电磁场与电磁波(第四版)电磁学发展史教学提纲

1、电磁学发展史电磁学发展史电磁学发展史电磁学发展史第一页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史一、磁与静电一、磁与静电(jngdin)(jngdin)古希腊哲学家泰勒斯古希腊哲学家泰勒斯l 公元前公元前600600年前后，泰勒斯看在到当时的希腊人通过年前后，泰勒斯看在到当时的希腊人通过摩擦琥珀吸引羽毛摩擦琥珀吸引羽毛, ,用磁铁矿石吸引铁片用磁铁矿石吸引铁片(ti pin)(ti pin)的现象，曾对其原因进行过一番思考。据说他的解的现象，曾对其原因进行过一番思考。据说他的解释是：释是： “ “万物皆有灵。磁吸铁，故磁有灵。万物皆有灵。磁吸铁，故磁有灵。”这里这里所说的所说的“磁磁”就是磁铁矿石。

2、就是磁铁矿石。l 希腊人把琥珀叫做希腊人把琥珀叫做“elektron”elektron”（与英文（与英文“电电”同音），他同音），他们认为琥珀吸引羽毛是神灵或者魔力的作用。们认为琥珀吸引羽毛是神灵或者魔力的作用。l 在以后的在以后的20002000年中，年中， 静电的研究进展甚少静电的研究进展甚少, ,静磁的研究相对静磁的研究相对(xingdu)(xingdu)较多较多, ,因为一直没有找到恰当的方式来产生和测量因为一直没有找到恰当的方式来产生和测量静电静电. .第二页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史l 在东方，中国人民早在公元前在东方，中国人民早在公元前2500年前后年前后(qinhu)

3、就已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，故能引其子以为母也，故能引其子”的功能。的功能。l 据据吕氏春秋吕氏春秋一书记载，中国在公元前一书记载，中国在公元前1000年前后年前后(qinhu)就已经有的指南针，他们在古代就已经用磁针来就已经有的指南针，他们在古代就已经用磁针来辨别方向了。辨别方向了。l 13、14世纪，罗盘在航海中得到了应用。这种罗盘在世纪，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年哥伦布发现美洲新大陆以及1519年麦哲伦发现环绕地球年麦哲伦发现环绕地球一周的航线时发挥了重

4、要的作用。一周的航线时发挥了重要的作用。第三页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史l十三世纪前后，欧洲学术复兴，通过实验研十三世纪前后，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，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，并命名为发现了磁石有两极，并命名为N N极和极和S S极，并极，并证实了异性磁极相吸，同性磁极相斥。还发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，每一半又各自现一根磁针断为两半时，每一半又各自(gz)(gz)成为一根独立的小磁针。成为一根独立的小磁针。第四页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史吉尔伯特（吉尔伯特（1544-16

5、031544-1603），英国著名），英国著名(zhmng)(zhmng)医学家、物理学家医学家、物理学家l 吉尔伯特在物理学中的贡献是开创了电学和磁学吉尔伯特在物理学中的贡献是开创了电学和磁学的近代的近代(jndi)(jndi)研究研究 1600 1600年他发表了一部巨著年他发表了一部巨著论磁论磁，系统地总结和阐述了他，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；对磁的研究成果。使他在物理学史上留下了不朽的位置； 书中指出书中指出(zh ch)(zh ch)地球本身就是一块大磁石，并且详细地阐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。述了罗盘的磁倾

6、角问题。第五页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史l 吉尔伯特对电学方面的研究吉尔伯特对电学方面的研究l 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，金于琥珀上，而且存在于硫磺，毛皮，陶瓷，火漆，纸，丝绸，金属，橡胶属，橡胶(xingjio)(xingjio)等是摩擦起电物质系列。把这个系列中的两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。物质将带负电。l 发

7、明了第一只验电器。发明了第一只验电器。l 提出了质量、力等新概念提出了质量、力等新概念l 在在论磁论磁中，吉尔伯特说，一个均匀磁石的磁力强度与其中，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质量成正比，这大概是历史上第一次独立于重量(zhngling)(zhngling)而提到质量，通过而提到质量，通过“磁力磁力”这一特殊的力，吉尔伯特揭示了自这一特殊的力，吉尔伯特揭示了自然界中某种普遍的相互作用。然界中某种普遍的相互作用。 第六页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 当时主要的研究方法就是思考，而吉尔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

8、该以实验为基础，他伯特主张真正的研究应该以实验为基础，他提出提出(t ch)这种主张并付诸实践，在这点上，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可以说吉尔伯特是近代科学研究方法的开创者。者。第七页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 16631663年，盖里克发明摩擦起电机年，盖里克发明摩擦起电机; ; 17201720年，英国牧师格雷研究了电的传导现象年，英国牧师格雷研究了电的传导现象; ; 17331733年，杜非分别了两种电：松脂电和玻璃电；年，杜非分别了两种电：松脂电和玻璃电； 17461746年，富兰克林提出了正电、负电的概念一直沿用至年，富兰克林提出了

