物理學(xué)史--電磁學(xué)的建立PPT課件

.,1,電工與電子技術(shù)發(fā)展概況,電磁現(xiàn)象的早期研究電磁學(xué)的建立電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與研究電磁場(chǎng)理論的建立,.,2,一電磁現(xiàn)象的早期認(rèn)識(shí),公元前7世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家泰勒斯已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用毛織物摩擦過(guò)的琥珀能吸引某些輕小物體。Electricity（電）這個(gè)字的起源就來(lái)自希臘文的“琥珀”(electron)。,公元前7世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家泰勒斯已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用毛織物摩擦過(guò)的琥珀能吸引某些輕小物體。Electricity（電）這個(gè)字的起源就來(lái)自希臘文的“琥珀”(electron)。,.,3,首先對(duì)電和磁現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的是英國(guó)的威廉吉爾伯特（WilliamGilbert，15441603）。他認(rèn)識(shí)到電力和磁力是性質(zhì)不同的兩種力。他第一個(gè)將琥珀和毛皮摩擦后吸引輕小物體的性質(zhì)叫做“電”。1600年，吉爾伯特發(fā)表了論磁、磁體和地球作為一個(gè)巨大的磁體（Demagnete，magneticisquecorporibusetdemagnomagnetetellure，簡(jiǎn)稱(chēng)磁石論）。他總結(jié)了前人對(duì)磁的研究，周密地討論了地磁的性質(zhì)，記載了大量實(shí)驗(yàn)，使磁學(xué)從經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)。書(shū)中他也記載了電學(xué)方面的研究。,(一)吉爾伯特與,.,4,第一卷介紹了他的磁性“小地球”實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：地球本身就是一個(gè)巨大的磁體，其兩極位于地理的南極和北極附近；第二卷詳細(xì)地論述了電現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究與結(jié)論，還把電與磁的性質(zhì)進(jìn)行了比較；第三卷記載了天然磁石的定向性；第四卷說(shuō)明了磁偏角與不同地點(diǎn)和高度的關(guān)系；第五卷介紹了測(cè)定磁傾角的儀器及各地磁傾角的大小；第六卷試圖用物體的磁力來(lái)解釋行星運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然，他沒(méi)有成功。,磁石論共分六卷。,.,5,（二）萊頓瓶的發(fā)明,1720年，格雷(S.Gray，16751736)研究了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體與絕緣體的區(qū)別。隨后，他又發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)現(xiàn)象。,1734年法國(guó)人杜菲（Charles-FrancoisduFay，16961739）在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)帶電的玻璃和帶電的琥珀是相互吸引的，但是兩塊帶電的琥珀或者兩塊帶電的玻璃則是相互排斥的。杜菲根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)斷定電有兩種：一種是與琥珀帶的電性質(zhì)相同，叫做“琥珀電”；一種是與玻璃帶的電性質(zhì)相同，叫做“玻璃電”。,1745年普魯士（德國(guó)的前身）的一位副主教克萊斯特(EwaldGeorgvonKleist，1700-1748)在實(shí)驗(yàn)中利用導(dǎo)線將摩擦所起的電引向裝有鐵釘?shù)牟Ａ?。?dāng)他用手觸及鐵釘時(shí)，受到猛烈的一擊，他由此發(fā)現(xiàn)了放電現(xiàn)象。,.,6,1746年，荷蘭萊頓大學(xué)的物理學(xué)教授馬森布羅克（PietervonMusschenbrock,16921761）在克萊斯特發(fā)現(xiàn)的啟發(fā)下發(fā)明了收集電荷的“萊頓瓶”。,馬森布羅克看到好不容易取得的電很容易地在空氣中消失，所以想尋找一種保存電的方法。有一天，他用一支槍管懸在空中，用起電機(jī)與槍管連著，另用一根銅線從槍管中引出，浸入一個(gè)盛有水的玻璃瓶中，他讓一個(gè)助手一只手握著玻璃瓶，馬森布羅克在一旁使勁搖動(dòng)起電機(jī)。這時(shí)他的助手不小心將另一只手碰到槍管上，他猛然感到一次強(qiáng)烈的電擊，喊了起來(lái)。馬森布羅克于是與助手互換了一下，讓助手搖起電機(jī)，他自己一手拿水瓶子，另一只手去碰槍管。,“我想告訴你一個(gè)新奇但是可怕的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，但我警告你無(wú)論如何也不要再重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)突然，我的手受到了一下力量很大的打擊，使我的全身都震動(dòng)了手臂和身體產(chǎn)生了一種無(wú)法形容的恐怖感覺(jué)。一句話，我以為我命休矣！”,.,7,雖然馬森布羅克不愿再做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，但他由此得出結(jié)論：把帶電體放在玻璃瓶?jī)?nèi)可以把電保存下來(lái)。只是當(dāng)時(shí)搞不清楚起保存電作用的究竟是瓶子還是瓶子里的水，后來(lái)人們就把這個(gè)蓄電的瓶子稱(chēng)作“萊頓瓶”，這個(gè)實(shí)驗(yàn)稱(chēng)為“萊頓瓶實(shí)驗(yàn)”。這種“電震”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，轟動(dòng)一時(shí)，極大的增加了人們對(duì)萊頓瓶的關(guān)注。,.,8,萊頓瓶的發(fā)明，使物理學(xué)家們第一次有辦法存儲(chǔ)大量電荷，并對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行研究。,.,9,法國(guó)人諾萊特在巴黎進(jìn)行的萊頓瓶表演（法國(guó)國(guó)王路易十五及皇室成員臨場(chǎng)觀看）,.,10,（三）兩種電流質(zhì)假說(shuō)的提出與爭(zhēng)論,1747年，富蘭克林提出了單元電液理論。