(1.7)-讲稿6 -电磁（1）物理史话

讲稿讲授内容备注第4页共4页引题：上节课详细讲述了光学形成过程中各位科学家的卓越贡献，以及这一完整学科建立过程的曲折经历，今天开始进入下一阶段电磁学史的学习历史概述公元前6、7世纪发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等1600年英国医生吉尔伯特（WilliamGilbert，1544—1603）发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》使磁学从经验转变为科学。1663年德国人格里凯发明了摩擦起电机。1750年米切尔（JohnMichell，1724[？]—1793）提出磁极之间的作用力服从平方反比定律1785年库仑（1736—1806）库仑定律1780年，发现动物电，1800年伏打发明电堆使电学由静电走向动电。1820年奥斯特发现电流的磁效应。19世纪二、三十年代成了电磁学大发展的时期。法国科学家安培提出了右手定则，安培定律。与此同时，比奥沙伐定律也得到发现。1831年发现电磁感应现象1826年欧姆确定欧姆定律。1865年，麦克斯韦建立电磁场方程组一、早期史1.古代史1）西方史：公元前6、7世纪古希腊发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等现象，Electricity（电）这个字的起源就来自希腊文的“琥珀”(electron)2）我国史：西汉末年（公元前20年）有玳瑁能够吸引微小的物体的记载。西晋《博物志》中也有摩擦起电的记载2、吉尔伯特的研究1）吉尔伯特生平：吉尔伯特吉尔伯特（1544～1603）是英国著名的医生、物理学家。1544年5月24日生在英国科尔切斯特市一个大法官家里。于剑桥大学圣约翰学院，攻读医学，获医学博士学位。后为英国名医，因医术高明，1601年担任英国女王伊丽莎白一世的御医，直到1603年11月30日逝世2）吉尔伯特贡献：（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（6）吉尔伯特制成了第一台验电器，（7）并用它证明了离带电体越近，吸引力越大，还指出电引力沿直线；（8）带电体被加热或放在潮湿的空气中，它的吸引能力就消失了（9）他提出了质量、力等新概念3、物体导电性和两种电荷的发现1）摩擦起电机的发现1663年德国人格里凯发明了第一台能产生大量电荷的摩擦起电机。这种摩擦起电机是一个可以绕中心轴旋转的大硫磺球，用人手或布帛摸抚转动的球体表面，球面上就可以产生大量的电荷。1705年豪克斯比(F.Hauksbee)换成空心玻璃壳，后来别的实验家又陆续予以改进，直到18世纪末，摩擦起电机都一直是研究电现象的基本工具。2）电流及静电感应的发现：1720年，格雷(S.Gray，1675—1736)研究了电的传导现象，发现导体与绝缘体的区别。随后，他又发现导体的静电感应现象。3）两种电荷：1733年，杜菲(duFay，1698—1739)经过实验区分出两种电荷，他分别称之为松脂电（即负电）和玻璃电（即正电），并由此总结出静电作用的基本特性：同性相斥，异性相吸。4、电荷的贮存与大气电现象的发现1）莱顿瓶的发现：克莱斯特和森布洛克分别独立作出的。克莱斯特（Kleist，公元1692－1761，荷兰莱顿大学的物理学教授）于1746年做了实验发现：把电荷投放在玻璃瓶内可以把电保存下来。法国电学家诺莱特后来称其为为莱顿瓶。同年森布洛克((Musschenbrock，1692—1761)，伦敦一位物理学家考林森通过邮寄向美国费城的本杰明·富兰克林赠送了一只莱顿瓶，并在信中向他介绍了使用方法。2）正负电荷、中和：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。3）正负电荷、中和：本杰明·富兰克林（BenjaminFranklin）(1706.1.17—1790.4.17)生平：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。他是美国历史上第一位享有国际声誉的科学家和发明家。贡献：1）《论天空闪电和我们的电气相同》2）“风筝实验”，在电学上成就显著，3)创造正电、负电、导电体、电池、充电、放电等成为世界通用的词汇。他借用了数学上正负的概念，第一个科学地用正电、负电概念表示电荷性质。4)荷不能创生、也不能消灭的思想，后人在此基础上发现了电荷守恒定律。