9、正电、负电的概念一直沿用至今。今。 电这个神奇的精灵总是一闪而逝，与对它好奇电这个神奇的精灵总是一闪而逝，与对它好奇(ho (ho q)q)，并热心研究它的人捉迷藏，但它还是没有逃过人，并热心研究它的人捉迷藏，但它还是没有逃过人类智慧类智慧终于有一天，人们在莱顿瓶里捉住了终于有一天，人们在莱顿瓶里捉住了它它第八页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史莱顿瓶莱顿瓶 17451745年，荷兰莱顿城莱顿大学教授马年，荷兰莱顿城莱顿大学教授马森布洛克（森布洛克（Musschenbrock)Musschenbrock)发现了莱发现了莱顿瓶，为贮存电荷找到了一个方法。顿瓶，为贮存电荷找到了一个方法。莱顿瓶就

10、是一个玻璃瓶，在瓶里和瓶外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与金属棒连接，棒的上端是一个金属球。球。莱顿瓶的实质就是一个电容器！莱顿瓶的实质就是一个电容器！在物理在物理(wl)(wl)上第一次有办法获取较多上第一次有办法获取较多的电荷，并对其性质进行研究的电荷，并对其性质进行研究第九页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史莱顿瓶莱顿瓶法国人诺莱特在一座巴黎大教堂前邀请了法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，

11、排头的修道士用修道士手拉手排成一行，排头的修道士用手握住莱顿瓶，当莱顿瓶充电手握住莱顿瓶，当莱顿瓶充电(chng din)(chng din)后，让排尾的修道士触摸莱顿瓶的引线。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。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在场的人目瞪口呆，从而展示了电的巨大威力。威力。美国科学家富兰克林利用莱顿瓶收集闪电产美国科学家富兰克林利用莱顿瓶收集闪电产生的天电。生的天电。第十页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史雷电雷电 在公元前的中国，打雷被认为是神的行为。说是在公元前的中国，打雷被认为是神的行为。说

12、是有五位司雷电的神仙有五位司雷电的神仙(shn xin)(shn xin)，其长者称为，其长者称为雷祖，雷祖之下是雷公和电母。打雷就是雷公雷祖，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在天上敲大鼓，闪电就是电母用两面镜子把光射向下界。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。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，那是认为雷是静电而产生的是英国人沃尔，那是17081708年

13、的事。年的事。17481748年，富兰克林基于同样的认识设年，富兰克林基于同样的认识设计了避雷针。计了避雷针。 第十一页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 富兰克林（富兰克林（1706-17901706-1790）美国）美国(mi (mi u)u)人，人，科学家和政治家。科学家和政治家。天上的电和地电是统一的吗天上的电和地电是统一的吗? ? 17521752年年7 7月，一个月，一个(y )(y )电闪雷鸣的上午，电闪雷鸣的上午，他将一个他将一个(y )(y )风筝放到空中，风筝下有风筝放到空中，风筝下有一根铁丝，铁丝下栓一根麻绳，麻绳的下一一根铁丝，铁丝下栓一根麻绳，麻绳的下一端拴丝线，绳

14、线接触处栓了一把钥匙。同时端拴丝线，绳线接触处栓了一把钥匙。同时他还把从云端他还把从云端“吸取吸取”的电荷收集在莱顿瓶的电荷收集在莱顿瓶中，并进行其它实验。中，并进行其它实验。第十二页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 现象：麻绳上得纤维向四周自立，犹如现象：麻绳上得纤维向四周自立，犹如“怒发冲冠怒发冲冠”，铜钥，铜钥匙可以给莱顿瓶充电，与摩擦电性质完全相同。匙可以给莱顿瓶充电，与摩擦电性质完全相同。 小插曲：为了验证小插曲：为了验证“地电地电”与与“天电天电”的相同处，富兰克林的相同处，富兰克林想到雷可以击死动物，于是想到雷可以击死动物，于是(ysh)(ysh)他就实验用他就实验用“地电地

15、电”去击去击杀火鸡，结果被电打昏了。苏醒后，却不介意地说：杀火鸡，结果被电打昏了。苏醒后，却不介意地说：“我本我本想用电杀死一只火鸡，结果差点电死了一个傻瓜。想用电杀死一只火鸡，结果差点电死了一个傻瓜。”然而，然而，风险是的确存在的。风险是的确存在的。17531753年，俄国的利赫曼在做大气放电实年，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。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，统一了富兰克林的工作，揭开了雷电的奥秘，统一了“天电天电”和和“地电地电”，震惊了科学界；富兰克林还将其发现转化为应，震惊了科学界；富兰克林还将其发现转化为应用用避雷针诞生了。

