走进电世界-2.ppt(2)

2.2 电流磁效应的研究
2.2.1 奥斯特发现电流的磁效应
• 丹麦哥本哈根大学物理学教授奥斯特 (Hans Christian Oersted,1777～1851) 一直相信电、磁、光、热等现象相互存 在内在的联系。
• 电流的磁效应研究结果：在通电导线的 周围，发生一种“电流冲击”。磁性物 质或磁性粒子受到这些冲击时，阻碍它 穿过，于是就被带动，发生了偏转； “电流冲击”是沿着以导线为轴线的螺 旋线方向传播的。
庭。13岁时辍学，仅读过小学
和初中，通过刻苦自学于1819年考进奥尔贝尼学院， 学习了化学、解剖学和生理学。但毕业后却在该校当 上了一名自然科学和数学讲师。1832年，他应聘任新 泽西学院（现在的普林斯顿大学）的自然哲学教授。 1867年被选为美国国家科学院首任院长。
2.4 电磁场理论的建立
2.4.1 麦克斯韦建立电磁场理论
• 美国：1747年，富兰克林 提出具有两种带电状态的
单一流体来描述电流。后
来发明了避雷针；提出电
荷守恒。
1785年，法国物理学家库仑
(Charles Augustin de Coulomb, 1736-1806) 的研究为电和磁的研究 开辟了新方向。他是磁和电的研究 先驱者，制定了库仑定律。库仑定 律是电学发展史上的第一个定量规 律，它使电学的研究从定性进入定 量阶段，是电学史中的一个重要的 里程碑。库仑是18世纪一位学识渊 博的法国物理学家，也是当时欧洲 最好的工程师之一。他善于设计精 巧的实验，进而取得精确数据，找 出数据变化的规律，揭示运动的基 本法则。
• 1832年，他改进和推广了库仑定律的 公式，并且提出了测量磁强度的实验 方法。他和韦伯合作，建立了电磁学 中的高斯单位制；发明了电磁铁电报 机；绘制出世界第一张地球磁场图。
2.3 电磁感应的发现
2.3.1 法拉第发现电磁感应
• 法拉第(Michael Faraday,1791～1867) 出身英国一个铁匠家庭，从小生长在贫 苦的环境中。迫于生计，9岁时便辍学 到文具店当学徒，后来到一家印书铺当 装订工，这使他有机会接触到各类书籍。
1780年，加法尼(Luigi Galvani, 1737-1798)，意大利生 理学家和内科医生。他从动物组 织对电流的反应开始研究化学作 用而不是静电产生的电流。这种 动物组织与两种不同金属接触所 产生的反应现在称为“电疗”。
1799年，意大利物理学家伏 特(Alessandro1 Guiseppe Antonio Anastasio Volta, 17471827)发明电容器(condenser)； 1800年发明了第一块电池。
2.5.2 有线电话的发明
• 世界上第一台电话机的发明者，是美藉苏格兰人 贝尔
（Alexander Graham Bell，1847～1922）和他的 助手华森。
• 贝尔出生于英国爱丁堡市的一个聋哑教师的家庭， 他的祖父和父亲都是语言学家，自己也选择语言 学为专业。他系统地学习、研究了人的语音规律、 发声机理和声波振动原理等专门知识。开初，他 致力研究一种为聋哑人使用的“可视语言”，他 试图在一种薄膜上复制人的语音震动波，让聋哑 人通过波形曲线“看”出语音来。
2.5 通讯技术的进步
2.5.1 有线电报的发明
• 早期利用烽火、狼烟传递视力信号有许多缺点： 信息量少、中间环节多、受气象条件影响大、传 送距离短、传送速度慢。
• 在通讯领域中利用电信号来传递信息，电报是人 们最早的尝试，大概经历了三个阶段：静电电报、 电化学电报、电磁电报。
• 1753年摩立逊(Morrison) 试图利用26根导线分别代 表26个英文字母，在导线一端用静电起电机供电， 当导线另一端带静电吸动纸片或小球以传递信息。 不过由于静电传送的距离太短、信息传送的效率 低而无法推广使用。
• 1876年3月10日，贝尔和华森又对样 机作了一些改进。在最后测试过程中， 华森在紧闭了门窗的另一房间把耳朵 贴近音箱准备接听。贝尔在最后时刻 因操作不慎把电池中的硫酸溅到自己 身上，于是叫了起来:“华森先生，快 来帮我啊！”没有想到，在受话器另 一端的华森听到了通过电线传来的呼 叫声。通过电话传送的语音而记入史 册。
• 每当他接触到有趣的书籍时就不知疲倦 地读起来，尤其是《大英百科全书》、 《关于化学的谈话》以及有关电的书籍 他最喜欢。繁重的体力劳动，无知和贫 穷，都不能阻挡他对科学的向往。
2.3.2 亨利、楞次对电磁感应的研究
亨利（Joseph Henry，1797～ 1878）美国物理学家和科学组织者， 1797年12月17日出生在纽约州奥尔贝 尼市一个贫苦的苏格兰血统的工人家
走进电世界（2）
武汉大学电气工程学院
2 电磁学理论的建立与通信技术的进步
引言