認(rèn)為帶電的兩物體是通過(guò)電液的遷移，其一具有比正常情況少一些的電液，另一個(gè)物體具有了比正常情況多一些的電液。相互接觸后，又恢復(fù)到都具有正常數(shù)量的電液，則兩個(gè)物體都不顯電性。他提出了正電和負(fù)電的概念，他認(rèn)為缺少電液，就是帶負(fù)電，可以用“”號(hào)表示；帶超過(guò)正常情況的電液就帶正電，用“+”號(hào)表示。正、負(fù)電可互相抵消。正、負(fù)電的提出，為定量研究電現(xiàn)象提供了基礎(chǔ)，使人們第一次可以用數(shù)學(xué)來(lái)表示帶電現(xiàn)象，其重要性是顯而易見(jiàn)的。,為了解釋摩擦起電及電的吸引和排斥現(xiàn)象，法國(guó)人杜菲（Charles-FrancoisduFay，16961739）認(rèn)為存在兩種流質(zhì)，可以通過(guò)摩擦的形式把它們分開(kāi)，使兩個(gè)物體帶異種電荷而相互吸引，當(dāng)它們結(jié)合時(shí)，又彼此中和。這個(gè)假設(shè)后來(lái)被稱(chēng)為杜菲的“雙流說(shuō)”。,.,11,富蘭克林的理論足以解釋當(dāng)時(shí)人們已知的絕大部分靜電現(xiàn)象。現(xiàn)在我們知道，所謂的電液是不存在的，比較容易遷移的是帶負(fù)電的載體電子，用電液遷移來(lái)解釋電現(xiàn)象并不科學(xué)。盡管這樣，正、負(fù)電的概念和電荷守恒的觀念是至今仍然有效的科學(xué)觀念，是富蘭克林對(duì)電學(xué)的一大貢獻(xiàn)。,.,12,（四）富蘭克林及其電荷守恒定律,富蘭克林還認(rèn)為摩擦只能使電液從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，即“電不是摩擦玻璃管而產(chǎn)生的，而只是從摩擦者轉(zhuǎn)移到了玻璃管，摩擦者失去的電與玻璃管獲得的電嚴(yán)格相同”。這就告訴人們，在任一絕緣體系中電的總量是不變的，這就是通常所說(shuō)的電荷守恒原理。,富蘭克林所做的另一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)是統(tǒng)一了天電和地電。當(dāng)時(shí)的歐洲和美國(guó)的大多數(shù)人認(rèn)為雷電是“上帝之火”，是天神發(fā)怒的結(jié)果。為破除這種迷信，富蘭克林通過(guò)親自進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，證明了雷電的電與摩擦電本質(zhì)上是一樣的。徹底破除了人們對(duì)雷電的恐懼、迷信心理。富蘭克林據(jù)此提出了制造避雷針的設(shè)想，使建筑物免遭雷擊。,.,13,費(fèi)城實(shí)驗(yàn),在1752年7月的一個(gè)雷雨天富蘭克林做了著名的費(fèi)城實(shí)驗(yàn)：風(fēng)箏上安上一根尖細(xì)的鐵絲，用來(lái)捕捉電，并用麻繩與這鐵絲相連，麻繩的末端拴一把銅鑰匙，鑰匙塞在萊頓瓶中間。,.,14,富蘭克林（BenjaminFranklin，17061790年）是18世紀(jì)美國(guó)的實(shí)業(yè)家、科學(xué)家、社會(huì)活動(dòng)家、思想家和外交家，美國(guó)獨(dú)立宣言和美國(guó)憲法的起草人之一。,富蘭克林出身于相當(dāng)貧寒的家庭，一生只念過(guò)兩年書(shū)。但他利用業(yè)余時(shí)間刻苦自學(xué)，廣泛地接受了多方面的知識(shí)，終于成為電學(xué)研究的先驅(qū)。他曾說(shuō)過(guò)；你熱愛(ài)生命嗎？那么別浪費(fèi)時(shí)間，因?yàn)闀r(shí)間是組成生命的材料。,.,15,（五）伽伐尼電流的發(fā)現(xiàn),1780年，意大利科學(xué)家伽伐尼（LuigiGalvani,17371798)在一次解剖青蛙時(shí)有一個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)，一只已解剖的青蛙放在一個(gè)潮濕的鐵案上，當(dāng)解剖刀無(wú)意中觸及蛙腿上外露的神經(jīng)時(shí)，死蛙的腿猛烈地抽搐了一下。伽伐尼立即重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，又觀察到同樣的現(xiàn)象。,他以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，選擇各種不同的金屬，例如銅和鐵或銅和銀，接在一起，而把另兩端分別與死蛙的肌肉和神經(jīng)接觸，青蛙就會(huì)不停地屈伸抽動(dòng)。如果用玻璃、橡膠、松香、干木頭等代替金屬，就不會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象。他認(rèn)為這是一種生物電現(xiàn)象，并于1791年發(fā)表了題為關(guān)于電對(duì)肌肉運(yùn)動(dòng)的作用的論文。,.,16,1791年意大利物理學(xué)家亞歷山德羅伏打(AlessandroVolta，17451827)得知伽伐尼的這一發(fā)現(xiàn)，引起了他的極大興趣，作了一系列實(shí)驗(yàn)，甚至還在自己身上做實(shí)驗(yàn)。他用兩種金屬接成一根彎桿，一端放在嘴里，另一端和眼睛接觸，在接觸的瞬間就有光亮的感覺(jué)產(chǎn)生。他用舌頭舔著一枚金幣和一枚銀幣，然后用導(dǎo)線把硬幣連接起來(lái)，就在連接的瞬間，舌頭有發(fā)麻的感覺(jué)。這些實(shí)驗(yàn)證明：電不僅能夠產(chǎn)生顫動(dòng)，而且還會(huì)影響視覺(jué)和味覺(jué)神經(jīng)。,1793年伏打發(fā)表一篇論文，總結(jié)了自己的實(shí)驗(yàn)，不同意伽伐尼關(guān)于動(dòng)物生電的觀點(diǎn)。伏打在伽伐尼實(shí)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，致力研究?jī)煞N不同金屬的接觸。他得出了新的結(jié)論，認(rèn)為兩金屬不僅僅是導(dǎo)體，而且是由它們產(chǎn)生電流的。用伏打自己的話來(lái)說(shuō)：金屬是真正的電流激發(fā)者，而神經(jīng)是被動(dòng)的。伏打并把這種電流命名為“金屬的”或“接觸的”電流。他為了尊重伽伐尼的最先發(fā)現(xiàn)權(quán)，把這種電流稱(chēng)為“伽伐尼電流”。,.,17,伏打發(fā)現(xiàn)當(dāng)金屬浸入某些液體時(shí)，也會(huì)發(fā)生同樣的電流效應(yīng)。伏打開(kāi)始是用幾只碗盛了鹽水，把幾對(duì)黃銅和鋅做成的電極連接起來(lái)，就有電流產(chǎn)生。