16、避雷针诞生了。 第十三页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史从定性到定量从定性到定量库仑定律的发现库仑定律的发现 （1 1） 库仑生平库仑生平(1736-1806)(1736-1806) 法国人。法国人。 17791779年因研究磁石问题获奖励年因研究磁石问题获奖励(jingl)(jingl)，17811781年因关于摩擦的研年因关于摩擦的研究获法国科学院奖励究获法国科学院奖励(jingl)(jingl)，同，同年因论述扭力的论文被选为法国科年因论述扭力的论文被选为法国科学院院士。学院院士。第十四页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史2. 2. 同种电荷的斥力测量同种电荷的斥力测量库仑的扭秤实

17、库仑的扭秤实验验 由于金属丝的扭力正比由于金属丝的扭力正比(zhngb)(zhngb)于于扭转角，将扭丝悬挂起来，通过扭转角扭转角，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，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，其精度可达万分之一格令，17851785年库仑年库仑据此制成电秤，用以测定电力，叫作库据此制成电秤，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，无法继续进行实吸，接触后电荷中和，无法继续进行实验。验。第十五页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史3.3.异种电荷的引力测量异种电荷的引力测

18、量库仑电摆实验库仑电摆实验 和单摆类比：由于地球对物体的作和单摆类比：由于地球对物体的作用力反比于两者之间距离的平方，所以用力反比于两者之间距离的平方，所以(suy)(suy)地面上的单摆的摆动周期正比于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，其摆动周期间引力产生的物体的摆动，其摆动周期T T必定也正比于两带电体之间的距离必定也正比于两带电体之间的距离r r，从，从而设计电摆实验。而设计电摆实验。第十六页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 库仑通

19、过对实验结果的分析与处理，得出电的引力和斥力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，并于都遵守平方反比规律，并于17851785年在法国科学院发表论文，年在法国科学院发表论文，提出著名的库仑定律。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，使电磁学真正正(zhnzhng)(zhnzhng)成为一门科学。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。由验具体数据的积累，严格的库仑定

20、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。此我们可以看到类比在科学研究中的作用。 第十七页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 贾法尼贾法尼 （1737-17981737-1798）的研究）的研究: : 意大利人，解剖学教授。意大利人，解剖学教授。17801780年他与学生解剖青蛙，发现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。铁梁横挑，蛙腿也会痉挛。17911791年发表了论文年发表了论文论肌肉运动中论肌肉运动中的电力的电力(dinl)(dinl)。他是发现电流

21、的第一人，但认为是一种动。他是发现电流的第一人，但认为是一种动物电。物电。 意大利帕维大学教授伏达，否定了伽伐尼动物说。他认为，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。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。 二、由静电二、由静电(jngdin)到到“动电动电”（电流）（电流）第十八页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 意大利帕维亚大学教授伏达（意大利帕维亚大学教授伏达（1745174518271827）发明了第一个直流电源伏达电池。电压的单发明了第一个直流电源伏达电池。电压的单位位“伏特伏特”就是就是(ji

22、sh)(jish)以他的名字命名的。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电走向动电，为人们研究电流的各种效应(xioyng)(xioyng)提供了提供了条件。从此电学进入了飞速发展时期。条件。从此电学进入了飞速发展时期。第十九页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 贾法尼和伏达是朋友，贾法尼相当坚持自己的看法，伏达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

23、体，剥出一条何金属做导体，剥出一条(y tio)(y tio)青蛙腿的神经，一端缚在青蛙腿的神经，一端缚在另一条另一条(y tio)(y tio)腿的肌肉上，另一端和脊髓相接，结果腿仍腿的肌肉上，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。尼创造出动物电，导致电生理学的建立。第二十页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 欧姆定律欧姆定律 欧姆（欧姆（1787-18

24、541787-1854）：德国人，在傅立）：德国人，在傅立叶的热传导理论的启发下进行的电学研究。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他将付里叶在热学中提出(t ch)(t ch)的热流、的热流、热阻，类比电学中的电流、电阻，温度差热阻，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）。（欧姆称之为电张力）。 通过实验验证，在通过实验验证，在18261826年发现了欧姆定律，使与电流相年发现了欧姆定律，使与电流相关的物理量可以测定和

