電磁學(xué)發(fā)展史

關(guān)于電磁學(xué)發(fā)展史第一頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日一、磁與靜電

希臘七賢中有一位名叫泰勒斯的哲學(xué)家。公元前600年前后，泰勒斯看到當(dāng)時(shí)的希臘人通過(guò)摩擦琥珀吸引羽毛，用磁鐵礦石吸引鐵片的現(xiàn)象，曾對(duì)其原因進(jìn)行過(guò)一番思考。據(jù)說(shuō)他的解釋是：“萬(wàn)物皆有靈。磁吸鐵，故磁有靈。”這里所說(shuō)的“磁”就是磁鐵礦石。希臘人把琥珀叫做“elektron”（與英文“電”同音）。他們從波羅的海沿岸進(jìn)口琥珀，用來(lái)制作手鐲和首飾。當(dāng)時(shí)的寶石商們也知道摩擦琥珀能吸引羽毛，不過(guò)他們認(rèn)為那是神靈或者魔力的作用。第二頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

在東方，中國(guó)人民早在公元前2500年前后就已經(jīng)具有天然的磁石知識(shí)。古人將磁石稱為慈石來(lái)形容磁石“以為母也，故能引其子”的功能。據(jù)《呂氏春秋》一書記載，中國(guó)在公元前1000年前后就已經(jīng)有的指南針，他們?cè)诠糯鸵呀?jīng)用磁針來(lái)辨別方向了。在13世經(jīng)羅盤就已經(jīng)在航海中得到了應(yīng)用。那時(shí)的羅盤是把加工成針形的磁鐵礦石放在秸稈里，使之能浮在水面上。第三頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

到了14世紀(jì)初，又制成了用繩子把磁針吊起來(lái)的航海羅盤。這種羅盤在1492年哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲新大陸以及1519年麥哲倫發(fā)現(xiàn)環(huán)繞地球一周的航線時(shí)發(fā)揮了重要的作用。

十三世紀(jì)前后，歐洲學(xué)術(shù)復(fù)興，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究自然規(guī)律蔚然成風(fēng)。當(dāng)時(shí)通過(guò)磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了磁石有兩極，并命名為N極和S極，并證實(shí)了異性磁極相吸，同性磁極相斥。還發(fā)現(xiàn)一根磁針斷為兩半時(shí)，第四頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

每一半又各自成為一根獨(dú)立的小磁針。但這股實(shí)驗(yàn)風(fēng)氣，立即遭到教廷中那些僧侶的反對(duì)，被壓了下去。電和磁的研究又進(jìn)入了停頓期。直到英國(guó)人吉爾伯特——作為伊麗莎白女王的御醫(yī)，他在當(dāng)醫(yī)生的同時(shí)，也對(duì)磁進(jìn)行了研究。他總結(jié)了多年來(lái)關(guān)于磁的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，于1600年出了一本取名為《論磁學(xué)》的書。書中指出地球本身就是一塊大磁石，并且詳細(xì)地闡述了羅盤的磁傾角問(wèn)題。吉爾伯特還認(rèn)真研究了摩擦琥珀吸引羽毛的現(xiàn)象，指出這種現(xiàn)象不僅存在于

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琥珀上，而且存在于硫磺，毛皮，陶瓷，火漆，紙，絲綢，金屬，橡膠等是摩擦起電物質(zhì)系列。把這個(gè)系列中的兩種物質(zhì)相互摩擦，系列中排在前面的物質(zhì)將帶正電，排在后面的物質(zhì)將帶負(fù)電。

那時(shí)候，主要的研究方法就是思考，而他主張真正的研究應(yīng)該以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，他提出這種主張并付諸實(shí)踐，在這點(diǎn)上，可以說(shuō)吉爾伯特是近代科學(xué)研究方法的開(kāi)創(chuàng)者。第六頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1663年，蓋里克發(fā)明摩擦起電機(jī);1720年，英國(guó)牧師格雷研究了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象;1733年，杜非分別了兩種電：松脂電和玻璃電；1746年，富蘭克林提出了正電、負(fù)電的概念一直沿用至今。電這個(gè)神奇的精靈總是一閃而逝，與對(duì)它好奇，并熱心研究它的人捉迷藏，但它還是沒(méi)有逃過(guò)人類智慧——終于有一天，人們?cè)谌R頓瓶里捉住了它······第七頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1745年，荷蘭萊頓城萊頓大學(xué)教授馬森布洛克（Musschenbrock)發(fā)現(xiàn)了萊頓瓶，為貯存電荷找到了一個(gè)方法。萊頓瓶就是一個(gè)玻璃瓶，在瓶里和瓶外分別貼有錫箔。瓶里錫箔通過(guò)金屬鏈與金屬棒連接，棒的上端是一個(gè)金屬球。法國(guó)人諾萊特在一座巴黎大教堂前邀請(qǐng)了法國(guó)路易十五的皇室成員臨場(chǎng)觀看：七百名修道士手拉手排成一行，排頭的修道士用手握住萊頓瓶，當(dāng)萊頓瓶充電后，讓排尾的修道士觸摸萊頓瓶的引線。頓時(shí)，七百名修道士幾乎同時(shí)跳了起來(lái)。在場(chǎng)的人目瞪口呆，從而展示了電的巨大威力。第八頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

在公元前的中國(guó)，打雷被認(rèn)為是神的行為。說(shuō)是有五位司雷電的神仙，其長(zhǎng)者稱為雷祖，雷祖之下是雷公和電母。打雷就是雷公在天上敲大鼓，閃電就是電母用兩面鏡子把光射向下界。到了亞里斯多德時(shí)代就已經(jīng)比較科學(xué)了。認(rèn)為雷的發(fā)生是由于大地上的水蒸氣上升，形成雷雨云，雷雨云遇到冷空氣凝縮而變成雷雨，同時(shí)伴隨出現(xiàn)強(qiáng)光。認(rèn)為雷是靜電而產(chǎn)生的是英國(guó)人沃爾，那是1708年的事。1748年，富蘭克林基于同樣的認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)了避雷針。

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富蘭克林（1706-1790）美國(guó)人，在全家17個(gè)孩子中排行15，其父是小手工業(yè)者，家境貧困。他在10歲時(shí)綴學(xué)，

12歲當(dāng)印刷所學(xué)徒，閱讀了許多書籍，后來(lái)成為科學(xué)家和政治家。他科學(xué)興趣廣泛，研究了火爐的改良，植物的移植，傳染病的防治，研究了極光現(xiàn)象，寫出了《電學(xué)的實(shí)驗(yàn)和研究》的著作。他還是獨(dú)立宣言和美國(guó)憲法的起草人之一，為祖國(guó)的獨(dú)立和解放作出了貢獻(xiàn)的政治活動(dòng)家。美國(guó)獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng)期間，已經(jīng)年老的富蘭克林代表初創(chuàng)的美國(guó)出使法國(guó)，利用英法之間的矛盾爭(zhēng)取了法國(guó)的援助。第十頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1743年創(chuàng)立美國(guó)哲學(xué)學(xué)會(huì)；1751年協(xié)助創(chuàng)辦賓夕法尼亞大學(xué)，1756年當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。自己寫的墓志銘：“印刷工富蘭克林”。富蘭克林40歲時(shí)，觀看了電學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而對(duì)電有了興趣。其中有一個(gè)想法，天上的電和地電是統(tǒng)一的嗎?1752年7月，一個(gè)電閃雷鳴的上午，他將一個(gè)風(fēng)箏放到空中，風(fēng)箏下有一根鐵絲，鐵絲下栓一根麻繩，麻繩的下一端拴絲線，繩線接觸處栓了一把鑰匙。同時(shí)他還把從云端“吸取”的電荷收集在萊頓瓶中，并進(jìn)行其它實(shí)驗(yàn)。第十一頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