1800年3月20日，伏打宣布了一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，這就是著名的“伏打電池”（左圖）。他用30塊、40塊、60塊或更多的銅片（最好是用銀片），每一片都和一塊錫片（最好是鋅片）接觸，并且用相同數(shù)目的水層或比純水更好些的導(dǎo)電液體層，好食鹽水或堿水等，或是浸透這些液體的紙殼或皮革。銀片和鋅片是兩種不同的金屬，鹽水或其他導(dǎo)電溶液作為電解液，它們構(gòu)成了電流回路。這是一種比較原始的電池，是由很多銀鋅電池連接而成的電池組。,伏打（AlessandroVolta,17451827）意大利物理學(xué)家。1745年2月18日生于科莫。學(xué)生時(shí)代就會(huì)對(duì)自然科學(xué)有濃厚興趣。17741779年任科莫大學(xué)預(yù)科物理學(xué)教授。17791815年任帕多瓦大學(xué)哲學(xué)系主任。1819年退休后回到故鄉(xiāng)科莫。1827年3月5日在該地逝世。,（六）伏打電堆的發(fā)明,.,18,伏打證明這個(gè)堆的一端帶正電，另一端帶負(fù)電，當(dāng)時(shí)引起極大的轟動(dòng)。這是第一個(gè)能人為產(chǎn)生穩(wěn)定、持續(xù)電流的裝置，為電流現(xiàn)象的研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，也為電流效應(yīng)的應(yīng)用打開(kāi)了前景，并很快成為進(jìn)行電磁學(xué)和化學(xué)研究的有力工具，促使電學(xué)研究有一個(gè)巨大的進(jìn)展。伏打的成就受到各界普遍贊賞，科學(xué)界用他的姓氏命名電勢(shì)，電勢(shì)差（電壓）的單位，為“伏特”（就是伏打，音譯演變的），簡(jiǎn)稱(chēng)“伏”。,.,19,2電磁學(xué)的建立,從18世紀(jì)中期開(kāi)始，對(duì)電磁現(xiàn)象的研究進(jìn)入了定量階段。電荷間的相互作用規(guī)律被發(fā)現(xiàn)。1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。19世紀(jì)20年代，安培發(fā)表了“電動(dòng)力學(xué)的觀察匯編”和電動(dòng)力學(xué)理論等集當(dāng)時(shí)電理論研究之大成的著作。至此電磁學(xué)理論基本建立。,（一）卡文迪許及其平方反比定律,18世紀(jì)中葉，牛頓力學(xué)已經(jīng)取得輝煌勝利，人們借助于萬(wàn)有引力的規(guī)律，對(duì)電力和磁力作了種種猜測(cè)。,德國(guó)柏林科學(xué)院院士愛(ài)皮努斯(F.U.T.Aepinus，17241802)1759年對(duì)電力作了研究。他在書(shū)中假設(shè)電荷之間的斥力和吸力隨帶電物體的距離的減少而增大，于是對(duì)靜電感應(yīng)現(xiàn)象作出了更完善的解釋。不過(guò)，他并沒(méi)有實(shí)際測(cè)量電荷間的作用力，因而只是一種猜測(cè)。,.,20,1760年，D伯努利首先猜測(cè)電力會(huì)不會(huì)也跟萬(wàn)有引力一樣，服從平方反比定律。,富蘭克林的空罐實(shí)驗(yàn)（也叫冰桶實(shí)驗(yàn)）對(duì)電力規(guī)律有重要啟示。1755年，他在給蘭寧(JohnLining)的信中，提到過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)：,“我把一只品脫銀罐放在電支架（即絕緣支架）上，使它帶電，用絲線吊著一個(gè)直徑約為1英寸的木橢球，放進(jìn)銀罐中，直到觸及罐的底部，但是，當(dāng)取出時(shí)，卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)接觸使它帶電，象從外部接觸的那樣?！?.,21,富蘭克林的這封信不久跟其他有關(guān)天電和尖端放電等問(wèn)題的信件，被人們整理公開(kāi)發(fā)表流傳甚廣，很多人都知道這個(gè)空罐實(shí)驗(yàn)，不過(guò)也和富蘭克林一樣，不知如何解釋這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。富蘭克林有一位英國(guó)友人，名叫普利斯特利（JosephPriestley，17331804），是化學(xué)家，對(duì)電學(xué)也很有研究。富蘭克林寫(xiě)信告訴他這個(gè)實(shí)驗(yàn)并向他求教。普利斯特利專(zhuān)門(mén)重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，在1767年的電學(xué)歷史和現(xiàn)狀及其原始實(shí)驗(yàn)一書(shū)中他寫(xiě)道：,“難道我們就不可以從這個(gè)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：電的吸引與萬(wàn)有引力服從同一定律，即距離的平方，因?yàn)楹苋菀鬃C明，假如地球是一個(gè)球殼，在殼內(nèi)的物體受到一邊的吸引作用，決不會(huì)大于另一邊的吸引。”,不過(guò)，普利斯特利的結(jié)論并沒(méi)有得到科學(xué)界的普遍重視，因?yàn)樗](méi)有特別明確地進(jìn)行論證，仍然停留在猜測(cè)的階段，一直拖了18年，才由庫(kù)侖正式提出。,.,22,其實(shí)早在1773年，卡文迪許比庫(kù)侖早12年就發(fā)現(xiàn)了“庫(kù)侖定律”。可惜他沒(méi)有發(fā)表他的研究結(jié)果。,他在1773年用兩個(gè)同心金屬殼作實(shí)驗(yàn)，外球殼由兩個(gè)半球裝置而成，兩半球合起來(lái)正好形成內(nèi)球的同心球?？ㄎ牡鲜策@樣描述他的裝置：“我取一個(gè)直徑為12.1英寸的球，用一根實(shí)心的玻璃棒穿過(guò)中心當(dāng)作軸，并覆蓋以封蠟。然后把這個(gè)球封在兩個(gè)中空的半球中間，半正極接到半球，使半球帶電。”,卡文迪什用一根導(dǎo)線將內(nèi)外球聯(lián)起來(lái)，外球殼帶電后，取走導(dǎo)線，打開(kāi)外球殼，用驗(yàn)電器試驗(yàn)內(nèi)球是否帶電。結(jié)果發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器沒(méi)有指示，證明內(nèi)球沒(méi)有帶電，電荷完全分布在外球上。,卡文迪什將這個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)了多次，確定電力服從平方反比定律，指數(shù)偏差不超過(guò)0.02?？ㄎ牡鲜策@個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)相當(dāng)巧妙。