他最先提出了避雷针的设想，由此而制造的避雷针二、定量研究的开始1、反平方定律的提出1750年彼得堡科学院院士埃皮努斯在实验中发现；电荷之间的作用随距离缩短增加。1766年富兰克林写给普利斯特利（公元1733一1804）的信中，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。1769年，英国爱丁堡大学的约翰·罗比森直接用实验推测到了平方反比律。未及时发表。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卡文迪许的贡献卡文迪许(HenryCavendish,1731～1810)英国化学家、物理学家。1742—1748年他在伦敦附近的海克纳学校读书。1749—1753年期间在剑桥彼得豪斯学院求学。在伦敦定居后，卡文迪许在他父亲的实验室中当助手，做了大量的电学、化学研究工作。他的实验研究持续达50年之久。1760年卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员，1803年被选为法国研究院的18名外籍会员之一。1810年3月10日，在伦敦逝世，终身未婚2、库仑定律法国物理学家库仑（公元1736—1806），起先致力于扭转和摩擦方面的研究。由于发表了有关扭力的论文，1781年当选为国家科学院院士。他从事研究毛发和金属丝的扭转弹性。1784年法国科学院发出船用罗盘最优结构的悬奖征文，库仑转而研究电力和磁力问题。1785年库仑自制了一台精巧的扭秤，作了电的斥力实验，建立了著名的库仑定律：两电荷之间的作用力与其距离的平方成反比，和两者所带电量的乘积成正比。3、伽伐尼电流的发现1）伽伐尼（公元1737—1798，意大利生理学家）1780年在解剖青蛙时偶然发现了“动物电”。伽伐尼将剥去皮的青蛙放在金属板上，一位助手把解剖刀的刀尖碰到青蛙腿上的神经，蛙腿发生了剧烈的痉挛。另一助手发现不远处的起电机上发生了一个火花。伽伐尼立即重做了这个实验，观察到同样的现象。总结出，动物体内存在着一种特殊的电液，金属只是起着传导的作用，这种电液后来被称为动物电或伽伐尼电。4、电池——伏打堆的发明：1800年伏打给英国皇家学会的一个报告中说。“无疑你们会感到惊讶，我所要介绍的装置，只是用一些不同的导体按一定的方式叠置起来的装置。用30片、40片、60片、甚至更多的铜片（当然最好的是银片）将它们中的每一片与一片锡片（最好是锌片）接触，然后充一层水或导电性能比纯水更好的食盐水、碱水等液层，或填上一层用这些液体浸透的纸皮或皮革等，……，就能产生相当多的电荷。”伏特简介伏特（AlessandroVolta)意大利物理学家，1745年2月18日出生于意大利科莫一个富有的天主教家庭里。贡献：起电盘：用来使莱顿瓶充电电压达13，350伏静电计：可重复的方式测量电势差伏打堆：1791年读到伽伐尼的到1801年去巴黎，在法国科学院表演了他的实验伏特出生于意大利科莫一个富有的天主教家庭里，伏特的父亲的兄弟有三位担任圣职，九个儿女中五个加入教会。十九岁时他写作了一首关于化学发现的六韵步的拉丁文小诗十六岁时开始与一些著名的电学家通信，其中有巴黎的诺莱和都灵的贝卡里亚。贝卡里亚是一位很有成就的国际知名的电学家，他劝告伏特少提出理论，多做实验。他对电量、电量或张力（如他自己所命名的）、电容以及关系式Q＝CV都有了明确的了解。伏特制造的仪器的一个杰出例子是起电盘[1]。一块导电板放在一个由摩擦起电的充电树脂"饼"上端，然后用一个绝缘柄与金属板接触，使它接地，再把它举起来，于是金属板就被充电到高电势，这个方法可以用来使莱顿瓶充电。这种操作可以不断地重复。这一发明是非常精巧的，以后发展成为一系列静电起电机。他设计了一种静电计，这就是各种绝对电计的鼻祖，它能够以可重复的方式测量电势差。他还为他的静电计建立了一种刻度，根据电盘的发明，根据他的描述，我们可以确定他的单位是今天的13，350伏。苏黎世物理学会选举他为会员，他通过观察马焦雷湖附近沼泽地冒出的气泡，发现了沼气。他在三十二岁时去瑞士游历，见到了伏尔泰和一些瑞士物理学家。回来后他被任命为帕维亚大学物理学教授，这是伦巴第地区最著名的大学。他担任这个教授职务一直到退休伏特于1792年到了德国、荷兰、法国和英国。他访问拉普拉斯和拉瓦锡（1743－1794）等，还和他们共同做实验。他当时还被选为法国科学院的通迅院士，不久又被选为伦敦皇家学会的外国会员。伏特在四十五岁生日后不久，读到了伽伐尼1791年的文章，在他达到相当高龄（五十五岁）时发明电池1801年他去巴黎法国科学院表演了他的实验，当时拿破