現(xiàn)象：麻繩上得纖維向四周自立，猶如“怒發(fā)沖冠”，銅鑰匙可以給萊頓瓶充電，與摩擦電性質(zhì)完全相同。小插曲：為了驗(yàn)證“地電”與“天電”的相同處，富蘭克林想到雷可以擊死動(dòng)物，于是他就實(shí)驗(yàn)用“地電”去擊殺火雞，結(jié)果被電打昏了。蘇醒后，卻不介意地說(shuō)：“我本想用電殺死一只火雞，結(jié)果差點(diǎn)電死了一個(gè)傻瓜。”然而，風(fēng)險(xiǎn)是的確存在的。1753年，俄國(guó)的利赫曼在做大氣放電實(shí)驗(yàn)時(shí)不幸中電身亡，為科學(xué)獻(xiàn)身。富蘭克林的工作，揭開(kāi)了雷電的奧秘，統(tǒng)一了“天電”和“地電”，震驚了科學(xué)界；富蘭克林還將其發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用——避雷針誕生了。

第十二頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日從定性到定量——庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn)

1．電力作用的猜測(cè)

1759年，德國(guó)柏林科學(xué)院院士愛(ài)皮努斯（F.U.T.Aepinus)在書中假設(shè)電荷之間的斥力和吸力隨帶電物體的距離的減小而增大。1760年，D.伯努利首先猜測(cè)電力會(huì)不會(huì)跟萬(wàn)有引力一樣，服從平方反比定律。他的想法在當(dāng)時(shí)具有一定的代表性。2．富蘭克林的空罐實(shí)驗(yàn)用絲線將一小塊軟木懸掛在帶電金屬罐外的附近，軟木受到吸引。但把它懸掛在罐內(nèi)時(shí)，不論在罐內(nèi)何處，它都不受電力。富蘭克林寫信將這一現(xiàn)象告之他的英國(guó)朋友普利斯特利（化學(xué)家，氧氣的發(fā)現(xiàn)者），普利斯特利想到:1687年牛頓曾證明:萬(wàn)有引力若服從平方反比定律，則均勻的物質(zhì)球殼對(duì)殼內(nèi)物體應(yīng)無(wú)作用。第十三頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

普利斯特利重復(fù)了上述實(shí)驗(yàn)，并將空罐實(shí)驗(yàn)與牛頓推理類比。在1767年《電學(xué)歷史和現(xiàn)狀極其原始實(shí)驗(yàn)》一書中他寫到：“難道我們就不能從這個(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，即平方反比關(guān)系，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力，決不會(huì)大于另一邊的吸引?！钡?，普利斯特利的結(jié)論并沒(méi)有得到科學(xué)界的重視，因?yàn)樗麤](méi)有進(jìn)行的論證，只是處于猜測(cè)階段。第十四頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日3.羅比遜實(shí)驗(yàn)

羅比遜（JohnRobiso，蘇格蘭人），受愛(ài)皮努斯的影響，設(shè)計(jì)了一個(gè)杠桿裝置，利用活動(dòng)桿所受重力和電力的平衡，從支架的平衡角度求電力與距離的關(guān)系。并得出結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，電力服從平方反比定律。

4.庫(kù)侖的引力實(shí)驗(yàn)

（1）

庫(kù)侖生平(C.A.Coulomb,1736-1806)，法國(guó)人，青年時(shí)是軍事工程師，1764年起服軍役，1776年因身體原因回到巴黎，從此致力于科學(xué)研究。1779年因研究磁石問(wèn)題獲獎(jiǎng)勵(lì)，

1781年因關(guān)于摩擦的研究獲法國(guó)科學(xué)院獎(jiǎng)勵(lì)，同年因論述扭力的論文被選為法國(guó)科學(xué)院院士。第十五頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日2.同種電荷的斥力測(cè)量——庫(kù)侖的扭秤實(shí)驗(yàn)由于金屬絲的扭力正比于扭轉(zhuǎn)角，將扭絲懸掛起來(lái)，通過(guò)扭轉(zhuǎn)角的大小即可測(cè)量電荷間作用力的大小，其精度可達(dá)萬(wàn)分之一格令，1785年庫(kù)侖據(jù)此制成電秤，用以測(cè)定電力，叫作庫(kù)侖扭秤。但對(duì)于異種電荷，由于兩球相吸，接觸后電荷中和，無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3.異種電荷的引力測(cè)量——庫(kù)侖電擺實(shí)驗(yàn)和單擺類比：由于地球?qū)ξ矬w的作用力反比于兩者之間距離的平方，所以地面上的單擺的擺動(dòng)周期正比于擺錘離地心的距離，即T∝r{∵T=2π(L/g)1/2和g≈GM/r2，將后式g代入前式}。若電荷間的引力也遵循距離平方的反比關(guān)系，則由帶電體間引力產(chǎn)生的物體的擺動(dòng)，其擺動(dòng)周期T必定也正比于兩帶電體之間的距離r，從而設(shè)計(jì)電擺實(shí)驗(yàn)。第十六頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

庫(kù)侖通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與處理，得出電的引力和斥力都遵守平方反比規(guī)律，并于1785年在法國(guó)科學(xué)院發(fā)表論文，提出著名的庫(kù)侖定律。

庫(kù)侖定律的建立使電磁學(xué)進(jìn)入了定量的研究，使電磁學(xué)真正成為一門科學(xué)。

類比的研究方法：如果不是與萬(wàn)有引力進(jìn)行類比，單靠實(shí)驗(yàn)具體數(shù)據(jù)的積累，嚴(yán)格的庫(kù)侖定律的形式將很難得到。由此我們可以看到類比在科學(xué)研究中的作用。第十七頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

賈法尼

（1737-1798）的研究:

意大利人，解剖學(xué)教授。1780年他與學(xué)生解剖青蛙，發(fā)現(xiàn)電火花會(huì)使蛙腿抽搐，后來(lái)他又發(fā)現(xiàn)當(dāng)用銅鉤倒掛蛙腿，再用鐵梁橫挑，蛙腿也會(huì)痙攣。1791年發(fā)表了論文《論肌肉運(yùn)動(dòng)中的電力》。他是發(fā)現(xiàn)電流的第一人，但認(rèn)為是一種動(dòng)物電。意大利帕維大學(xué)教授伏達(dá)，否定了伽伐尼動(dòng)物說(shuō)。他認(rèn)為，電來(lái)自兩種不同金屬的接觸，青蛙只不過(guò)是起了驗(yàn)電器的作用。

二、由靜電到“動(dòng)電”（電流）第十八頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

通過(guò)用各種金屬進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，意大利帕維亞大學(xué)教授伏達(dá)（1745～1827

證明了鋅，鉛，錫，鐵，銅，銀，金，石墨是個(gè)金屬電壓系列，當(dāng)這個(gè)系列中的兩種金屬相互接觸時(shí)，系列中排在前面的金屬帶正電，排在后面的金屬帶負(fù)電。他把銅和鋅做為兩個(gè)電極置于稀硫酸中，從而發(fā)明了第一個(gè)直流電源伏達(dá)電池。電壓的單位“伏特”就是以他的名字命名的。電池的發(fā)明，提供了產(chǎn)生恒定電流的電源，使電學(xué)從靜電走向動(dòng)電，為人們研究電流的各種效應(yīng)提供了條件。從此電學(xué)進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期。第十九頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

伏達(dá)和賈法尼的爭(zhēng)辯：伏達(dá)反復(fù)重做賈法尼的實(shí)驗(yàn)，仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)電并不是發(fā)生于動(dòng)物組織內(nèi)，而是由于金屬或是木炭的組合而產(chǎn)生的。于是伏達(dá)完全不使用動(dòng)物的組織，僅用不同的金屬相接觸，使用萊頓瓶及金箔檢電器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在接觸面上會(huì)產(chǎn)生電壓，稱為接觸壓。這種裝置可以同時(shí)用不同的幾種的金屬，提高實(shí)驗(yàn)效果，但是總無(wú)法產(chǎn)生連續(xù)不斷的電流。

第二十頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

伏達(dá)同時(shí)注意到賈法尼的實(shí)驗(yàn)中也是使用不同的金屬，而實(shí)驗(yàn)中的青蛙腿可以看作一種潮濕的物質(zhì)，所以就使用能夠?qū)щ姷柠}水液體代替動(dòng)物組織試驗(yàn)之，終于因此發(fā)現(xiàn)了電池的原理，做出了著名的伏達(dá)電堆與伏達(dá)電池。在伏達(dá)之前，人們只能應(yīng)用摩擦發(fā)電機(jī)，運(yùn)用旋轉(zhuǎn)以發(fā)電，再將電存放在萊頓瓶中，以供使用，這種方式相當(dāng)麻煩，所得的電量也受限制。伏達(dá)電池的發(fā)明改進(jìn)了這些缺點(diǎn)，使得電的取得變成非常方便，現(xiàn)在電氣所帶來(lái)的文明，伏達(dá)電池是一個(gè)重要的起步，他帶動(dòng)后續(xù)電氣相關(guān)研究的蓬勃發(fā)展，后來(lái)利用電磁感應(yīng)原理的第二十一頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