25、推出。人们关的物理量可以测定和推出。人们(rn men)(rn men)为纪念他，将电为纪念他，将电阻的单位定为阻的单位定为“欧姆欧姆”。 第二十一页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史三、电生磁三、电生磁 自吉尔伯特开始以来的二百多年，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，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围绕电与磁寻找自然现象之间的联系，成为一种系，成为一种(y zhn)(y zhn)潮流。潮流。18201820年，奥斯特发现了电流的磁效年，奥斯特发现了电流的磁效应，继泰勒斯应，继泰勒斯24002400年之后，建立了年之后，建立了电与磁的

26、联系。电与磁的联系。 第二十二页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 “ “顿牟缀芥，磁石顿牟缀芥，磁石(csh)(csh)引针引针”说明电现象和磁现象的相似性；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？磁有没有联系呢？ 1717世纪初，吉尔伯特断言，他们之间没有因果关系；库仑也持相世纪初，吉尔伯特断言，他们之间没有因果关系；库仑也持相同观点。同观点。 17311731年一名英国商人的一箱新刀在闪电过后带上了磁性；年一名英国商人的一箱新刀在闪电过后带上了磁性； 17511751

27、年，富兰克林发现缝纫针经过莱顿瓶放电后磁化了。年，富兰克林发现缝纫针经过莱顿瓶放电后磁化了。 17741774年，德国一家研究机构悬奖征解，题目是：年，德国一家研究机构悬奖征解，题目是：“电力和磁力电力和磁力是否存在实际和物理的相似性？是否存在实际和物理的相似性？” ” 第二十三页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史奥斯特奥斯特 (Hans Christian (Hans Christian Oersted,1777 Oersted,1777 1851 1851 年年 ) ) 丹麦丹麦(dn mi)(dn mi)物理学家、化学家。物理学家、化学家。l 经过大量实验，经过大量实验，1820182

28、0年奥斯特发现通电导年奥斯特发现通电导线周围小磁针发生线周围小磁针发生(fshng)(fshng)偏转；于偏转；于18201820年年7 7月月2121日在法国杂志日在法国杂志化学与物理化学与物理学年鉴学年鉴上发表了他的研究成果；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。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。奥斯特的这一伟大奥斯特的这一伟大(wid)(wid)发现，被作为划时代的一页载入了史发现，被作为划时代的一页载入了史册。册。为了纪念他，从为了纪念他，从19341934年起，磁场强度单位命名为奥斯特。年起，磁场强度单位命名为奥斯

29、特。第二十四页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 奥斯特的发现和牛顿力学的基本原理是相互矛盾的。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，即直接推拉性质的吸引或排斥力，即直接推拉性质的“中心力中心力”。而奥斯。而奥斯特发现的却是一种特发现的却是一种“旋转力旋转力”。他称之为。他称之为“螺旋线螺旋线”，实际上就是关于磁的横向效应或电流所引起的涡流实际上就是关于磁的横向效应或电流所引起的涡流(wli)(wli)磁场的直观描述，是磁场的直观描述，是“场场”的思想的开端。奥的思想的开端。

30、奥斯特第一个揭示出了电与磁之间的内在联系，为电流计、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。的发展奠定了基础。 第二十五页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 （电生磁的量化）（电生磁的量化） 电流激发磁场的基本规律是电电流激发磁场的基本规律是电流元激发磁场的规律，叫做毕奥流元激发磁场的规律，叫做毕奥-萨萨伐尔定律。它是法国科学家毕奥伐尔定律。它是法国科学家毕奥(17741862)和萨伐尔和萨伐尔(17911874)在研究长直导线在研究长直导

31、线(doxin)中电流的中电流的磁场对磁极作用力的基础上提出的。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电流元在给定点所产生的磁感应强度(qingd)(qingd)的大小与的大小与 成正比，与到电流元的距离平方成反比，与电流元和矢成正比，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。径夹角的正弦成正比。 lId第二十六页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史安德烈安德烈玛丽玛丽安培安培 （17751775年年18361836年），法国物年），法国物理学家，在电磁作用方面的研究理学家，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和化学也有贡成就卓著，对数学和化学也有

32、贡献献(gngxin)(gngxin)。电流的国际单位。电流的国际单位安培即以其姓氏命名。安培即以其姓氏命名。第二十七页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 1820 1820年奥斯特发表了关于电流磁效应的报告，这引起了法国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，这就是安有着一定的规律，可以用右手来表示它们之间的关系，

33、这就是安培定则或右手螺旋定则。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律(dngl)(dngl)便诞生了，这就是安培定律便诞生了，这就是安培定律(dngl)(dngl)。 第二

34、十八页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史安培最主要的成就安培最主要的成就(chngji)(chngji)是是: :发现了安培定则发现了安培定则 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。的报告，以后这个定则被命名为安培定则。发现电流的相互作用规律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。两个线圈之间