他用的是當(dāng)年最原始的電測(cè)儀器，卻獲得了相當(dāng)可靠而且精確的結(jié)果。他成功的關(guān)鍵在于掌握了牛頓萬(wàn)有引力定律這一理論武器，通過(guò)數(shù)學(xué)處理，將直接測(cè)量變?yōu)殚g接測(cè)量，從而得到了電力的平方反比定律。,.,23,（二）庫(kù)侖定律的建立,庫(kù)侖（Charlse-AugustindeCoulomb17361806年）是法國(guó)工程師和物理學(xué)家。青少年時(shí)期，庫(kù)侖受過(guò)良好的教育。離開(kāi)學(xué)校后，庫(kù)侖當(dāng)過(guò)軍事工程隊(duì)的工程師，對(duì)材料的性質(zhì)、物體上應(yīng)力和應(yīng)變的計(jì)算十分在行。,1781年庫(kù)侖研究了摩擦定律，研究了絲線和金屬絲的扭轉(zhuǎn)，確立了彈性扭轉(zhuǎn)的定律。根據(jù)這些成果，1784年庫(kù)侖制成了測(cè)量力的儀器-扭秤。1785年，他借助扭秤在實(shí)驗(yàn)上確立了靜電學(xué)基本定律即庫(kù)侖定律。同年，他在給法國(guó)科學(xué)院的電力定律的論文中詳細(xì)地介紹了他的實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)試經(jīng)過(guò)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。,.,24,庫(kù)侖扭秤,.,25,（三）奧斯特的發(fā)現(xiàn),奧斯特丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特(HansChristianOersted，17771851)1777年8月14日生于丹麥朗格蘭德島一個(gè)藥劑師家庭12歲開(kāi)始幫助父親在藥房里干活，同時(shí)堅(jiān)持學(xué)習(xí)化學(xué)由于刻苦攻讀，17歲以優(yōu)異的成績(jī)考取了哥本哈根大學(xué)的免費(fèi)生他一邊當(dāng)家庭教師，一邊在學(xué)校學(xué)習(xí)藥物學(xué)、天文、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等1806年任哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授，1821年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1823年被選為法國(guó)科學(xué)院院士，后來(lái)任丹麥皇家科學(xué)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng),.,26,電和磁有沒(méi)有聯(lián)系？這是先人經(jīng)常思索的問(wèn)題。17世紀(jì)初，吉爾伯特就斷言，它們之間沒(méi)有因果關(guān)系，庫(kù)侖也持同樣觀點(diǎn)。然而實(shí)際事例不斷吸引人們注意。例如：1731年有一名英國(guó)商人訴述，雷閃過(guò)后，他的一箱新刀叉竟帶上了磁性。1751年富蘭克林發(fā)現(xiàn)在萊頓瓶放電后，縫紉針磁化了。,電真的會(huì)產(chǎn)生磁嗎？這個(gè)疑問(wèn)促使1774年德國(guó)一家研究機(jī)構(gòu)懸獎(jiǎng)?wù)鹘?，題目是：“電力和磁力是否存在實(shí)際和物理的相似性？”許多人紛紛作實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，但是，在伏打發(fā)明電堆以前，這類(lèi)實(shí)驗(yàn)很難成功，因?yàn)闆](méi)有產(chǎn)生穩(wěn)恒電流的條件。不過(guò)，即使有了伏打電堆，也不一定能立即找到電和磁的聯(lián)系。,1819年冬，奧斯特在哥本哈根開(kāi)設(shè)了一個(gè)講座，講授電磁學(xué)方面的課題。在備課中，奧斯特分析了前人在電流方向上尋找磁效應(yīng)都未成功的事實(shí)，想到磁效應(yīng)可能像電流通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生熱和光那樣是向四周散射的，即是一種橫向力，而不是縱向的。,.,27,1820年春，奧斯特安排了一個(gè)這方面的實(shí)驗(yàn)，他采用講演時(shí)常用的電池槽，讓電流通過(guò)一根很細(xì)的鉑絲，把一個(gè)帶玻璃罩的指南針?lè)旁阢K絲下面，實(shí)驗(yàn)沒(méi)有取得明顯的效果1820年4月的一天晚上，奧斯特在講課中突然出現(xiàn)了一個(gè)想法，講課快結(jié)束時(shí)，他說(shuō)：讓我把導(dǎo)線與磁針平行放置來(lái)試試看當(dāng)他接通電源時(shí)，他發(fā)現(xiàn)小磁針微微動(dòng)了一下這一現(xiàn)象使奧斯特又驚又喜，他緊緊抓住這一現(xiàn)象，連續(xù)進(jìn)行了3個(gè)月的實(shí)驗(yàn)研究，終于在1820年7月21日發(fā)表了題為關(guān)于磁針上的電流碰撞的實(shí)驗(yàn)的論文。,奧斯特從實(shí)驗(yàn)總結(jié)出：電流的作用僅存在于載流導(dǎo)線的周?chē)?；沿著螺紋方向垂直于導(dǎo)線；電流對(duì)磁針的作用可以穿過(guò)各種不同的介質(zhì)；作用的強(qiáng)弱決定于介質(zhì)，也決定于導(dǎo)線到磁針的距離和電流的強(qiáng)弱；銅和其他一些材料做的針不受電流作用；通電的環(huán)形導(dǎo)體相當(dāng)于一個(gè)磁針，具有兩個(gè)磁極，等等。,.,28,奧斯特,奧斯特實(shí)驗(yàn),.,29,奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)，是科學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)它立即引起了那些懂得它的重要性和價(jià)值的人們的注意。在這一重大發(fā)現(xiàn)之后，一系列的新發(fā)現(xiàn)接連出現(xiàn)。,.,30,（四）安陪定律的建立,奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的消息傳到德國(guó)和瑞士后，正在日內(nèi)瓦的法國(guó)科學(xué)家阿拉果（Arago）聞?dòng)嵹s回巴黎，向法國(guó)科學(xué)院報(bào)告并演示了奧斯特的實(shí)驗(yàn)，引起法國(guó)科學(xué)界的極大興趣。畢奧（J.B.Biot，17741862）和薩伐（FelixSavart，17911841）更仔細(xì)地研究了直線載流導(dǎo)線對(duì)磁針的作用，確定這個(gè)作用力正比于電流強(qiáng)度，反比于電流與磁極的距離，力的方向垂直于這一距離。