電動(dòng)機(jī)，和發(fā)電機(jī)研發(fā)成功也得歸功于它，而發(fā)電機(jī)之后電氣文明的開(kāi)始，導(dǎo)致第二次產(chǎn)業(yè)革命改變?nèi)祟惿鐣?huì)的結(jié)構(gòu)。

賈法尼和伏達(dá)是朋友，賈法尼相當(dāng)堅(jiān)持自己的看法，伏達(dá)的反對(duì)意見(jiàn)觸使賈法尼更進(jìn)一步的研究，這一次他乾脆不用任何金屬做導(dǎo)體，剝出一條青蛙腿的神經(jīng)，一端縛在另一條腿的肌肉上，另一端和脊髓相接，結(jié)果腿仍然會(huì)有抽搐現(xiàn)象，證明了表現(xiàn)在青蛙腿上的電刺激，可以僅僅來(lái)自動(dòng)物本身，這就是所謂的賈法尼電池、賈法尼電流。賈法尼創(chuàng)造出動(dòng)物電，導(dǎo)致電生理學(xué)的建立。

第二十二頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

歐姆定律

歐姆（1787-1854）：德國(guó)人，家境貧困，中斷大學(xué)學(xué)業(yè)后當(dāng)了中學(xué)老師。后被慕尼黑大學(xué)任命為教授。歐姆是在傅立葉的熱傳導(dǎo)理論的啟發(fā)下進(jìn)行的電學(xué)研究。他將付里葉在熱學(xué)中提出的熱流、熱阻，類比電學(xué)中的電流、電阻，溫度差類比電勢(shì)差。認(rèn)為導(dǎo)線中兩點(diǎn)之間的電流也許正比于這兩點(diǎn)間的某種推動(dòng)力之差（歐姆稱之為電張力）。

第二十三頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

為了證實(shí)上述類比的正確性，歐姆做了很多實(shí)驗(yàn)研究。開(kāi)始?xì)W姆所用電源是伏打電堆，由于這種電源不穩(wěn)定，給實(shí)驗(yàn)工作帶來(lái)很大困難。1821年，塞貝克（T.J.Seebeck)發(fā)明了溫差電偶。歐姆采納波根道夫的建議，采用溫差電偶做電源，從而得到穩(wěn)定的電源，為后來(lái)實(shí)驗(yàn)的成功提供了條件。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在1826年發(fā)現(xiàn)了歐姆定律，使與電流相關(guān)的物理量可以測(cè)定和推出。人們?yōu)榧o(jì)念他，將電阻的單位定為“歐姆”。

第二十四頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日三點(diǎn)補(bǔ)充：1、從1820年起，他開(kāi)始研究電磁學(xué)。歐姆的研究工作是在十分困難的條件下進(jìn)行的。他不僅要忙于教學(xué)工作，而且圖書資料和儀器都很缺乏，他只能利用業(yè)余時(shí)間，自己動(dòng)手設(shè)計(jì)和制造儀器來(lái)進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。1826年，歐姆發(fā)現(xiàn)了電學(xué)上的一個(gè)重要定律——?dú)W姆定律，這是他最大的貢獻(xiàn)。這個(gè)定律在我們今天看來(lái)很簡(jiǎn)單，然而它的發(fā)現(xiàn)過(guò)程卻并非如一般人想象的那么簡(jiǎn)單。歐姆為此付出了十分艱巨的勞動(dòng)。在那個(gè)年代，人們對(duì)電流強(qiáng)度、電壓、電阻等概念都還不大清楚，特別是電阻的概念還沒(méi)有，當(dāng)然也就根本談不上對(duì)它們進(jìn)行精確測(cè)量了；況且歐姆本人在他的研究過(guò)程中，也幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)跟他那個(gè)時(shí)代的物理學(xué)家進(jìn)行接觸，他的這一發(fā)現(xiàn)是獨(dú)立進(jìn)行的。歐姆獨(dú)創(chuàng)地運(yùn)用庫(kù)侖的方法制造了電流扭力秤，用來(lái)測(cè)量電流強(qiáng)度，引入和定義了電動(dòng)勢(shì)、電流強(qiáng)度和電阻的精確概念。

第二十五頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日2、靈巧的手藝是從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)之本

歐姆的家境十分困難，但從小受到良好的熏陶——父親是個(gè)技術(shù)熟練的鎖匠，還愛(ài)好數(shù)學(xué)和哲學(xué)。父親對(duì)他的技術(shù)啟蒙，使歐姆養(yǎng)成了動(dòng)手的好習(xí)慣，他心靈手巧，做什么都像樣。物理是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，如果只會(huì)動(dòng)腦不會(huì)動(dòng)手，那么就好像是用一條腿走路，走不快也走不遠(yuǎn)。歐姆要不是有這一手好手藝，木工、車工、鉗工樣樣都能來(lái)一手，那么他是不可能獲得如此成就的。在進(jìn)行了電流隨電壓變化的實(shí)驗(yàn)中，正是歐姆巧妙地利用電流的磁效應(yīng)，自己動(dòng)手制成了電流扭秤，用它來(lái)測(cè)量電流強(qiáng)度，才取得了較精確的結(jié)果。

第二十六頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日3、烏云和塵埃遮不住科學(xué)真理之光

1827年，歐姆發(fā)表《賈法尼電路的數(shù)學(xué)論述》，從理論上論證了歐姆定律，歐姆滿以為研究成果一定會(huì)受到學(xué)術(shù)界的承認(rèn)也會(huì)請(qǐng)他去教課。可是他想錯(cuò)了。書的出版招來(lái)不少諷刺和詆毀，大學(xué)教授們看不起他這個(gè)中學(xué)教師。德國(guó)人鮑爾攻擊他說(shuō)：“以虔誠(chéng)的眼光看待世界的人不要去讀這本書，因?yàn)樗內(nèi)皇遣豢芍眯诺钠垓_，它的唯一目的是要褻瀆自然的尊嚴(yán)?！边@一切使歐姆十分傷心，他在給朋友的信中寫道：“伽伐尼電路的誕生已經(jīng)給我?guī)?lái)了巨大的痛苦，我真抱怨它生不逢時(shí)，因?yàn)樯罹映⒌娜藢W(xué)識(shí)淺薄，他們不能理解它的母親的真實(shí)感情?！?/p>

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當(dāng)然也有不少人為歐姆抱不平，發(fā)表歐姆論文的《化學(xué)和物理雜志》主編施韋格（即電流計(jì)發(fā)明者）寫信給歐姆說(shuō)：“請(qǐng)您相信，在烏云和塵埃后面的真理之光最終會(huì)透射出來(lái)，并含笑驅(qū)散它們?！睔W姆辭去了在科隆的職務(wù)，又去當(dāng)了幾年私人教師，直到七、八年之后，隨著研究電路工作的進(jìn)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到歐姆定律的重要性，歐姆本人的聲譽(yù)也大大提高。1841年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)授予他科普利獎(jiǎng)?wù)拢?842年被聘為國(guó)外會(huì)員，1845年被接納為巴伐利亞科學(xué)院院士。1849年他當(dāng)上了慕尼黑大學(xué)物理教授。1854年7月6日，歐姆在德國(guó)曼納希逝世。1888年2月12日,歐姆被評(píng)為世界十大奇跡。為紀(jì)念他，電阻的單位“歐姆”，以他的姓氏命名。

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三、電生磁

自吉爾伯特開(kāi)始以來(lái)的二百多年，電和磁一直是毫無(wú)關(guān)系的兩門學(xué)科，圍繞電與磁尋找自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系，成為一種潮流。1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，繼泰勒斯2400年之后，建立了電與磁的聯(lián)系。

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“頓牟綴芥，磁石引針”說(shuō)明電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的相似性；電力與磁力都遵守平方反比定律，說(shuō)明它們有類似的規(guī)律。但電與磁有沒(méi)有聯(lián)系呢？