35、的吸引和排斥也作了讨论。发明了电流计发明了电流计 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。了探测和量度电流的电流计。 第二十九页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史提出分子电流假说提出分子电流假说 他提出了著名的分子电流假说。安培他提出了著名的分子电流假说。安培(npi)(npi)认为构认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流成磁体的分子内部存在一种环形电流分子电流。分子电流。总结了电流元之间的作用规律总结了电流元之间的

36、作用规律安培定律安培定律 安培运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用安培运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律，描述力的定律，描述(mio sh)(mio sh)两电流元之间的相互作用两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这定律称为安培定律。后来人们把这定律称为安培定律。安培第一个把研究动电的理论称为安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学电动力学”，18271827年安培将他的电磁现象的研究综合在年安培将他的电磁现象的研究综合在电动力学现象电动力学现象的数学理论的数学理论一书中。这是电磁学史上一部重

37、要的经一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著。典论著。 第三十页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 他在数学和化学方面他在数学和化学方面(fngmin)(fngmin)也有不少贡也有不少贡献。他曾研究过概率论和积分偏微方程；他几乎献。他曾研究过概率论和积分偏微方程；他几乎与与H.H.戴维同时认识元素氯和碘，导出过阿伏伽德戴维同时认识元素氯和碘，导出过阿伏伽德罗定律，论证过恒温下体积和压强之间的关系，罗定律，论证过恒温下体积和压强之间的关系，还试图寻找各种元素的分类和排列顺序关系。还试图寻找各种元素的分类和排列顺序关系。 第三十一页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史四、磁生电四、磁生电 运

38、动运动(yndng)(yndng)电荷（电流）电荷（电流）周围存在磁场，而电和磁又是有相周围存在磁场，而电和磁又是有相互联系的，那么磁场是否可以产生互联系的，那么磁场是否可以产生电场呢？电场呢？ 在法拉第工作的前后，还有在法拉第工作的前后，还有不少物理学家热衷于该问题（电磁不少物理学家热衷于该问题（电磁感应）的研究感应）的研究第三十二页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史l 瑞士物理学家科拉顿在瑞士物理学家科拉顿在18251825年曾用一块磁铁在螺线管中移年曾用一块磁铁在螺线管中移动，观察线圈中是否有感生电流产生。为了排除磁铁对灵动，观察线圈中是否有感生电流产生。为了排除磁铁对灵敏电流计的影响

39、敏电流计的影响(yngxing)(yngxing)，他把很长的导线把连接于，他把很长的导线把连接于螺线管的电流计放在另一个房间，他在两个房间跑来跑去螺线管的电流计放在另一个房间，他在两个房间跑来跑去进行实验和观察，因此未能观察到磁电感应现象。他同样进行实验和观察，因此未能观察到磁电感应现象。他同样没想到效应的暂态性。没想到效应的暂态性。l 18301830年，美国物理学家亨利曾先于法拉第发现电磁感应现年，美国物理学家亨利曾先于法拉第发现电磁感应现象，但他没有立即发表实验结果；象，但他没有立即发表实验结果；l 18321832年，俄国物理学家楞次受法拉第启发，开始做这方面年，俄国物理学家楞次受法

40、拉第启发，开始做这方面的研究，并发现了感应电流方向的规律。的研究，并发现了感应电流方向的规律。第三十三页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 戴维（戴维（1778182717781827） 戴维先后戴维先后(xinhu)(xinhu)在电化学、在电化学、建立酸的氢学说、发现碘元素、发建立酸的氢学说、发现碘元素、发明矿用安全灯、创制电弧灯等方面明矿用安全灯、创制电弧灯等方面作出贡献；作出贡献；13031303年他被选为英国皇年他被选为英国皇家学会会员，家学会会员，18071807年出任皇家学会年出任皇家学会秘书，秘书， 18201820年被选为皇家学会会年被选为皇家学会会长。长。 -发现与培养法

41、拉第的发现与培养法拉第的“伯乐伯乐”第三十四页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 迈克尔迈克尔法拉第法拉第(1791-1867)(1791-1867) 十九世纪最伟大的实验物理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，他在电磁学研家和自然哲学家，他在电磁学研究方面究方面(fngmin)(fngmin)的卓越贡献如的卓越贡献如同伽利略、牛顿在力学方面同伽利略、牛顿在力学方面(fngmin)(fngmin)的贡献一样，具有划的贡献一样，具有划时代的意义。时代的意义。第三十五页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史l 出身贫寒，自学成才！出身贫寒

