电裝置。

为什么要提到他呢因为沒有他的发明就沒有现在的电容器，在电学的发展过程中，这项发明是一个相当重要的关键。

一七○六年美国波士顿城诞生了一位伟人富兰克林（Benjamin Franklin），也是我们耳熟能详的用风筝做实验的奇人，他用莱顿瓶做的第一个重要实验是发现了正电和负电。

在一七五二年七月的某一天，費城下着倾盆大雨，富兰克林与儿子做了举世闻名的电风筝实验，证明了天上的电与与摩擦出来的电是一样的。

隨后他发明了避雷针，让我们避免被雷电击中。

（据说此后有多位科学家为了重复他的实验，都不幸被电死。

）
看到这儿，也许你会觉好像和电沒有很直接的关系，不要急，慢慢来，现在要介紹的这个人，不论是在数学、工程、物理等方面都有很好的成就，只要读过中学的人一定听过他的名字，他就是库伦（Charles Augustus Coulomb）。

一七八五年他用自己设计制造的灵敏扭秤，证实了同性电荷间的斥力与它们之间的距离具有平方反比关系，并把电荷间作用力的关系称为“库伦定律”。

两个男人的战争
前面提到的这些研究成果都属靜电领域，由于莱顿瓶不能稳定且长时间地供电，为了改善这种现象，伏打电池便应运而生，有趣的是，这一重大的科学发现，却是在一个偶然的事件中所引发的，且让我们来看看吧！
有一位意大利生理学家伽伐尼（Luigi Galvani）从事解剖学的研究，有一天在偶然中发现，放在起电机旁的一只已解剖的青蛙，当用外科手术刀触及蛙脚上外露的神经时，蛙脚就剧烈地抽搐，他对这一现象十分惊讶，经过十年的研究，他认为这是一种由动物本身生理现象所产生的电，称为“动物电”。

因此产生了一支新的科学──电生理学的研究，同时也开始帶动电流的研究，促使电池的发明。

伽伐尼的发现，引起了一阵研究旋风和讨论，但有一位名叫伏打（Alessandro Volta）的物理学家却不认同他的观点，他在自己身上做了一个实验，他用舌头舔着一枚金币和一枚银币，然后用导线把硬币连接起来，就在连接的瞬间舌头有发麻的感覺。

这个实验说明了，两种不同的金属接触时会产生电，于是伏打把这种电称为“接触电”，从而引起了“动物电”和“接触电”长达十年的争论，被称为“蛙腿论争”，最后因为伏打做了一个只用金属不用肌肉组织的实验，照样也能产生电流，使得“接触电”的观点占了上风。

后来伏打又制成了能产生持续电流的电源，并称它是“人造发电器”。

这就是最
早的电池，史称“伏打电堆”，也叫“伏打电池”。

在伏打之前，人们只能应用摩擦发电机利用旋转来发电，再将电存放在莱顿瓶中以供使用，这种方式相当麻烦，所得的电量也受限制。

伏打电池的发明改进了这些缺点，使得电的取得变得非常方便。

还记得文章最前面提到吉尔伯特发表电磁不相关的论点吧真的是这样吗
电与磁的亲密关系
一七七七年，一位名叫奧斯特（. Oersted）的人，出生于一个药剂师家庭，后来到德国和法国游学时，在上天造万物必有其关系的哲学洗礼下，他坚信电现象和磁现象有着共同的根源。

一八二○年，奧斯特主持一个电磁的讲座，当天晚上他正在讲课时突然灵感一来：“如果将通电导线与磁针平行排列，磁针会有怎样的反应”结果小磁针会摆动，当改变电流方向时，发现小磁针会向相反方向偏转，此一现象说明了电流方向与磁针转动之间有某种关联，于是在一八二○年七月二十一日向科学界宣布了电流的磁效应。

他证明了电与磁之间是有关系的，也揭开了电磁学的序幕。

后来人们为了纪念他，就把磁场强度的單位以“奧斯特”命名。

于是包括安培（Andre Marie Ampere）在內的法国科学家们如梦方醒，才知道他们错误地信奉了吉尔伯特关于电、磁之间沒有关系的教条。

在听到奧斯特的实验结果之后，这些科学家开始重复奧斯特的实验，并提出了磁针转动方向和电流方向的关系遵从右手定则，这个定则后来被命名为“安培定则”。

此后，安培又做了许多实验，描述两电流元之间的相互作用和两电流元的大小、距离以及方向之间的关系。

后来人们把这个定律称为”安培定律」。

目前所用的电流强度單位──安培就是以他的名字来命名的。

奧斯特和安培的研究工作，揭示了长期以来被认为性质截然不同的电现象和磁现象，二者之间的关联性，在很短的时间內，电磁学便进入了一个崭新的发展时期。

从最早吉尔伯特提出电与磁不相关的理论，一直到奧斯特证明它们之间的息息相关；电既然可以生磁，那就有人想，磁是否也能生电呢这个问題首先被一个人提出同时也证明了，他就是伟大的科学家法拉第（Michael Faraday）。