17世紀(jì)初，吉爾伯特?cái)嘌?，他們之間沒(méi)有因果關(guān)系；庫(kù)侖也持相同觀點(diǎn)。

1731年一名英國(guó)商人的一箱新刀在閃電過(guò)后帶上了磁性；1751年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)縫紉針經(jīng)過(guò)萊頓瓶放電后磁化了。

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？”第三十頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

奧斯特

(HansChristianOersted,1777～1851年)丹麥物理學(xué)家、化學(xué)家。1777年8月14日生于丹麥的路克賓。1794年他進(jìn)入哥本哈根大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)和自然科學(xué)，1799年獲得博士學(xué)位。1801—1803年他旅游德國(guó)、法國(guó)等地，于1804年回國(guó)。1806年被聘為哥本哈根大學(xué)物理、化學(xué)教授，研究電流和聲等課題。1824年倡儀成立丹麥自然科學(xué)促進(jìn)會(huì)，1829年出任哥本哈根理工學(xué)院院長(zhǎng)，直到1851年3月9日在哥本哈根逝世，終年74歲。第三十一頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1819年冬，奧斯特在哥本哈根為一些科學(xué)工作者講授電磁學(xué)方面的問(wèn)題，當(dāng)時(shí)他正在研究電流對(duì)磁針是否有作用的課題，但一直沒(méi)有什么成效。1820年的一天，他突然想到以前的實(shí)驗(yàn)總是把電流的磁力想成是縱向力，是否這就是失敗的原因呢？他猜測(cè)電流對(duì)磁針的作用力可能是橫向的。一天他在講課快結(jié)束時(shí)突然來(lái)了“靈感”，對(duì)聽(tīng)眾說(shuō)：“讓我把導(dǎo)線與磁針平行放置來(lái)試試看！”于是在課堂上進(jìn)行了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：講桌上放置一個(gè)伏打電堆，用金屬絲把它的兩極連起來(lái)，并將一個(gè)小磁針與導(dǎo)線平行地放置在導(dǎo)第三十二頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

線的下方，在接通電源一瞬間，小磁針出人意料地轉(zhuǎn)動(dòng)了，并在垂直于導(dǎo)線的方向停了下來(lái)。教室的聽(tīng)眾對(duì)此無(wú)動(dòng)于衷，而奧斯特卻激動(dòng)萬(wàn)分。課后他留在教室里，進(jìn)一步核對(duì)他剛剛發(fā)現(xiàn)的這個(gè)不尋常的現(xiàn)象。起初他想磁針的運(yùn)動(dòng)也許是因?yàn)殡娏魇箤?dǎo)線變熱而產(chǎn)生的空氣流動(dòng)所引起的。為檢驗(yàn)這一點(diǎn)，他把一塊硬紙板放在導(dǎo)線與磁針之間以阻擋氣流，但是毫無(wú)變化，現(xiàn)象仍與先前一樣。然后他把伏打電堆轉(zhuǎn)了180°，使導(dǎo)線中的電流反向，結(jié)果磁針也轉(zhuǎn)了180°，磁針的北極指向了原來(lái)南極所指的方向。

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奧斯特抓住了小磁針的這一動(dòng)。接著進(jìn)行了3個(gè)月的連續(xù)實(shí)驗(yàn)，終于在1820年7月21日在法國(guó)雜志《化學(xué)與物理學(xué)年鑒》上發(fā)表了他的論文。該雜志不僅破例給以全文發(fā)表，還加上了這樣不同尋常的按語(yǔ)：“年鑒的讀者都知道，本刊從不輕易支持宣稱有驚人發(fā)現(xiàn)的報(bào)告，至今我們都因?yàn)槟軌驁?jiān)持這一方針而自詡。但是，至于說(shuō)到奧斯特先生的文章，則其所得結(jié)果無(wú)論顯得多么奇特，都有極詳細(xì)的記錄為證，以至無(wú)任何懷疑其謬誤的余地?！边@說(shuō)明電流的磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)時(shí)的科學(xué)界中，引起多么大的震驚和重視。奧斯特的這一偉大發(fā)現(xiàn)，被作為劃時(shí)代的一頁(yè)載入了史冊(cè)。為了紀(jì)念他，從1934年起，磁場(chǎng)強(qiáng)度單位命名為奧斯特。

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奧斯特的發(fā)現(xiàn)和牛頓力學(xué)的基本原理是相互矛盾的。在牛頓力學(xué)中，自然界的力只能是作用于物體連線上的吸引或排斥力，即直接推拉性質(zhì)的“中心力”。而奧斯特發(fā)現(xiàn)的卻是一種“旋轉(zhuǎn)力”。他稱之為“螺旋線”，實(shí)際上就是關(guān)于磁的橫向效應(yīng)或電流所引起的渦流磁場(chǎng)的直觀描述，是“場(chǎng)”的思想的開(kāi)端。奧斯特第一個(gè)揭示出了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系，為電流計(jì)、電報(bào)和電機(jī)的發(fā)明制造開(kāi)辟了道路，并為電磁場(chǎng)理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

第三十五頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日畢奧-薩伐爾定律

（電生磁的量化）

電流激發(fā)磁場(chǎng)的基本規(guī)律是電流元激發(fā)磁場(chǎng)的規(guī)律，叫做畢奧-薩伐爾定律。它是法國(guó)科學(xué)家畢奧(1774～1862)和薩伐爾(1791～1874)在研究長(zhǎng)直導(dǎo)線中電流的磁場(chǎng)對(duì)磁極作用力的基礎(chǔ)上提出的。

載流導(dǎo)線中的電流為I，導(dǎo)線半徑比到觀察點(diǎn)P的距離小得多，即為線電流。在線電流上取長(zhǎng)為dl的定向線元，規(guī)定的方向與電流的方向相同，為電流元。第三十六頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

電流元在給定點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與成正比，與到電流元的距離平方成反比，與電流元和矢徑夾角的正弦成正比。

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安德烈·瑪麗·安培（André-MarieAmpère，1775年—1836年），法國(guó)物理學(xué)家，在電磁作用方面的研究成就卓著，對(duì)數(shù)學(xué)和化學(xué)也有貢獻(xiàn)。電流的國(guó)際單位安培即以其姓氏命名。1775年1月22日生于里昂一個(gè)富商家庭，1836年6月10日卒于馬賽。1802年他在布爾讓-布雷斯中央學(xué)校任物理學(xué)和化學(xué)教授；1808年被任命為法國(guó)帝國(guó)大學(xué)總學(xué)監(jiān)，此后一直擔(dān)任此職；1814年被選為帝國(guó)學(xué)院數(shù)學(xué)部成員；1819年主持巴黎大學(xué)哲學(xué)講座；1824年擔(dān)任法蘭西學(xué)院實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授。1827年當(dāng)選為英國(guó)倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。他還是柏林、斯德哥爾摩等科學(xué)院的院士。

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安培還在童年時(shí)，他就顯出了很好的數(shù)學(xué)才能，12歲時(shí)便拜著名數(shù)學(xué)家拉格朗日為老師，13歲時(shí)就發(fā)表了數(shù)學(xué)論文。

安培的可貴之處，在于他善于思索。有一次，他在街上邊走邊思考，突然想出了一個(gè)電學(xué)算式，急著想把式子列出來(lái)，正巧前面停著一輛馬車，就把馬車的車箱當(dāng)黑板了，馬車走他也走，馬車越走越快，直到追不上馬車時(shí)，他才停下來(lái)，這時(shí)街上許多人都已經(jīng)被他的這種失常行為笑得前仰后合了。

第四十頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1820年奧斯特發(fā)表了關(guān)于電流磁效應(yīng)的報(bào)告，這引起了法國(guó)學(xué)術(shù)界的震動(dòng)。安培聽(tīng)了奧斯特的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的報(bào)告后，第二天就重復(fù)了奧斯特的實(shí)驗(yàn)，并且發(fā)現(xiàn)了電流的方向和它的磁場(chǎng)的方向有著一定的規(guī)律，可以用右手來(lái)表示它們之間的關(guān)系，這就是安培定則或右手螺旋定則。

安培進(jìn)一步想，既然電流周圍產(chǎn)生了磁作用，假如把兩根通電導(dǎo)線放在一起，那么這兩股電流各自產(chǎn)生的磁場(chǎng)也會(huì)相互施加作用力。安培設(shè)計(jì)了這樣的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了它們之間存在著相互作用，并且推算出了這種力所遵循的數(shù)學(xué)公式，于是一條完整的定律便誕生了，這就是安培定律。