,安培(Ampre，Andr-Marie，17751836)則從電流與電流之間的相互作用進(jìn)行探討，他把磁性歸結(jié)為電流之間的相互作用，為了定量研究電流之間的相互作用，他設(shè)計(jì)了四個(gè)極其精巧的實(shí)驗(yàn)，并在這些實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得到普遍的電動(dòng)力公式，為電動(dòng)力學(xué)奠定了基礎(chǔ)。這四個(gè)實(shí)驗(yàn)用的都是示零法，得到了精確可靠的結(jié)果。,.,31,安培(Ampre，Andr-Marie，17751836)是法國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家1775年1月22日生于里昂一個(gè)商人家庭父親為他安排了按照自己的意愿來(lái)學(xué)習(xí)的環(huán)境他自幼聰明好學(xué)，具有驚人的記憶力，尤其是在數(shù)學(xué)方面有非凡的天賦12歲學(xué)習(xí)了微積分，13歲發(fā)表關(guān)于螺旋線的論文18歲時(shí)，除了拉丁語(yǔ)，還通曉意大利語(yǔ)和希臘語(yǔ)1805年定居巴黎，擔(dān)任法蘭西學(xué)院的物理教授，1814年參加了法國(guó)科學(xué)會(huì)，1818年擔(dān)任巴黎大學(xué)總督學(xué)，1827年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。他還是柏林科學(xué)院和斯德哥爾摩科學(xué)院院士。,.,32,第一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明電流反向，作用力也反向。安培用一無(wú)定向秤檢驗(yàn)對(duì)折的通電導(dǎo)線有無(wú)磁力作用。所謂無(wú)定向秤，實(shí)際上是兩個(gè)方向相反的通電線圈，懸吊在水銀槽下。如果兩個(gè)線圈受力不均衡，就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：當(dāng)對(duì)折導(dǎo)線通電時(shí)，無(wú)定向秤絲毫不動(dòng)，證明強(qiáng)度相等、方向相反的兩個(gè)靠得很近的電流對(duì)另一電流產(chǎn)生的吸力和斥力在絕對(duì)值上是相等的。,第二個(gè)實(shí)驗(yàn)證明磁作用的方向性。安培仍用無(wú)定向秤，將對(duì)折導(dǎo)線中的一根繞成螺旋狀，結(jié)果也是沒(méi)有作用，說(shuō)明彎曲的電流和直線的電流是等效的，因此可以把彎曲電流看成是許多小段電流（即電流元）組成，它的作用就是各小段電流的矢量和。,.,33,第三個(gè)實(shí)驗(yàn)研究作用力的方向。安培把圓弧形導(dǎo)體架在水銀槽上，經(jīng)水銀槽通電。改變通電回路或用各種通電線圈對(duì)它作用，圓弧導(dǎo)體都不動(dòng)，說(shuō)明作用力一定垂直于載流導(dǎo)體。,第四個(gè)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)作用力與電流及距離的關(guān)系。安培用三個(gè)相似的線圈，其半徑之比分別等于其距離之比。通電后，中間的線圈絲毫不動(dòng)，說(shuō)明第一個(gè)線圈和第三個(gè)線圈對(duì)第二個(gè)線圈的作用相互抵消。由此得出結(jié)論：載流導(dǎo)線的長(zhǎng)度與作用距離增加相同倍數(shù)時(shí)，作用不變。,安培研究電流相互作用的儀器,.,34,在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，安培于1820年12月4日推出了反映電流間的相互作用的公式，即兩個(gè)電流元之間的作用力跟它們之間距離的平方成反比，這就是著名的安培定律。,安培最初發(fā)表的公式如下：,安培定律目前的表達(dá)式為：,.,35,安培還進(jìn)一步探索了磁的本質(zhì)，于1821年1月提出了分子電流假說(shuō)，認(rèn)為每個(gè)分子形成的圓形電流就相當(dāng)于一根小磁針。安培把磁和電流聯(lián)系起來(lái)，從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)了磁和電的統(tǒng)一。,1827年，安培在其發(fā)表的電動(dòng)力學(xué)理論總結(jié)了已知的電磁現(xiàn)象，得到了磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理等。安培把牛頓力學(xué)引入電學(xué)，創(chuàng)立了電動(dòng)力學(xué)，被麥克斯韋譽(yù)為“電學(xué)中的牛頓”。,安培定律的公式從形式上看，與牛頓的萬(wàn)有引力定律非常相似。安培正是遵循牛頓的路線，仿照力學(xué)的理論體系，創(chuàng)建了電動(dòng)力學(xué)。他認(rèn)定電流元之間的相互作用力是電磁現(xiàn)象的核心，電流元相當(dāng)于力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，它們之間存在超距作用，就象萬(wàn)有引力一樣。,.,36,（五）歐姆定律的建立,歐姆研究電路的實(shí)驗(yàn)裝置,歐姆(GeorgSimonOhm，17891845)1789年3月16日出生在南德意志巴伐利亞的愛(ài)爾朗根。他在1805年考入愛(ài)爾朗根大學(xué)，但他只讀了三個(gè)學(xué)期就被父親送到了瑞士農(nóng)村。歐姆的父親認(rèn)為農(nóng)村的清新空氣和純樸的社會(huì)關(guān)系，將會(huì)更有利于歐姆潛心學(xué)習(xí)。在這以后的歲月里，歐姆一邊自學(xué)，一邊擔(dān)任中學(xué)教師和家庭教師。1811年，歐姆再度進(jìn)入愛(ài)爾朗根大學(xué)，并于同年月10月獲得了博士學(xué)位。,在安培專(zhuān)注于電流磁效應(yīng)的研究時(shí)，德國(guó)的歐姆就開(kāi)始了對(duì)導(dǎo)線中電流規(guī)律的研究工作。,.,37,他從傅立葉發(fā)現(xiàn)的熱傳導(dǎo)規(guī)律受到啟發(fā)，導(dǎo)熱桿中兩點(diǎn)間的熱流正比于這兩點(diǎn)間的溫度差。因而歐姆認(rèn)為，電流現(xiàn)象與此相似，猜想導(dǎo)線中兩點(diǎn)之間的電流也許正比于它們之間的某種驅(qū)動(dòng)力，即現(xiàn)在所稱(chēng)的電動(dòng)勢(shì)。,開(kāi)始他用伏打電堆作電源，但是因?yàn)殡娏鞑环€(wěn)定，效果不好。后來(lái)他接受別人的建議改用溫差電池作電源，從而保證了電流的穩(wěn)定性。但是如何測(cè)量電流的大小，這在當(dāng)時(shí)還是一個(gè)沒(méi)有解決的難題。