接下来就让我们来了解一下这个伟大的人物吧！法拉第，一七九一年出生在一个铁匠的家中，由于家境贫穷，他幼年并沒有受到完整的初等教育，在因缘际会之下进入了皇家学院实验室，法拉第的科学生涯也随之展开。

奧斯特的电磁效应论文发表后，法拉第的心中一直存着一个疑问，既然电与磁有密切联系，电能产生磁，那么它的逆效应”磁能产生电”吗一八三一年的某一天，他在公园散步时突然想到，是否反过来利用磁的运动也可以产生电流，于是他急忙回到实验室进行试验，结果试验成功。

把一块磁铁放入金属线圈中时，会使电流流入线圈，拿出磁铁时，电流则反方向流动。

这一现象肯定了一个事实，电流不能无中生有，必需作功才能产生，于是他发现了电磁感应现象，这个现象的发现，奠定了日后电力工业发展的基础。

后来法拉第提出一种全新的概念和物理图像，”力线”及”场”，还提出了电磁波的臆测：电磁作用可以波的形式传播，而光可能是一种电磁波，这些猜测后来被麦克斯韦和赫兹所证实。

后人对法拉第的评价极高，认为他是十九世纪最伟大的实验科学家。

可見电磁波的概念最早是由法拉第所提出，此一概念造就了日后通讯的蓬勃发展。

从电生磁一直到磁生电的实验都一个个得到了证明，但是这些
看似独立的电磁现象，需要有人做个有系统地整理和综合，这个伟人就是麦克斯韦（James Clerk Maxwell）。

电磁理论大廈的整合
麦克斯韦是电磁学的集大成者，他总结法拉第等人的科学成果，建立了完整的电磁理论体系，在物理学的电磁领域上是一次伟大的整合。

麦克斯韦是十九世纪著名的理论物理学家，一八三一年十一月十三日出生于英格兰的愛丁堡，十九岁考进著名的剑桥大学三一学院。

在这里麦克斯韦受到数学家霍普金斯和斯托克斯的悉心指导，打下了扎实的数学基础。

麦克斯韦在一八五四年自剑桥毕业后就开始了电磁学的研究，他详细研究了法拉第的著作，对法拉第的实验报告和笔记都十分熟悉。

由于法拉第基本上是一位纯粹的实验物理学大师，不懂数学，无法用精确的数学语言表述他的物理思想，而数学恰好是麦克斯韦的专长，于是麦克斯韦选择用数学当作翻译的工具，来表达法拉第的物理思想。

他细心研究了法拉第提出的”力线”概念，在一八五五年发表了第一篇论文《法拉第的力线》，这篇论文用严格的数学方式说明了法拉第的力线，受到当时即将退休的法拉第极大的鼓励。

一八六二年麦克斯韦又发表了第二篇电磁研究的论文《物理力线》，不但进一步论述了法拉第的思想，而且得出了新的结论：电场变化时，也会感应出磁场。

这与法拉第的电感定律相辅相成，合称”电磁交感”。

他并且运用数学上的向量分析方法，写下了著名的”麦克斯韦方程组”，不但完整且精确地描述了所有已知的电磁场现象，而且还有一些新的”预言”，其中最为重要的就是”电磁波”。

日后只要是有关电磁学或电磁波的领域，一定会提到”麦克斯韦方程组”。

足见他在这一方面的贡献，可惜英年早逝，享年仅48岁。

无线通讯的诞生
一八八七年，麦克斯韦逝世后八年，他所预言的电磁波被德国物理学家赫兹（Heinrich R. Hertz）证实。

赫兹是一位基督徒，生于一八五七年二月二十二日，父亲是犹太人。

他在一八八六∼一八八八年间，做了一系列的实验，不但证明电磁波的存在，发现它与光有相同的速度，同时有反射、折射等现象，而且对电磁波的波长、频率做了定量的测定。

此外，他也同时发展出电磁波发射、接收的方法，可以称得上是无线通讯的始祖。

他一生对电磁波物理学的发展作出了不少重要的贡献，在当今的生活中，我们绝对离不开广播与电视，而广播与电视只是无线电波应用在日常生活中的诸多实例之一而已，后人为了纪念这位伟大的科学家，把频率单位命名为”赫兹”。

说到这里，相信大家对整个电磁学的发展及电磁波帶来无线通讯的便利，所扮演的重要角色，有一个基本的概念了吧，每一个理论的发展历程都是彼此紧密相扣不可分割的，这些理论或实验的结果绝对不是凭空掉下来的，而是一群分布在世界各个角落默默努力付出的科学家，用其一生的精力与聪明才智，才能为世界帶来奇迹和光明，更帶给全人类一分对未来的希望。

我们除了珍惜身边已拥有的一切，也更能深深体会”人因梦想而伟大”这句话的含义！。