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安培又進(jìn)一步想，假如把直導(dǎo)線繞成螺旋形，那么磁場(chǎng)就會(huì)因?yàn)楦芗玫郊訌?qiáng)。他做了這樣的線圈(即螺線管)，果然顯示了較強(qiáng)的磁性；同時(shí)他又用右手判斷了螺線管的磁場(chǎng)方向。

他又進(jìn)一步想：既然通電的線圈類似一只磁鐵，反過(guò)來(lái)，一個(gè)天然磁體不是也像一只通電線圈嗎？那么，天然磁鐵上的電流在哪里？安培注意到這樣一個(gè)事實(shí)，那就是把一條形磁體折為兩段，結(jié)果變成了兩個(gè)獨(dú)立的磁體，照此分下去，天然磁體的每一顆粉末也都是獨(dú)立的磁體，都有N極和S極。

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安培便這樣想：在原子、分子或分子團(tuán)等物質(zhì)微粒內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流(后人也叫它“安培電流”)，分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都形成了一個(gè)微小的磁體，環(huán)性的分子電流的磁場(chǎng)使它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極。這兩個(gè)磁極是跟分子電流不可分割地聯(lián)系在一起的。未磁化的物體分子電流的方向非常紊亂，對(duì)外不顯示磁性。磁化后，分子電流的方向變得大致相同，于是對(duì)外顯示出磁作用。

安培的假說(shuō)提示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。后人評(píng)價(jià)安培說(shuō)：“安培所做的研究，屬于科學(xué)曾經(jīng)作過(guò)的最卓越的工作之列?！薄鞍才嗍请妼W(xué)領(lǐng)域里的牛頓?！?/p>

第四十三頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日安培最主要的成就是1820～1827年對(duì)電磁作用的研究:①發(fā)現(xiàn)了安培定則

奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，引起了安培注意，使他長(zhǎng)期信奉庫(kù)侖關(guān)于電、磁沒(méi)有關(guān)系的信條受到極大震動(dòng)，他全部精力集中研究，兩周后就提出了磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向和電流方向的關(guān)系及從右手定則的報(bào)告，以后這個(gè)定則被命名為安培定則。

第四十四頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日②發(fā)現(xiàn)電流的相互作用規(guī)律接著他又提出了電流方向相同的兩條平行載流導(dǎo)線互相吸引，電流方向相反的兩條平行載流導(dǎo)線互相排斥。對(duì)兩個(gè)線圈之間的吸引和排斥也作了討論。③發(fā)明了電流計(jì)

安培還發(fā)現(xiàn)，電流在線圈中流動(dòng)的時(shí)候表現(xiàn)出來(lái)的磁性和磁鐵相似，創(chuàng)制出第一個(gè)螺線管，在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)明了探測(cè)和量度電流的電流計(jì)。

第四十五頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日④提出分子電流假說(shuō)他根據(jù)磁是由運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生的這一觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)明地磁的成因和物質(zhì)的磁性。提出了著名的分子電流假說(shuō)。安培認(rèn)為構(gòu)成磁體的分子內(nèi)部存在一種環(huán)形電流——分子電流。由于分子電流的存在，每個(gè)磁分子成為小磁體，兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極。通常情況下磁體分子的分子電流取向是雜亂無(wú)章的，它們產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相抵消，對(duì)外不顯磁性。當(dāng)外界磁場(chǎng)作用后，分子電流的取向大致相同，分子間相鄰的電流作用抵消，而表面部分未抵消，它們的效果顯示出宏觀磁性。安培的分子電流假說(shuō)在當(dāng)時(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識(shí)甚少的情況下無(wú)法證實(shí)，它帶有相當(dāng)大的臆測(cè)成分；在今天已經(jīng)了解到物質(zhì)由分子組成，而分子由原子組成，原子中有繞核運(yùn)動(dòng)的電子，安培的分子電流假說(shuō)有了實(shí)在的內(nèi)容，已成為認(rèn)識(shí)物質(zhì)磁性的重要依據(jù)。

第四十六頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日⑤總結(jié)了電流元之間的作用規(guī)律——安培定律

安培做了關(guān)于電流相互作用的四個(gè)精巧的實(shí)驗(yàn)，并運(yùn)用高度的數(shù)學(xué)技巧總結(jié)出電流元之間作用力的定律，描述兩電流元之間的相互作用同兩電流元的大小、間距以及相對(duì)取向之間的關(guān)系。后來(lái)人們把這定律稱為安培定律。安培第一個(gè)把研究動(dòng)電的理論稱為“電動(dòng)力學(xué)”，1827年安培將他的電磁現(xiàn)象的研究綜合在《電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)理論》一書中。這是電磁學(xué)史上一部重要的經(jīng)典論著。

第四十七頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

他在數(shù)學(xué)和化學(xué)方面也有不少貢獻(xiàn)。他曾研究過(guò)概率論和積分偏微方程；他幾乎與H.戴維同時(shí)認(rèn)識(shí)元素氯和碘，導(dǎo)出過(guò)阿伏伽德羅定律，論證過(guò)恒溫下體積和壓強(qiáng)之間的關(guān)系，還試圖尋找各種元素的分類和排列順序關(guān)系。

第四十八頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日洛侖茲與洛侖茲力

洛侖茲，H．A．(HendrikAntoonLorentz,1853～1928)，荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，1853年7月18日生于阿納姆，并在該地上小學(xué)和中學(xué)，成績(jī)優(yōu)異，少年時(shí)就對(duì)物理學(xué)感興趣，同時(shí)還廣泛地閱讀歷史和小說(shuō)，并且熟練地掌握多門外語(yǔ)。他雖然生長(zhǎng)在基督教的環(huán)境里，但卻是一個(gè)自由思想家。

第四十九頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1870年洛侖茲考入萊頓大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理和天文。1875年獲博士學(xué)位。1877年，萊頓大學(xué)聘請(qǐng)他為理論物理學(xué)教授，這個(gè)職位最早是為J．D．范瓦耳斯設(shè)的，其學(xué)術(shù)地位很高，而這時(shí)洛侖茲年僅23歲。在萊頓大學(xué)任教35年，他對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)都是在這期間作出的。

1912年洛侖茲辭去萊頓大學(xué)教授職務(wù)，到哈勒姆擔(dān)任一個(gè)博物館的顧問(wèn)，同時(shí)兼任萊頓大學(xué)的名譽(yù)教授，每星期一早晨到萊頓大學(xué)就物理學(xué)當(dāng)前的一些問(wèn)題作演講。后來(lái)他還在荷蘭政府中任職，1919～1926年在教育部門工作，其間1921年起擔(dān)任高等教育部部長(zhǎng)。

第五十頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1911～1927年擔(dān)任索爾維物理學(xué)會(huì)議的固定主席。在國(guó)際物理學(xué)界的各種集會(huì)上，他經(jīng)常是一位很受歡迎的主持人。1923年國(guó)際科學(xué)協(xié)作聯(lián)盟委員會(huì)主席。他還是世界上許多科學(xué)院的外國(guó)院士和科學(xué)學(xué)會(huì)的外國(guó)會(huì)員。

洛侖茲于1928年2月4日在荷蘭的哈勃姆去世，終年75歲。為了悼念這位荷蘭近代文化的巨人，舉行葬禮的那天，荷蘭全國(guó)的電信、電話中止三分鐘。世界各地科學(xué)界的著名人物參加了葬禮。愛(ài)因斯坦在洛侖茲墓前致詞說(shuō)：洛侖茲的成就“對(duì)我產(chǎn)生了最偉大的影響”，他是“我們時(shí)代最偉大、最高尚的人”。

第五十一頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日科學(xué)成就

1．創(chuàng)立電子論

1892年，他開(kāi)始發(fā)表電子論的文章，他認(rèn)為一切物質(zhì)的分子都含有電子，陰極射線的粒子就是電子，電子是很小的有質(zhì)量的剛球，電子對(duì)于以太是完全透明的，以太與物質(zhì)的相互作用歸結(jié)為以太與物質(zhì)中的電子的相互作用（1897年，湯姆生用實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電子）。這一理論成功地解釋了塞曼效應(yīng)，與塞曼一起獲1902年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這在個(gè)基礎(chǔ)上，1895年他提出了著名的洛侖茲力公式。第五十二頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日2．提出洛侖茲變換公式