42、，自学成才！l 18151815年后在皇家学院工作，长达年后在皇家学院工作，长达5050余年。他的工作异常勤奋，研究余年。他的工作异常勤奋，研究领域十分广泛。领域十分广泛。l 1818181818231823年研制合金钢期间，首创金相分析方法。年研制合金钢期间，首创金相分析方法。l 18231823年从事气体液化工作，标志着人类系统进行气体液化工作的开年从事气体液化工作，标志着人类系统进行气体液化工作的开始。采用低温加压方法，液化了氯化氢、硫化氢、二氧化硫、氢等。始。采用低温加压方法，液化了氯化氢、硫化氢、二氧化硫、氢等。l 18241824年起研制光学玻璃，这次研究导致在年起研制光学玻璃，这

43、次研究导致在18451845年利用自己年利用自己(zj)(zj)研研制出的一种重玻璃（硅酸硼铅），发现磁致旋光效应。制出的一种重玻璃（硅酸硼铅），发现磁致旋光效应。l 18251825年在把鲸油和鳝油制成的燃气分馏中发现苯。年在把鲸油和鳝油制成的燃气分馏中发现苯。l 最杰出的工作是电磁感应的发现和场的概念的提出。最杰出的工作是电磁感应的发现和场的概念的提出。第三十六页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史电磁感应的发现：电磁感应的发现： 通过奥斯特实验，法拉第认为电与磁是一对和谐的对称现象。通过奥斯特实验，法拉第认为电与磁是一对和谐的对称现象。既然电能生磁，他坚信磁亦能生电。经过既然电能生磁，他

44、坚信磁亦能生电。经过1010年探索，历经多年探索，历经多次失败后，次失败后，18311831年年8 8月月2626日终于获得成功。这次日终于获得成功。这次(zh c)(zh c)实验实验因为是用伏打电池在给一组线圈通电（或断电）的瞬间，在因为是用伏打电池在给一组线圈通电（或断电）的瞬间，在另一组线圈获得的感生电流，他称之为另一组线圈获得的感生电流，他称之为“伏打电感应伏打电感应”。 同年同年1010月月1717日完成了在磁体与闭合线圈相对运动时在闭合线日完成了在磁体与闭合线圈相对运动时在闭合线圈中激发电流的实验，他称之为圈中激发电流的实验，他称之为“磁电感应磁电感应”。 经过大量实验后，他终于

45、实现了经过大量实验后，他终于实现了“磁生电磁生电”的夙愿，宣告了电的夙愿，宣告了电气时代的到来。气时代的到来。第三十七页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 作为作为1919世纪伟大实验物理学家的法拉第。他并不满足于现世纪伟大实验物理学家的法拉第。他并不满足于现象的发现，还力求象的发现，还力求(lqi)(lqi)探索现象后面隐藏着的本质；他探索现象后面隐藏着的本质；他既十分重视实验研究，又格外重视理论思维的作用。既十分重视实验研究，又格外重视理论思维的作用。 法拉第已经孕育着电磁波的存在以及光是一种电磁振动的法拉第已经孕育着电磁波的存在以及光是一种电磁振动的杰出思想，尽管还带有一定的模糊性。为

46、解释电磁感应现杰出思想，尽管还带有一定的模糊性。为解释电磁感应现象，他提出象，他提出“电致紧张态电致紧张态”与与“磁力线磁力线”等新概念，同时等新概念，同时对当时盛行的超距作用说产生了强烈的怀疑。对当时盛行的超距作用说产生了强烈的怀疑。 第三十八页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 法拉第认为法拉第认为“电和磁作用通过中间电和磁作用通过中间(zhngjin)(zhngjin)介质、从一个介质、从一个物体传到另一个物体的思想。物体传到另一个物体的思想。”于是，介质成了于是，介质成了“场场”的场所，的场所，场这个概念正是来源于法拉第。正如爱因斯坦所说，引入场的概场这个概念正是来源于法拉第。正如爱

47、因斯坦所说，引入场的概念，是法拉第的最富有独创性的思想，是牛顿以来最重要的发现。念，是法拉第的最富有独创性的思想，是牛顿以来最重要的发现。牛顿及其他学者的空间，被视作物体与电荷的容器；而法拉第的牛顿及其他学者的空间，被视作物体与电荷的容器；而法拉第的空间，是现象的容器，它参与了现象。所以说法拉第是电磁场学空间，是现象的容器，它参与了现象。所以说法拉第是电磁场学说的创始人。说的创始人。 他的深邃的物理思想，强烈地吸引了年轻的麦克斯韦。麦克斯韦他的深邃的物理思想，强烈地吸引了年轻的麦克斯韦。麦克斯韦认为，法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用电动力学更为认为，法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用

