电磁学的发展历史

为了纪念他，国际上从1934年起命名磁场强度的 单位为奥斯特，简称“奥”。
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1820年，毕奥（J. B.Biot， 1774—1862）和萨伐（Felix Savart，1791—1841）关于长直载流导线对磁极作用力 的实验。
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正负电的命名
1747年，富兰克林首先以正电荷、负电荷的名称来 区分两种电荷。
他把摩擦时物体获得的电的多余部分叫做带正电，物 体失去电而不足的部分叫做带负电。这种命名方法一 直延续至今。
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电荷守恒定律
1747年他根据实验提出：在正常条件下电是以一定 的量存在于所有物质中的一种元素；电跟流体一样， 摩擦的作用可以使它从一个物体转移到另一个物体， 但不能创造；
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法拉第是电磁场理论的奠基人，他首先提出了磁力线、电 力线的概念，在电磁感应、电化学、静电感应的研究中进 一步深化和发展了力线思想，并第一次提出场的思想，建 立了电场、磁场的概念。
爱因斯坦曾指出，场的思想是法拉第最富有创造性的思想 ，是自牛顿以来最重要的发现。
麦克斯韦正是继承和发展了法拉第的场的思想，为之找到 了完美的数学表示形式从而建立了电磁场理论。
任何孤立物体的电总量是不变的，这就是通常所说的 电荷守恒定律。
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意义
正、负电的提出，为定量研究电现象提供了基 础，使人们第一次可以用数学来表示带电现象 ，其重要性是显而易见的。
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2.1.3 伏打与伏打电堆
1、伽伐尼电流的发现
1780年，意大利的解剖学家伽伐尼 偶然观察到与金属相接触的蛙腿发 生抽动。
“把数学分析和实验研究联合使用所得到的物理知识，比之一个单纯实验 人员或单纯的数学家能具有的知识更坚实，有益和巩固。” --麦克斯韦
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麦克斯韦电磁场理论
1856年，麦克斯韦发表了第一篇关于电磁理论的论文，题 为：《论法拉第力线》。在这篇论文中，他发展了W.汤 姆生的类比方法。
用麦克斯韦通过类比，明确了两类不同的概念，一类相当 于流体中的力，E和H就是；另一类相当于流体的流量，D 和B属于这一类。 麦克斯韦进一步讨论了这两类量的性质。流量遵从连续性 方程，可以沿曲面积分，而力则应沿线段积分。
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2.1.2 电线与流动的电荷
1、莱顿瓶的发明
马森布罗克
1746年，荷兰莱顿大学的物理学教授马森布罗克（Pieter von Musschenbrock, 1692～1761） 发明了能保存电的莱 顿瓶。
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有趣的实验
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富兰克林与费城实验
在 1752 年 7 月的一个雷雨天富兰克林 做了著名的费城实验：
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化学电源发明
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，并从 硫酸铜溶液中电解出金属铜； 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；
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1811年他用2000个电池组成的电池组制成了碳极电弧 ；
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。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。
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安培定律
1820年7月，安培关于载流螺线管与磁 铁等效性的实验；

安培(Ampé re，1775— 1836)是法国物理学家、 数学家
安培从电流与电流之间的相互作用进行 探讨。 他把磁性归结为电流之间的相互作用，

安培研究电流相互 作用的仪器 28
即两个电流元之间的作用力跟它们之间距离的平方成反比 ，这就是著名的安培定律。 安培定律目前的表达式为：
1831年发现了电磁感应定律。
法拉第对电磁学的贡献不仅是发现了电磁感应，他还发现了光磁效应（也叫法拉第 效应）、电解定律和物质的抗磁性。他在大量实验的基础上创建了力线思想和场的 概念，为麦克斯韦电磁场理论奠定了基础。
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法拉第的实验大体上可以归为两类：