1892年他研究過(guò)地球穿過(guò)靜止以太所產(chǎn)生的效應(yīng)，為了說(shuō)明邁克孫-莫雷實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，他獨(dú)立地提出了長(zhǎng)度收縮的假說(shuō)，認(rèn)為相對(duì)以太運(yùn)動(dòng)的物體，其運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度縮短了。1895年，他發(fā)表了長(zhǎng)度收縮的準(zhǔn)確公式，即在運(yùn)動(dòng)方向上，長(zhǎng)度收縮因子為。1899年，他在發(fā)表的論文里，計(jì)論了慣性系之間坐標(biāo)和時(shí)間的變換問(wèn)題，并得出電子與速度有關(guān)的結(jié)論。1904年，他發(fā)表了著名的變換公式（J．-H．龐加萊首先稱之為洛侖茲變換）和質(zhì)量與速度的關(guān)系式，并指出光速是物體相對(duì)于以太運(yùn)動(dòng)速度的極限。

第五十三頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日3．出色的物理教育家

洛侖茲還是一位教育家，他在萊頓大學(xué)從事普通物理和理論物理教學(xué)多年，寫過(guò)微積分和普通物理等教科書。在哈勒姆他曾致力于通俗物理講演。他一生中花了很大一部分時(shí)間和精力審查別人的理論并給予幫助。他為人熱誠(chéng)、謙虛，受到A．愛(ài)因斯坦、E．薛定諤和其他青年一代理論物理學(xué)家們的尊敬，他們多次到萊頓大學(xué)向他請(qǐng)教，愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò)，他一生中受洛侖茲的影響最大。

第五十四頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日四、磁生電

運(yùn)動(dòng)電荷（電流）周圍存在磁場(chǎng)，而電和磁又是有相互聯(lián)系的，那么磁場(chǎng)是否可以產(chǎn)生電場(chǎng)呢？在法拉第工作的前后，還有不少物理學(xué)家熱衷于該問(wèn)題（電磁感應(yīng)）的研究：瑞士物理學(xué)家科拉頓在1825年曾用一塊磁鐵在螺線管中移動(dòng)，觀察線圈中是否有感生電流產(chǎn)生。為了排除磁鐵對(duì)靈敏電流計(jì)的影響，他把很長(zhǎng)的導(dǎo)線把連接于螺線管的電流計(jì)放在另一個(gè)房間，他在兩個(gè)房間跑來(lái)跑去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察，因此未能觀察到磁電感應(yīng)現(xiàn)象。他同樣沒(méi)想到效應(yīng)的暫態(tài)性。第五十五頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1830年，美國(guó)物理學(xué)家亨利曾先于法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但他沒(méi)有立即發(fā)表實(shí)驗(yàn)結(jié)果；1832年，俄國(guó)物理學(xué)家楞次受法拉第啟發(fā)，開(kāi)始做這方面的研究，并發(fā)現(xiàn)了感應(yīng)電流方向的規(guī)律。邁克爾·法拉第(MichaelFaraday，1791-1867)

是世紀(jì)最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，同時(shí)又是杰出的化學(xué)家和自然哲學(xué)家，他在電磁學(xué)研究方面的卓越貢獻(xiàn)如同伽利略、牛頓在力學(xué)方面的貢獻(xiàn)一樣，具有劃時(shí)代的意義。然而，這位偉大的科學(xué)家卻只讀過(guò)幾年小學(xué)，憑著對(duì)科學(xué)的執(zhí)著熱愛(ài)，他發(fā)奮自學(xué)、努力奮斗，在長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)的歲月里，他對(duì)科學(xué)真理孜孜不倦地追求，終于登上了科學(xué)的頂峰。第五十六頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

法拉第于1791年9月23日出生于英國(guó)一個(gè)鐵匠家庭，家境非常貧困，他們兄弟姐妹總共有10人。當(dāng)他讀到小學(xué)二年級(jí)的時(shí)候，就因生活貧困而被迫停學(xué)了。12歲的法拉第為了生活所迫上街賣報(bào)；13歲時(shí)，又到一家印書作坊當(dāng)了訂書童工。這個(gè)印書作坊為法拉第提供了一個(gè)很好的學(xué)習(xí)場(chǎng)所。他的學(xué)習(xí)熱情非常高。白天，他拼死拼活抓緊時(shí)間干完大大超過(guò)他勞動(dòng)能力的裝訂任務(wù)；夜晚他躺在簡(jiǎn)陋的童工屋里，拼命讀書。他當(dāng)了7年的裝訂工，學(xué)到了豐富的文化科學(xué)知識(shí)。他特別喜歡讀《大英百科全書》中的電學(xué)文章。第五十七頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

戴維（1778——1827）1778年12月17日，亨弗利·戴維出生在英格蘭彭贊斯城附近的鄉(xiāng)村；1794年他父親去世，家境更加困難了，為了謀生糊口，作為長(zhǎng)子的戴維被送到當(dāng)?shù)匾晃幻邪乩澋尼t(yī)生那里當(dāng)學(xué)徒；1798年經(jīng)瓦特介紹，戴維來(lái)到布里斯托爾，在帕多斯醫(yī)生開(kāi)設(shè)的氣體療病研究所實(shí)驗(yàn)室當(dāng)管理員。1799年4月，氣體療病所發(fā)生了一件事，使戴維的名聲大振：戴維制取了一氧化二氮（又名笑氣）；第五十八頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1801年初，經(jīng)多人推薦，戴維被皇家科普協(xié)會(huì)（物理學(xué)家湯普遜即倫福德伯爵1799年創(chuàng)立）聘請(qǐng)。在科學(xué)的講座上，戴維以他的超群智力和非凡口才獲得了出乎意料的成功。人們蜂擁而來(lái)，有時(shí)竟達(dá)千人之多，把會(huì)場(chǎng)擠得水泄不通。他很快就贏得了杰出講演者的名聲，成為倫敦的知名人士。正如當(dāng)時(shí)有人的評(píng)述：“他的講演給人的感覺(jué)和所得到的熱烈稱贊，完全出乎想象之外。許多科學(xué)家、文學(xué)家、大學(xué)生及那些莊重的紳士、時(shí)髦的小姐急切地?fù)頂D在會(huì)場(chǎng)，看著這文弱青年的簡(jiǎn)單操作，聽(tīng)著那富于表情的敘述。他那淵博的知識(shí)、生動(dòng)的比喻和精巧的實(shí)驗(yàn)引起了驚奇的注目，獲得了極高的贊賞。許多人恭維他，請(qǐng)他吃飯，送他禮物，幾乎把戴維忙得難以招架。

第五十九頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

聽(tīng)眾的熱烈情緒，對(duì)戴維是個(gè)極大鼓勵(lì)，他更加勤奮地進(jìn)行化學(xué)研究。每天很早起床，早飯前從事2小時(shí)的閱讀和著寫，上午10時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作到下午4時(shí)，晚上是講座或各種社交活動(dòng)。日復(fù)一日?qǐng)?jiān)持下去。成績(jī)和榮譽(yù)沒(méi)有辜負(fù)勤奮的人，12年中戴維先后在電化學(xué)、建立酸的氫學(xué)說(shuō)、發(fā)現(xiàn)碘元素、發(fā)明礦用安全燈、創(chuàng)制電弧燈等方面作出貢獻(xiàn)；1303年他被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1807年出任皇家學(xué)會(huì)秘書，1820年被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。1826年積勞成疾而病倒，1827年死于日內(nèi)瓦，終年50歲。

第六十頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

1812年的一天，一位顧客來(lái)作坊辦事，聽(tīng)說(shuō)他酷愛(ài)科學(xué)技術(shù)，就把自己的一張皇家研究所教授戴維舉辦的通俗化學(xué)講座入場(chǎng)券給了他他聽(tīng)后深受教益。他整理了筆記，又給筆記精心加進(jìn)彩色插圖，接著用自己高超的裝訂技術(shù)裝訂成一本很漂亮的書。他忘掉了自己的地位和處境，忘掉了與戴維素昧平生，他渴望得到戴維的指導(dǎo)。1812年12月24日他寫了一封要求給戴維當(dāng)助手的信，信中寫道：“我是印刷廠裝訂書的學(xué)徒，熱愛(ài)科學(xué)，聽(tīng)過(guò)您的四次演講。現(xiàn)將筆記整理呈上，作為圣誕節(jié)的禮物。如能蒙您提攜，改變我目前的處境，將不勝感激。——法拉第”