他把奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和庫(kù)侖扭秤結(jié)合起來(lái)，巧妙地設(shè)計(jì)了一個(gè)電流扭秤。實(shí)驗(yàn)中他用粗細(xì)相同、長(zhǎng)度不同的八根銅導(dǎo)線進(jìn)行了測(cè)量，得出了如下的等式：,Xa(bx)式中X為磁效應(yīng)強(qiáng)度，即電流的大?。籥是與激發(fā)力(即溫度差)有關(guān)的常數(shù)，即電動(dòng)勢(shì)；x表示導(dǎo)線的長(zhǎng)度，b是與電路其余部分的電阻有關(guān)的常數(shù)，bx實(shí)際上表示電路的總電阻。這個(gè)結(jié)果于1826年發(fā)表。,.,38,1827年歐姆又在動(dòng)電電路的數(shù)學(xué)研究一書(shū)中，把他的實(shí)驗(yàn)規(guī)律總結(jié)成如下公式：E式中S表示電流；E表示電動(dòng)力，即導(dǎo)線兩端的電勢(shì)差，為導(dǎo)線對(duì)電流的傳導(dǎo)率，其倒數(shù)即為電阻。,歐姆定律發(fā)現(xiàn)初期，許多物理學(xué)家不能正確理解和評(píng)價(jià)這一發(fā)現(xiàn)，并遭到懷疑和尖銳的批評(píng)。研究成果被忽視，經(jīng)濟(jì)極其困難，使歐姆精神抑郁。直到1841年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)授予他最高榮譽(yù)的科普利獎(jiǎng)?wù)?，才引起德?guó)科學(xué)界的重視。,歐姆在自己的許多著作里還證明了：電阻與導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比，與導(dǎo)體的橫截面積和傳導(dǎo)性成反比；在穩(wěn)定電流的情況下，電荷不僅在導(dǎo)體的表面上，而且在導(dǎo)體的整個(gè)截面上運(yùn)動(dòng)。,.,39,三.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與研究,電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是電磁學(xué)發(fā)展史中又一重大的里程碑。對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的研究使人們對(duì)電與磁的關(guān)系有了更深刻的認(rèn)識(shí)，使電磁學(xué)理論更趨于完善。,（一）法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)之后，英國(guó)物理學(xué)家法拉第于1821年提出“由磁產(chǎn)生電的大膽設(shè)想，并開(kāi)始了艱苦的探索。1821年9月他發(fā)現(xiàn)通電的導(dǎo)線能繞磁鐵旋轉(zhuǎn)以及磁體繞載流導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，第一次實(shí)現(xiàn)了電磁運(yùn)動(dòng)向機(jī)械運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，從而建立了電動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)室模型。接著經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)的失敗，終于在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律。這一劃時(shí)代的偉大發(fā)現(xiàn)，使人類(lèi)掌握了電磁運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)變以及機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)變的方法，成為現(xiàn)代發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器技術(shù)的基礎(chǔ)。,.,40,法拉第(MichaelFaraday1791-1867)是英國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家，也是著名的自學(xué)成才的科學(xué)家。1791年9月22日薩里郡紐因頓一個(gè)貧苦鐵匠家庭。因家庭貧困僅上過(guò)幾年小學(xué)，13歲時(shí)便在一家書(shū)店里當(dāng)學(xué)徒。由于他愛(ài)好科學(xué)研究，專(zhuān)心致志，受到英國(guó)化學(xué)家戴維的賞識(shí)，1813年3月由戴維舉薦到皇家研究所任實(shí)驗(yàn)室助手。,任實(shí)驗(yàn)室助手是法拉第一生的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，從此他踏上了獻(xiàn)身科學(xué)研究的道路。同年10月戴維到歐洲大陸作科學(xué)考察，講學(xué)，法拉第作為他的秘書(shū)、助手隨同前往。1815年5月回到皇家研究所在戴維指導(dǎo)下進(jìn)行化學(xué)研究。1824年1月當(dāng)選皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1825年2月任皇家研究所實(shí)驗(yàn)室主任，1833-1862任皇家研究所化學(xué)教授。1846年榮獲倫福德獎(jiǎng)?wù)潞突始覄渍隆?867年8月25日逝世。,.,41,法拉第對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)作了總結(jié)，向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)報(bào)告說(shuō)：產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況可以分為五類(lèi)：1變化中的電流；2變化中的磁場(chǎng)；3運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)恒電流；4運(yùn)動(dòng)中的磁鐵；5在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。,法拉第對(duì)電磁學(xué)的貢獻(xiàn)不僅是發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，他還發(fā)現(xiàn)了光磁效應(yīng)（也叫法拉第效應(yīng)）、電解定律和物質(zhì)的抗磁性。