48、电动力学更为合理，他正是抱着用严格的数学语言来表述法拉第理论的决心闯合理，他正是抱着用严格的数学语言来表述法拉第理论的决心闯入电磁学领域的。入电磁学领域的。第三十九页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史法拉第名言：法拉第名言： 希望你们年青的一代，也能象蜡烛为人希望你们年青的一代，也能象蜡烛为人照明那样，有一分热，发一分光，忠诚照明那样，有一分热，发一分光，忠诚(zhngchng)(zhngchng)而脚踏实地地为人类伟大的事而脚踏实地地为人类伟大的事业贡献自己的力量。业贡献自己的力量。 科学家不应是个人的崇拜者，而应当是科学家不应是个人的崇拜者，而应当是事物的崇拜者。真理的探求应是他唯一的目

49、事物的崇拜者。真理的探求应是他唯一的目标。标。 只有无知，没有不满。只有无知，没有不满。 第四十页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 法拉第一生致力于科学研究事业法拉第一生致力于科学研究事业(shy)(shy)，不，不恋钱财、不图虚荣，为科学事业恋钱财、不图虚荣，为科学事业(shy)(shy)贡献了毕贡献了毕生精力，生精力，18671867年年8 8月月2525日，这位对科学作出巨大贡日，这位对科学作出巨大贡献的老人坐在他的椅子上安安静静地去世了。他献的老人坐在他的椅子上安安静静地去世了。他被安葬在海洛特公墓，遵照他的遗嘱，他的墓碑被安葬在海洛特公墓，遵照他的遗嘱，他的墓碑上只刻下三行字：上

50、只刻下三行字： 迈克尔迈克尔法拉第法拉第 生于生于17911791年年9 9月月2222日日 殁于殁于18671867年年8 8月月2525日日第四十一页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 1832 1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流发电机；年，法国人毕克西发明了手摇式直流发电机； 18661866年，德国的西门子发明了自励式直流发电机年，德国的西门子发明了自励式直流发电机; ;18691869年，比利时的格拉姆制成了环形电枢，发明了环形电枢发电机。年，比利时的格拉姆制成了环形电枢，发明了环形电枢发电机。这种发电机是用水力来转动这种发电机是用水力来转动(zhun dng)(zhun d

51、ng)发电机转子的发电机转子的; ; 1882 1882年，美国的戈登制造出了输出功率年，美国的戈登制造出了输出功率447KW447KW，高，高3 3米，重米，重2222吨的两吨的两相式巨型发电机相式巨型发电机; ;18961896年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂开始劳动营运，年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂开始劳动营运，3750KW3750KW，5000V5000V的交流电一直送到的交流电一直送到4040公里外的布法罗市公里外的布法罗市; ;18891889年，西屋公司在俄勒冈州建设了发电厂年，西屋公司在俄勒冈州建设了发电厂; ; 1892 1892年成功地将年成功地将150

52、0015000伏电压送到了皮茨菲尔德。伏电压送到了皮茨菲尔德。 第四十二页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 1834 1834年，俄罗斯的雅可比试制出了由电磁铁构成的直流电动年，俄罗斯的雅可比试制出了由电磁铁构成的直流电动机机; ; 1838 1838年，这种电动机开动了一艘船，电动机电源年，这种电动机开动了一艘船，电动机电源(dinyun)(dinyun)用了用了320320个电池个电池; ; 1836 1836年，美国的文波特和英国的戴比德逊也造出了直流电动年，美国的文波特和英国的戴比德逊也造出了直流电动机，用作印刷机的动力设备。由于这些电动机都以电池作为机，用作印刷机的动力设备。由于

53、这些电动机都以电池作为电源电源(dinyun)(dinyun)，所以未能广泛普及；，所以未能广泛普及；18871887年，特斯拉两相电动机作为实用化感应电动机的发展计年，特斯拉两相电动机作为实用化感应电动机的发展计划开始启动；划开始启动； 18971897年，西屋公司制成了感应电动机，设立专业公司致力于年，西屋公司制成了感应电动机，设立专业公司致力于电动机的普及。电动机的普及。第四十三页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史亨利亨利(hngl)(hngl)与与自感自感 亨利亨利(1797-1878)(1797-1878)，美国物理学家。，美国物理学家。18321832年亨利在论年亨利在论文文在长

54、螺线管中的电自感在长螺线管中的电自感中公布了自己的一个中公布了自己的一个(y (y )新发现：一只线圈的电流不仅能在另一只线圈中感新发现：一只线圈的电流不仅能在另一只线圈中感生出电流，而且也能在自身中感生出电流。在这个线圈生出电流，而且也能在自身中感生出电流。在这个线圈中实际观测到的电流则为原电流的许多倍，这种现象叫中实际观测到的电流则为原电流的许多倍，这种现象叫自感。自感。 第四十四页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 楞次与楞次定律楞次与楞次定律(ln c (ln c dn l)dn l) 1833 1833年，楞次在圣彼年，楞次在圣彼得堡科学院宣读了他的题为得堡科学院宣读了他的题为“关