第六十一頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

把書和信一并寄給了戴維。這一舉動(dòng)不僅使戴維感動(dòng)，于是戴維滿腔熱忱地寫了回信，1個(gè)月以后戴維又同意讓他做了自己的助手。有人向戴維建議說(shuō)：“讓他刷洗瓶子好了，如果他是個(gè)好樣兒的，就會(huì)干這份工作，假如他拒絕，那就是個(gè)無(wú)用之人。”戴維采納了這一建議。于是，22歲的法拉第接受了刷洗瓶子的差事。這個(gè)工作的工資比當(dāng)裝訂工時(shí)還低。實(shí)際上是當(dāng)一名“雜工”。雖然有很多清理和洗刷儀器等勤雜工作，法拉第卻能耳濡目染戴維和他的助手們有關(guān)科學(xué)的談?wù)撘约八麄兊膶?shí)驗(yàn)過(guò)程，他感到很高興。戴維很快就看出了法拉第的才能，逐漸放手讓他多參于實(shí)驗(yàn)甚至獨(dú)立工作。第六十二頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

戴維是博學(xué)多識(shí)的科學(xué)家，在當(dāng)時(shí)已經(jīng)很有名氣。在戴維的一生中，更被人們稱道的是他發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)法拉第的“伯樂(lè)”精神。法拉第在工作中任勞任怨，干好戴維交給他的一切工作，并且虛心地向戴維學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)。1813年秋，戴維為了進(jìn)行科學(xué)調(diào)查，與夫人一同去歐洲旅行。法拉第作為助手和侍從要為戴維夫婦做很多服務(wù)，但他卻有機(jī)會(huì)結(jié)識(shí)了許多著名的科學(xué)家，如安培、切夫路爾、蓋·呂薩克、和伏達(dá)，聆聽(tīng)他們的演講和談話，了解他們的科學(xué)研究活動(dòng)，開(kāi)闊了科學(xué)視野。從此他真正開(kāi)始了他的科學(xué)研究工作。第六十三頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

1815年回國(guó)后繼續(xù)在皇家學(xué)院工作，長(zhǎng)達(dá)50余年。他的工作異常勤奮，研究領(lǐng)域十分廣泛。1818～1823年研制合金鋼期間，首創(chuàng)金相分析方法。1823年從事氣體液化工作，標(biāo)志著人類系統(tǒng)進(jìn)行氣體液化工作的開(kāi)始。采用低溫加壓方法，液化了氯化氫、硫化氫、二氧化硫、氫等。1824年起研制光學(xué)玻璃，這次研究導(dǎo)致在1845年利用自己研制出的一種重玻璃（硅酸硼鉛），發(fā)現(xiàn)磁致旋光效應(yīng)。1825年在把鯨油和鱔油制成的燃?xì)夥逐s中發(fā)現(xiàn)苯。

第六十四頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

他最出色的工作是電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和場(chǎng)的概念的提出。1821年在讀過(guò)奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的論文后，為這一新的學(xué)科領(lǐng)域深深吸引。他剛剛邁人這個(gè)領(lǐng)域，就取得重大成果──發(fā)現(xiàn)通電流的導(dǎo)線能繞磁鐵旋轉(zhuǎn)，從而躋身著名電學(xué)家的行列。因受蘇格蘭傳統(tǒng)科學(xué)研究方法影響，通過(guò)奧斯特實(shí)驗(yàn)，他認(rèn)為電與磁是一對(duì)和諧的對(duì)稱現(xiàn)象。既然電能生磁，他堅(jiān)信磁亦能生電。經(jīng)過(guò)10年探索，歷經(jīng)多次失敗后，1831年8月26日終于獲得成功。這次實(shí)驗(yàn)因?yàn)槭怯梅螂姵卦诮o一組線圈通電（或斷電）的瞬間，在另一組線圈獲得的感生電流，他稱之為“伏打電感應(yīng)”。爾后，同年10月17日完成了在磁體與閉合線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)在閉合線圈中激發(fā)電流的實(shí)驗(yàn)，他稱之為“磁電感應(yīng)”。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)后，他終于實(shí)現(xiàn)了“磁生電”的夙愿，宣告了電氣時(shí)代的到來(lái)。

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作為19世紀(jì)偉大實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家的法拉第。他并不滿足于現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，還力求探索現(xiàn)象后面隱藏著的本質(zhì)；他既十分重視實(shí)驗(yàn)研究，又格外重視理論思維的作用。1832年3月12日他寫給皇家學(xué)會(huì)一封信，信封上寫有“現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)收藏在皇家學(xué)會(huì)檔案館里的一些新觀點(diǎn)”。那時(shí)的法拉第已經(jīng)孕育著電磁波的存在以及光是一種電磁振動(dòng)的杰出思想，盡管還帶有一定的模糊性。為解釋電磁感應(yīng)現(xiàn)象，他提出“電致緊張態(tài)”與“磁力線”等新概念，同時(shí)對(duì)當(dāng)時(shí)盛行的超距作用說(shuō)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的懷疑：“一個(gè)物體可以穿過(guò)真空超距地作用于另一個(gè)物體，不要任何一種東西的中間參與，就把作用和力從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，這種說(shuō)法對(duì)我來(lái)說(shuō)，尤其荒謬。凡是在哲學(xué)方面有思考能力的人，決不會(huì)陷人這種謬論之中”。

第六十六頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1837年他發(fā)現(xiàn)電介質(zhì)對(duì)靜電過(guò)程的影響，提出了以近距“鄰接”作用為基礎(chǔ)的靜電感應(yīng)理論。不久以后，他又發(fā)現(xiàn)了抗磁性。在這些研究工作的基礎(chǔ)上，他形成了“電和磁作用通過(guò)中間介質(zhì)、從一個(gè)物體傳到另一個(gè)物體的思想?！庇谑?，介質(zhì)成了“場(chǎng)”的場(chǎng)所，場(chǎng)這個(gè)概念正是來(lái)源于法拉第。正如愛(ài)因斯坦所說(shuō)，引入場(chǎng)的概念，是法拉第的最富有獨(dú)創(chuàng)性的思想，是牛頓以來(lái)最重要的發(fā)現(xiàn)。牛頓及其他學(xué)者的空間，被視作物體與電荷的容器；而法拉第的空間，是現(xiàn)象的容器，它參與了現(xiàn)象。所以說(shuō)法拉第是電磁場(chǎng)學(xué)說(shuō)的創(chuàng)始人。他的深邃的物理思想，強(qiáng)烈地吸引了年輕的麥克斯韋。麥克斯韋認(rèn)為，法拉第的電磁場(chǎng)理論比當(dāng)時(shí)流行的超距作用電動(dòng)力學(xué)更為合理，他正是抱著用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表述法拉第理論的決心闖入電磁學(xué)領(lǐng)域的。

第六十七頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

法拉第堅(jiān)信：“物質(zhì)的力借以表現(xiàn)出的各種形式，都有一個(gè)共同的起源”，這一思想指導(dǎo)著法拉第探尋光與電磁之間的聯(lián)系。1822年，他曾使光沿電流方向通過(guò)電解波，試圖發(fā)現(xiàn)偏振面的變化，沒(méi)有成功。這種思想是如此強(qiáng)烈，執(zhí)著的追求使他終于在1845年發(fā)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)使偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。他的晚年，盡管健康狀況惡化，仍從事廣泛的研究。他曾分析研究電纜中電報(bào)信號(hào)遲滯的原因，研制照明燈與航標(biāo)燈。

第六十八頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日法拉第名言：

希望你們年青的一代，也能象蠟燭為人照明那樣，有一分熱，發(fā)一分光，忠誠(chéng)而腳踏實(shí)地地為人類偉大的事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。

科學(xué)家不應(yīng)是個(gè)人的崇拜者，而應(yīng)當(dāng)是事物的崇拜者。真理的探求應(yīng)是他唯一的目標(biāo)。只有無(wú)知，沒(méi)有不滿。