他在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建了力線思想和場(chǎng)的概念，為麥克斯韋電磁場(chǎng)理論奠定了基礎(chǔ)。,.,42,(二)亨利及自感現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),1829年，美國(guó)物理學(xué)家亨利改進(jìn)電磁鐵，他用絕緣導(dǎo)線密繞在鐵芯上，制成了能提起近一噸重物的強(qiáng)電磁鐵。同年，亨利在用實(shí)驗(yàn)證明不同長(zhǎng)度的導(dǎo)線對(duì)電磁鐵的提舉力的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)了電流的自感現(xiàn)象：斷開(kāi)通有電流的長(zhǎng)導(dǎo)線可以產(chǎn)生明亮的火花。1832年，他在發(fā)表的論文中宣布發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象。1835年1月，亨利向美國(guó)哲學(xué)會(huì)介紹了他的研究結(jié)果，他用14個(gè)實(shí)驗(yàn)定性地確定了各種形狀導(dǎo)體的電感的相對(duì)大小。他還發(fā)現(xiàn)了變壓器工作的基本定律。,亨利（JosephHenry，1797.12.171878.5.13）1797年12月17日生于美國(guó)紐約州奧爾貝尼市。1822年畢業(yè)于奧爾貝尼學(xué)院，1826年被聘為奧爾貝尼學(xué)院物理學(xué)教授。1867年任美國(guó)科學(xué)院第一任院長(zhǎng)。1878年5月13日亨利在華盛頓去世。,.,43,1830年8月，亨利在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)觀察到了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，這比法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象早一年。但是當(dāng)時(shí)亨利正在集中精力制作更大的電磁鐵，沒(méi)有及時(shí)發(fā)表這一實(shí)驗(yàn)成果，失去了發(fā)明權(quán)。,.,44,法拉第只是定性地用文字表述了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。1833年楞茨（Lenz）進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)楞茨定律，說(shuō)明感應(yīng)電流的方向。1845年才由紐曼（F.E.Neumann，17981895）以定律的形式提出電磁感應(yīng)的定量規(guī)律。,楞次（HeinrichFriedrichEmilLenz）是俄國(guó)物理學(xué)家和地球物理學(xué)家，生于愛(ài)沙尼亞的多爾帕特（今愛(ài)沙尼亞共和國(guó)的塔爾圖），16歲以優(yōu)異成績(jī)考入家鄉(xiāng)的多爾帕特大學(xué)。早年曾參加地球物理觀測(cè)活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)并正確解釋了大西洋、太平洋、印度洋海水含鹽量不同的現(xiàn)象。1828年被挑選為俄國(guó)圣彼得堡科學(xué)院的初級(jí)科學(xué)助理，1830年被選為圣彼得堡科學(xué)院通訊院士，1834年選為院士。1845年倡導(dǎo)組織了俄國(guó)地球物理學(xué)會(huì)。1836年至1865年任圣彼得堡大學(xué)教授，兼任海軍和師范等院校物理學(xué)教授。1865年寒假，楞次在意大利羅馬中風(fēng)去世。,（三）楞次定律的發(fā)現(xiàn),.,45,楞次主要從事電學(xué)的研究。1832年當(dāng)他知道了法拉第研究“磁生電”取得了成功，很受鼓舞，也開(kāi)始進(jìn)行一系列電磁實(shí)驗(yàn)。1833年楞次把他的工作總結(jié)在論動(dòng)電感應(yīng)引起的電流的方向一文中，指出感應(yīng)電流的方向是這樣確定的：它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與引起感應(yīng)的原磁場(chǎng)的變化方向相反。這對(duì)充實(shí)、完善電磁感應(yīng)規(guī)律是一大貢獻(xiàn)。后被稱(chēng)為楞次定律，這一定律表明，電磁感應(yīng)現(xiàn)象也是尊從能量守恒定律的。,.,46,（四）法拉第的“力線”思想,法拉第從廣泛的實(shí)驗(yàn)研究中構(gòu)想出描繪電磁作用的“力線”圖象。他認(rèn)為電荷和磁極周?chē)目臻g充滿了力線，靠力線（包括電力線和磁力線）將電荷（或磁極）聯(lián)系在一起。力線就象是從電荷（或磁極）發(fā)出、又落到電荷（或磁極）的一根根皮筋一樣，具有在長(zhǎng)度方向力圖收縮，在側(cè)向力圖擴(kuò)張的趨勢(shì)。他以豐富的想象力闡述電磁作用的本質(zhì)。,1851年他在論文論磁力線中指出：“無(wú)論導(dǎo)線事垂直還是傾斜地切過(guò)磁力線，也無(wú)論它是沿著某一方向或沿著另一方向，這根導(dǎo)線都能把它所切割過(guò)的力線中的力匯集在一起”，因此“形成電流的力應(yīng)該正比于切割磁力線的數(shù)量”。,.,47,法拉第是電磁場(chǎng)理論的奠基人，他首先提出了磁力線、電力線的概念，在電磁感應(yīng)、電化學(xué)、靜電感應(yīng)的研究中進(jìn)一步深化和發(fā)展了力線思想，并第一次提出場(chǎng)的思想，建立了電場(chǎng)法、磁場(chǎng)的概念，否定了超距作用觀點(diǎn)。愛(ài)因斯坦曾指出，場(chǎng)的思想是法拉第最富有創(chuàng)造性的思想，是自牛頓以來(lái)最重要的發(fā)現(xiàn)。麥克斯韋正是繼承和發(fā)展了法拉第的場(chǎng)的思想，為之找到了完美的數(shù)學(xué)表示形式從而建立了電磁場(chǎng)理論。,法拉第研究了電介質(zhì)對(duì)電力作用的影響，認(rèn)識(shí)到這一影響表明電力不可能是超距作用，而是通過(guò)電介質(zhì)狀態(tài)的變化；即使沒(méi)有電介質(zhì)，空間也會(huì)產(chǎn)生某種變化，布滿了力線。后來(lái)，法拉第又進(jìn)一步研究了磁介質(zhì)，解釋了順磁性和反磁性。電磁感應(yīng)現(xiàn)象則解釋為磁鐵周?chē)嬖谀撤N“電應(yīng)力狀態(tài)”（electrotonicstate），當(dāng)導(dǎo)線在其附近運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到應(yīng)力作用而有電荷作定向運(yùn)動(dòng)；回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)則是由于穿過(guò)回路的磁力線數(shù)目發(fā)生了變化。