一类实验是磁铁与线圈有相对运动时，线圈中产生了电流； 另一类实验是当一个线圈中电流发生变化时，在它附近的其他线 圈中也产生了电流。法拉第将这些现象与静电感应类比，把这些 现象正式定名为电磁感应。
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2、伏打电堆
1800年3月20日，他制造了第一个能产生持续 电流的化学电池。
其装置为一系列按同样顺序叠起来的银片、锌片和 用盐水浸泡过的硬纸板组成的柱体，叫做伏打电堆。
这是第一个能人为产生稳定、持续电流的 装置，为电流现象的研究提供了物质基础
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伏打的成就受到各界普遍赞赏，科学界用他的姓氏命 名电势，电势差（电压）的单位，为“伏特”（就是 伏打，音译演变的），简称“伏”。
• 风筝上安上一根尖细的铁丝，用来捕捉 电，并用麻绳与这铁丝相连，麻绳的末 端拴一把铜钥匙，钥匙塞在莱顿瓶中间
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富兰克林（Benjamin Franklin，1706—1790年） • 是18世纪美国的实业家、科学家、社会活动 家、思想家和外交家， •美国《独立宣言》和美国宪法的起草人之一。
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丹麦物理学家奥斯特 (Hans Christian Oersted， 1777—1851)
通电导线周围和永磁体周围一样都存在磁场。
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同年7月21日以《关于磁针上电冲突作用的实验》 为题发表了他的发现。
这篇短短的论文使欧洲物理学界产生了极大震动，导 致了大批实验成果的出现，由此开辟了物理学的新领 域──电磁学。
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1827年，安培将他的电磁现象的研究综合在《电动 力学现象的数学理论》一书中 ，这是电磁学史上一 部重要的经典论著，对以后电磁学的发展起了深远的 影响。
为了纪念安培在电学上的杰出贡献，电流的单位安培 是以他的姓氏命名的。
北京邮电大学经济管理学院
第二章 电磁学的发展历史
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目录
2.1 电磁现象的早期研究
2.2 电磁学的建立 2.3 电磁感应现象的发现与研究 2.4 电磁场理论的建立
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2.1 电磁现象的早期研究
2.1.1 静电学的发展
我国东汉时期，王充在《论衡》一书中提到"顿牟掇芥 "等问题，也是说摩擦过的琥珀能吸引轻小物体。 公元前7世纪，古希腊哲学家泰勒斯已经发现用毛织物 摩擦过的琥珀能吸引某些轻小物体。Electricity（电） 这个字的起源就来自希腊文的“琥珀”(elec tron)。
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2.3 电磁感应的发现
2.3.1 1831年 法拉第发现了电磁感应定律
1821年9月他发现通电的导线能绕磁铁旋转以及 磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁运 动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实 验室模型。
法拉第(Michael Faraday 1791--1867)是英国物理 学家、化学家，也是著 名的自学成才的科学家
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18世纪电的研究——电流趣闻
斯蒂芬· 格雷 （Stephen Gray）
第一个让电荷奔跑的人斯蒂芬· 格雷
1729年，斯蒂芬.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。
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最重要的贡献时发现了电的传导现象
• 格雷还做过一个有趣的实验：把一个小孩用几根粗丝绳 水平吊起来，用摩擦过的带电玻璃管接触小孩的胳臂， 孩子的手和身体便能吸引羽毛和铜屑。这表明，人也是 导体。
35 亨利（Joseph Henry， 1797.12.17—1878.5.13） 美 国物理学家
1833年 楞茨定律
法拉第只是定性地用文字表述了电磁感应 现象。1833年楞茨（Lenz）进一步发现楞 茨定律，说明感应电流的方向。1845年才 由纽曼（F.E.Neumann，1798—1895）以 定律的形式提出电磁感应的定量规律。
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法拉第根据大量实验事实总结出了如下定律：
电路中感应电动势的大小，跟穿过这一闭合电路的磁 通变化率成正比。 感应电动势用 表示，即 （负号反映感应电动势的方向 与磁通量变化的关系）
这就是法拉第电磁感应定律。
B
B
E
E
L
L
(a)
(b)
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法拉第电磁感应定律的重要意义：
一方面，依据电磁感应的原理，人们制造出了发电机 ，电能的大规模生产和远距离输送成为可能； 另一方面，电磁感应现象在电工技术、电子技术以及 电磁测量等方面都有广泛的应用。 人类社会从此迈进了电气化时代。
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2.2 电磁学的建立
电磁感应现象的发现，对科学技术的发展意义重大。
它揭示了电与磁相互联系和转变的又一重要性质，推 动了电磁学理论的的发展。
在应用方面，为大规模地利用电能开辟了广阔的道路
闪电可以使罗盘的磁针旋转
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奥斯特实验
在1820年4月发现电流的磁效应：当电流 通过导线时，引起导线近旁的磁针偏转。
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2.4 电磁场理论的建立
2.4.1 1865年麦克斯韦建立电磁场理论
麦克斯韦(James Clerk Maxwell，1831－1879)，英国物理学家，经典电磁理论的 奠基人．1831年8月31日出生于爱丁堡。自幼聪颖，15岁就在爱丁堡皇家学会会刊 上发表了一篇关于二次曲线作图问题的论文，已显露出出众的才华。
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正负电荷的发现
1734年法国人迪费（Charles-Francois du Fay，1696 ～1739）
迪费根据大量的实验事实断定电有两种： 一种是与琥珀带的电性质相同，叫做“琥珀电”； 一种是与玻璃带的电性质相同，叫做“玻璃电”。
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带相同电的物体互相排斥；带不同电的物体彼此吸引