55、于用电动力学方法决定关于用电动力学方法决定感生电流方向感生电流方向”的论文，提的论文，提出了楞次定律出了楞次定律(ln c (ln c dn l)dn l)一条由电磁感一条由电磁感应得出感应电动势方向的电应得出感应电动势方向的电磁学定律。亥姆霍兹证明楞磁学定律。亥姆霍兹证明楞次定律次定律(ln c dn l)(ln c dn l)是电磁现象的能量守恒定律。是电磁现象的能量守恒定律。第四十五页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史五、麦克斯韦方程组五、麦克斯韦方程组 1919世纪中期，描述电场、世纪中期，描述电场、磁场的性质以及电、磁场相互磁场的性质以及电、磁场相互关系的库仑定律、高斯定理、关系的

56、库仑定律、高斯定理、安培定律、法拉第电磁感应定安培定律、法拉第电磁感应定律已相继建立，法拉第关于力律已相继建立，法拉第关于力线和场的概念已经提出，创立线和场的概念已经提出，创立电磁场理论的条件已趋成熟。电磁场理论的条件已趋成熟。麦克斯韦洞悉已有的电磁场理麦克斯韦洞悉已有的电磁场理论，发现内部的不对称性和矛论，发现内部的不对称性和矛盾，大胆提出盾，大胆提出“位移电流位移电流”和和“涡旋电场涡旋电场”假说，并用一组假说，并用一组方程概括了原有的各个电磁学方程概括了原有的各个电磁学定律，对电磁场理论进行了一定律，对电磁场理论进行了一次大综合次大综合(zngh)(zngh)，实现了科，实现了科学认识的

57、革命性变革。学认识的革命性变革。第四十六页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 卡文迪许卡文迪许(Henry Cavendish,1731(Henry Cavendish,173118101810年年) )英国英国(yn u)(yn u)化学家、物理学家。化学家、物理学家。l 发现一对电荷间的作用力跟它们之间的距离发现一对电荷间的作用力跟它们之间的距离(jl)(jl)平方成反比，这平方成反比，这就是后来库仑导出的库仑定律内容的一部分；就是后来库仑导出的库仑定律内容的一部分；l 他提出每个带电体的周围有他提出每个带电体的周围有“电气电气”，与电场理论很接近；，与电场理论很接近；l 卡文迪许演示了

58、电容器的电容与插入平板中的物质有关；卡文迪许演示了电容器的电容与插入平板中的物质有关；l 电势的概念也是卡文迪许首先提出的，这对静电理论的发展起了重电势的概念也是卡文迪许首先提出的，这对静电理论的发展起了重要作用；要作用；l 他还提出了导体上的电势与通过电流成正比的关系。他还提出了导体上的电势与通过电流成正比的关系。l 氢气的发现；二氧化碳的研究；惰性气体的观察氢气的发现；二氧化碳的研究；惰性气体的观察第四十七页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 卡文迪许在热学理论、计温学、气象学、大地磁学等方面都有研究。卡文迪许在热学理论、计温学、气象学、大地磁学等方面都有研究。17981798年他完成最

59、后的实验时，已年近七十。在物理学上他最主要的成就年他完成最后的实验时，已年近七十。在物理学上他最主要的成就是通过扭秤实验验证了牛顿的万有引力定律，确定了引力常数和地球平是通过扭秤实验验证了牛顿的万有引力定律，确定了引力常数和地球平均密度。卡文迪许验证万有引力定律的实验采用自己设计的均密度。卡文迪许验证万有引力定律的实验采用自己设计的“扭秤扭秤”为为工具工具(gngj)(gngj)，后人称为著名的，后人称为著名的“卡文迪许实验卡文迪许实验”。 第四十八页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史 人们为纪念这位大科学家，特意为他树立了纪念碑。卡文迪许一生人们为纪念这位大科学家，特意为他树立了纪念碑。卡文迪许一生勤俭，逝世勤俭，逝世(shsh)(shsh)后留下了大笔遗产，其中一部分由它的家族在后留下了大笔遗产，其中一部分由它的家族在18711871年捐赠给剑桥大学创办卡文迪许实验室，这个实验室曾经对物理科学的年捐赠给剑桥大学创办卡文迪许实验室，这个实验室曾经对物理科学的进步作出了巨大的贡献，先后培养出进步作出了巨大的贡献，先后培养出2626名诺贝尔奖获得者。名诺贝尔奖获得者。 第四十九页，共55页。电磁学发展史电磁学发展史人物简介人物简介 詹姆斯詹姆斯克拉克拉克克麦克斯韦麦克斯