,.,48,（五）法拉第及其電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究,法拉第一生作出了很多的科學(xué)貢獻(xiàn)，發(fā)表了大量實(shí)驗(yàn)方面的論文，后來(lái)這些論文匯集在三卷本的名為電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的巨著中。這部由三千多節(jié)組成的巨著真實(shí)而詳細(xì)地記錄了他一生中成功的和失敗的16041個(gè)實(shí)驗(yàn)，凝聚了他的實(shí)驗(yàn)研究成果和對(duì)物理學(xué)的深刻見(jiàn)解，對(duì)以后的幾代物理學(xué)家甚至對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)家都有深刻的教益。,1867年，就在法拉第逝世的那一年，一位名叫愛(ài)迪生(T.A.Edison,1847-1931)的美國(guó)青年在波士頓街頭的一個(gè)舊書(shū)攤上買(mǎi)到幾本殘缺不全的法拉第著作，其中就有電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。愛(ài)迪生后來(lái)說(shuō)：“這一筆小錢(qián)花得很值，是自己一生中收益最大的投資。”法拉第電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)愛(ài)迪生一生的發(fā)明創(chuàng)造富有啟迪。,.,49,麥克斯韋(JamesClerkMaxwell，18311879)，英國(guó)物理學(xué)家，經(jīng)典電磁理論的奠基人1831年8月31日出生于愛(ài)丁堡。自幼聰穎，15歲就在愛(ài)丁堡皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊上發(fā)表了一篇關(guān)于二次曲線作圖問(wèn)題的論文，已顯露出出眾的才華。,1847年進(jìn)入愛(ài)丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理。1850年轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院數(shù)學(xué)系學(xué)習(xí)，1854年以第二名的成績(jī)獲史密斯獎(jiǎng)學(xué)金，畢業(yè)留校任職兩年。1856年在蘇格蘭阿伯丁的馬里沙耳任自然哲學(xué)教授。1860年到倫敦國(guó)王學(xué)院任自然哲學(xué)和天文學(xué)教授。1861年選為倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。1865年春辭去教職回到家鄉(xiāng)系統(tǒng)地總結(jié)他的關(guān)于電磁學(xué)的研究成果，完成了電磁場(chǎng)理論的經(jīng)典巨著論電和磁并于1873年出版，1871年受聘為劍橋大學(xué)新設(shè)立的卡文迪什實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授，負(fù)責(zé)籌建著名的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，1874年建成后擔(dān)任這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的第一任主任。1879年11月5日麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅48歲。,四電磁場(chǎng)理論的建立,（一）麥克斯韋生平,.,50,Maxwell全面總結(jié)了電磁學(xué)研究的成果,并在此基礎(chǔ)上提出了“渦旋電場(chǎng)”和“位移電流”假說(shuō)，建立了完整的電磁理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系及統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。他在創(chuàng)建電磁場(chǎng)理論的奮斗中作了三次飛躍，前后歷程達(dá)十余年。,1856年，麥克斯韋發(fā)表了第一篇關(guān)于電磁理論的論文，題為：論法拉第力線。在這篇論文中，他發(fā)展了W.湯姆生的類(lèi)比方法，用不可壓縮的流體的流線類(lèi)比于法拉第的力線，把流線的數(shù)學(xué)表達(dá)式用到靜電理論中。流線不會(huì)中斷，力線也不會(huì)中斷，只能發(fā)源于電荷或磁極，或者形成閉合曲線。麥克斯韋通過(guò)類(lèi)比，明確了兩類(lèi)不同的概念，一類(lèi)相當(dāng)于流體中的力，E和H就是；另一類(lèi)相當(dāng)于流體的流量，D和B屬于這一類(lèi)。麥克斯韋進(jìn)一步討論了這兩類(lèi)量的性質(zhì)。流量遵從連續(xù)性方程，可以沿曲面積分，而力則應(yīng)沿線段積分。,（二）麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,.,51,隔了5年以后，麥克斯韋又回過(guò)來(lái)研究電磁理論，寫(xiě)了第二篇論文，題為論物理力線。內(nèi)容分四個(gè)部分，分別載于1861年和1862年的哲學(xué)雜志上。他的“目的是研究介質(zhì)中的應(yīng)力和運(yùn)動(dòng)的某些狀態(tài)的力學(xué)效果，并將它們與觀察到的電磁現(xiàn)象加以比較，從而為了解力線的實(shí)質(zhì)作準(zhǔn)備。”,1865年麥克斯韋發(fā)表了關(guān)于電磁場(chǎng)理論的第三篇論文：電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論，全面地論述了電磁場(chǎng)理論。在這篇論文中，麥克斯韋提出了電磁場(chǎng)的普遍方程組，共20個(gè)方程，包括20個(gè)變量。,這20個(gè)變量是：電磁動(dòng)量F、G、H；磁力（即磁場(chǎng)強(qiáng)度）、；電動(dòng)熱P、Q、R；傳導(dǎo)電流p、q、r；電位移f、g、h；全電流（包括位移的變化）p、q、r；自由電荷電量e；以及電位。20個(gè)方程是：電位移方程、磁場(chǎng)力方程、電流方程、電動(dòng)勢(shì)方程、電彈性方程、電阻方程、自由電荷方程、連續(xù)性方程。實(shí)際相當(dāng)于8個(gè)方程，其中6個(gè)是矢量方程。,.,52,.,53,直到1890年，赫茲才給出簡(jiǎn)化的對(duì)稱(chēng)形式，整個(gè)方程組只包括四個(gè)矢量方程，一直