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。
——爱因斯坦
要点
2-1
人类对电磁现象的早期研究
2-2
电流磁效应的研究
2-3
电磁感应的发现
2-4
电磁场理论的建立
2.2.2 安培奠定电动力学的基础
• 法国数学家、物理学家安培(Andre Marie Ampe， 1775～1836)生于里昂 一个富商家庭。年少时就显示出数学 才能，据说12岁就学会了微积分。他 的父亲给他买了大量图书，让其走自 学的道路。
• 发现了两个载流导体相互作用力的规 律：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。还对两个线圈 之间的吸引和排斥也作了详细分析。
2-5
通信技术的进步
2.1 人类对电磁现象的早期研究
2.1.1 人类对电磁现象的早期观察
• 希腊：2500年前，学者泰勒斯（Thales of Miletus) 纪录下毛皮与琥珀互相摩擦后，毛皮和琥珀吸引轻 小物体的现象。
• 中国：东汉时期，王充（公元27—97年）在《衡论》 中记载“顿牟掇芥，磁石引针” ；东晋时期，郭璞 在《山海经图赞》中解释说“磁石吸铁，玳瑁取芥， 气有潜通，数也亦会”。
2.2.4 高斯对地磁的研究
• 德 国 数 学 家 和 物 理 学 家 高 斯 (Carl Friedrich Gauss，1777～1855) 出生于 德国不伦瑞克的一个贫苦农民家庭。 幼时家境贫苦，受一贵族资助才进入 学校受教育。他18岁进入哥廷根大学 学习，22岁获得博士学位。
• 高斯对电磁学的研究，开始于1830年。
• 在汉墓中出土的司南是 最早应用磁现象的实物。
2.1.2 人类对电磁现象的早期实验研究
• 英国：1600年，吉乐伯特发现天然磁石摩擦铁棒， 能使铁棒磁化; 在他发表的《地磁论》一书中指出， 磁针指南是由于地球本身是一巨个大磁体；他还由 希腊文“琥珀”创造了英文的“电”(electricam) 一词并沿用到1646年，才由布朗根据英语语法将 “electricam”改为“electricity”
2.3 学习完通讯技术的进步内容后，对你有何启示？ 2.4 一项新技术的发明过程有哪两个主要阶段？
Hale Waihona Puke 2.2.3 欧姆定律的发现
• 德国(世居英国的德国侨民)物理学 家欧姆（Geory Simon ohn，1789～ 1854）生于巴伐利亚州的埃尔兰根 平民家庭。
• 他在法国数学家傅里叶的热传导理 论的启发下进行电学研究。傅里叶 用数学方法建立了热传导定律。欧 姆认为电流现象与此类似，猜想导 线中两点间的电流也许正比于两点 间的某种推动力之差。欧姆称这种 力为电张力。这实际上是电压。
• 德国：1663年，物理学家盖利克 研制出摩擦起电的简单机器。
• 英国：1729年，学者格雷发现电可以沿金属导线 传输。
• 法国： 1733年，化学家杜菲发现电有两种：“玻 璃电”和“琥珀电（松香电）”。后来总结出 “同性相斥，异性相吸”的规律。
• 荷兰：1745年，莱顿大学马森布罗克教授研制出 贮电瓶—莱顿瓶。
• 此后，贝尔获得电话发明专利权，并 于1878年成立了贝尔电话公司[美国 电报电话公司（AT&T）前身],其架设 在相距300多公里的波士顿与纽约之 间的第一条电话线路开通。
思考题
2.1 以法拉第和麦克斯韦的研究为例，试说明实验 和数学在科学研究中的作用。
2.2 从电磁学理论的建立到通讯技术的进步，有哪些 科学家分别作出了什么贡献？
• 英国数学家、物理学家麦克斯韦 （James Clerk Maxwell，1831～1879） 生于英国爱丁堡。10岁进入爱丁堡中学 学习，中学期间就在《爱丁堡皇家学会 学报》上发表论文“论椭圆曲线的机械 画法”。
• 16岁进入爱丁堡大学学习物理，19岁转 入剑桥大学研习数学。23岁时以优异成 绩毕业于剑桥大学三一学院数学系并留 校任职。
• 25岁时到阿伯丁的马里沙耳学院任自然 哲学教授。
2.4.2 赫兹发现电磁波
• 德 国 物 理 学 家 赫 兹 （ Heinrich Rudolf Hertz，1857～1894）生于汉堡一个律师 家庭，父亲是犹太人。由于他对自然科 学的浓厚兴趣而建有私人实验室。1875 年毕业于约翰纽姆工科学校，1877年进 慕尼黑工学院，1878年来到柏林大学， 在著名物理学家亥尔姆霍兹（Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz 1821～ 1894）指导下开展研究工作，于1880年 获博士学位后便成为亥尔姆霍兹的助手。 1885年担任卡尔斯鲁高等工业学院物理 学教授。1889年接替克劳休斯任波恩大 学物理学教授。