楞次（Heinrich Friedrich Emil Lenz） 是俄国物理学家和地 球物理学家，
它所产生的磁场方向与引起感应的原磁场的变化方向相反
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法拉第的力线思想
法拉第从广泛的实验研究中构想出描绘电磁作用的 “力线”图象。
他认为电荷和磁极周围的空间充满了力线，靠力线（ 包括电力线和磁力线）将电荷（或磁极）联系在一起 。
源自文库
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他认识到电力和磁力是性质不同的两种力。 他第一个将琥珀和毛皮摩擦后吸引轻小物体的性质叫 做“电”。
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1600年，吉尔伯特发表了《论磁、磁体和地球作为 一个巨大的磁体》。
记载了电学方面的研究。
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盖利克和起电机
盖利克 起电机
最早的静电起电机出现在17世纪，O.von.盖利克 利用摇柄使一个硫磺球（后改用玻璃球）迅速旋转 ，用人手（或皮革）与之摩擦起电。 到19世纪，这种摩擦起电机为感应起电机所取代。
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1865年，麦克斯韦发表了关于电磁场理论的第三篇论文：《电 磁场的动力学理论》，用场的观点总结了电磁理论，构建了全 新的理论框架。
麦克斯韦认为变化的磁场在其周围的空间激 发涡旋电场；变化的电场引起媒质电位移的 变化，电位移的变化与电流一样在周围的空 间激发涡旋磁场。
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麦克斯韦明确地用数学公式把它们表示出来，从而得到了 电磁场的普遍方程组——麦克斯韦方程组。 通过对这个方程组的数学运算，麦克斯韦预言了电磁波的 存在，电磁波的传播速度同光速一样。而光不过是波长在 某一范围的电磁波，从而把电、磁和光现象统一了起来。
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1847年汤姆生的类比思想
1847年，W.汤姆生进一步研究了电磁现象与弹性现 象的相似性，在题为《论电力、磁力和伽伐尼力的力 学表征》一文中，以不可压缩流体的流线连续性为基 础，论述了电磁现象和流体力学现象的共性。
W.汤姆生运用类比方法，把法拉第的力线思想转变 为定量的表述，为麦克斯韦的工作提供了十分有益的 经验。
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1832年亨利发现自感现象
1829年，亨利改进电磁铁，他用绝 缘导线密绕在铁芯上，制成了能提起 近一吨重物的强电磁铁。 同年，亨利在用实验证明不同长度的 导线对电磁铁的提举力的影响时，发 现了电流的自感现象：断开通有电流 的长导线可以产生明亮的火花。
1832年，他在发表的论文中宣布发现 了自感现象。
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1600年吉尔伯特与<<磁石论>>
首先对电和磁现象进行系统实验研究的是 英国的威廉· 吉尔伯特 。
英国伊丽莎白女王的御医、英国皇家科学 院物理学家。 主要在电学和磁力学方面有很大贡献。 吉尔伯特的工作是实验和学术知识结合的 典范。
威廉· 吉尔伯特 （William Gilbert， 1544—1603）