第六十九頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

法拉第一生致力于科學(xué)研究事業(yè)，不戀錢財(cái)、不圖虛榮，為科學(xué)事業(yè)貢獻(xiàn)了畢生精力，1867年8月25日，這位對(duì)科學(xué)作出巨大貢獻(xiàn)的老人坐在他的椅子上安安靜靜地去世了。他被安葬在海洛特公墓，遵照他的遺囑，他的墓碑上只刻下三行字：

邁克爾·法拉第生于1791年9月22日歿于1867年8月25日第七十頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1832年，法國(guó)人畢克西發(fā)明了手搖式直流發(fā)電機(jī)；

1866年，德國(guó)的西門子發(fā)明了自勵(lì)式直流發(fā)電機(jī);

1869年，比利時(shí)的格拉姆制成了環(huán)形電樞，發(fā)明了環(huán)形電樞發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)是用水力來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的;1882年，美國(guó)的戈登制造出了輸出功率447KW，高3米，重22噸的兩相式巨型發(fā)電機(jī);

1896年，特斯拉的兩相交流發(fā)電機(jī)在尼亞拉發(fā)電廠開(kāi)始勞動(dòng)營(yíng)運(yùn)，3750KW，5000V的交流電一直送到40公里外的布法羅市;

1889年，西屋公司在俄勒岡州建設(shè)了發(fā)電廠;1892年成功地將15000伏電壓送到了皮茨菲爾德。

第七十一頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1834年，俄羅斯的雅可比試制出了由電磁鐵構(gòu)成的直流電動(dòng)機(jī);1838年，這種電動(dòng)機(jī)開(kāi)動(dòng)了一艘船，電動(dòng)機(jī)電源用了320個(gè)電池;1836年，美國(guó)的文波特和英國(guó)的戴比德遜也造出了直流電動(dòng)機(jī)，用作印刷機(jī)的動(dòng)力設(shè)備。由于這些電動(dòng)機(jī)都以電池作為電源，所以未能廣泛普及；

1887年，特斯拉兩相電動(dòng)機(jī)作為實(shí)用化感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展計(jì)劃開(kāi)始啟動(dòng)；

1897年，西屋公司制成了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，設(shè)立專業(yè)公司致力于電動(dòng)機(jī)的普及。

第七十二頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日亨利與自感亨利(JosephHenry,1797～1878年)，美國(guó)物理學(xué)家。他于1797年生于紐約州的奧爾巴尼。亨利僅讀過(guò)小學(xué)和初中，但由于勤奮學(xué)習(xí)，考進(jìn)了奧爾巴尼學(xué)院，在那里他學(xué)習(xí)化學(xué)、解剖學(xué)和生理學(xué)，準(zhǔn)備當(dāng)一名醫(yī)生，可是，畢業(yè)以后他卻在奧爾巴尼學(xué)院當(dāng)上了一名自然科學(xué)和數(shù)學(xué)講師。1832年，亨利成為新澤西學(xué)院（即現(xiàn)今的普林斯頓大學(xué)）的自然哲學(xué)教授，一直到1846年離開(kāi)那兒為止。自1846至1878年間，他是新成立的斯密森研究所的秘書和第一任所長(zhǎng)，負(fù)責(zé)氣象學(xué)研究。他生前的最后十年，曾任美國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)。1878年他在華盛頓特區(qū)逝世。

第七十三頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1830年8月，亨利在電磁鐵兩極中間放置一根繞有導(dǎo)線的條形軟鐵棒，然后把條形鐵棒上的導(dǎo)線接到檢流計(jì)上，形成閉合回路。他觀察到，當(dāng)電磁鐵的導(dǎo)線接通的時(shí)候，檢流計(jì)指針向一方偏轉(zhuǎn)后回到零；當(dāng)導(dǎo)線斷開(kāi)的時(shí)候，指針向另一方偏轉(zhuǎn)后回到零。這就是亨利發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。這比的發(fā)現(xiàn)幾乎早一年，遺憾的是亨利沒(méi)有及時(shí)公開(kāi)發(fā)表自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1832年亨利在論文《在長(zhǎng)螺線管中的電自感》中公布了自己的一個(gè)新發(fā)現(xiàn)：一只線圈的電流不僅能在另一只線圈中感生出電流，而且也能在自身中感生出電流。在這個(gè)線圈中實(shí)際觀測(cè)到的電流則為原電流的許多倍，這種現(xiàn)象叫自感。

第七十四頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日楞次與楞次定律楞次（Lenz,HeinrichFriedrichEmil）1804年2月24日誕生于愛(ài)沙尼亞。16歲以優(yōu)異成績(jī)考入家鄉(xiāng)的道帕特大學(xué)。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．曾長(zhǎng)期擔(dān)任圣彼得堡大學(xué)物理數(shù)學(xué)系主任，后來(lái)由教授會(huì)選為第一任校長(zhǎng)。1833年，楞次在圣彼得堡科學(xué)院宣讀了他的題為“關(guān)于用電動(dòng)力學(xué)方法決定感生電流方向”的論文，提出了楞次定律——一條由電磁感應(yīng)得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向的電磁學(xué)定律。亥姆霍茲證明楞次定律是電磁現(xiàn)象的能量守恒定律。1865年寒假，楞次在意大利羅馬中風(fēng)去世。第七十五頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

五、麥克斯韋方程組

19世紀(jì)中期，描述電場(chǎng)、磁場(chǎng)的性質(zhì)以及電、磁場(chǎng)相互關(guān)系的庫(kù)侖定律、高斯定理、安培定律、法拉第電磁感應(yīng)定律已相繼建立，法拉第關(guān)于力線和場(chǎng)的概念已經(jīng)提出，創(chuàng)立電磁場(chǎng)理論的條件已趨成熟。麥克斯韋洞悉已有的電磁場(chǎng)理論，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的不對(duì)稱性和矛盾，大膽提出“位移電流”和“渦旋電場(chǎng)”假說(shuō)，并用一組方程概括了原有的各個(gè)電磁學(xué)定律，對(duì)電磁場(chǎng)理論進(jìn)行了一次大綜合，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)認(rèn)識(shí)的革命性變革。第七十六頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日第七十七頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

卡文迪許(HenryCavendish,1731～1810年)英國(guó)化學(xué)家、物理學(xué)家。1731年10月10日生于法國(guó)尼斯。1742—1748年他在倫敦附近的?？思{學(xué)校讀書。1749—1753年期間在劍橋彼得豪斯學(xué)院求學(xué)。在倫敦定居后，卡文迪許在他父親的實(shí)驗(yàn)室中當(dāng)助手，做了大量的電學(xué)、化學(xué)研究工作。他的實(shí)驗(yàn)研究持續(xù)達(dá)50年之久。1760年卡文迪許被選為倫敦皇家學(xué)會(huì)成員，1803年又被選為法國(guó)研究院的18名外籍會(huì)員之一。1810年3月10日，卡文迪許在倫敦逝世，終身未婚。第七十八頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

卡文迪許生前在物理學(xué)方面發(fā)表的論文為數(shù)極少，一直到麥克斯韋審閱整理并出版了他的手稿后，人們才知道他在電學(xué)方面作出了很多重要發(fā)現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)一對(duì)電荷間的作用力跟它們之間的距離平方成反比，這就是后來(lái)庫(kù)侖導(dǎo)出的庫(kù)侖定律內(nèi)容的一部分；他提出每個(gè)帶電體的周圍有“電氣”，與電場(chǎng)理論很接近；卡文迪許演示了電容器的電容與插入平板中的物質(zhì)有關(guān)；電勢(shì)的概念也是卡文迪許首先提出的，這對(duì)靜電理論的發(fā)展起了重要作用；他還提出了導(dǎo)體上的電勢(shì)與通過(guò)電流成正比的關(guān)系。

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卡文迪許在熱學(xué)理論、計(jì)溫學(xué)、氣象學(xué)、大地磁學(xué)等方面都有研究。1798年他完成最后的實(shí)驗(yàn)時(shí)，已年近七十。在物理學(xué)上他最主要的成就是通過(guò)扭秤實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了牛頓的萬(wàn)有引力定律，確定了引力常數(shù)和地球平均密度。卡文迪許驗(yàn)證萬(wàn)有引力定律的實(shí)驗(yàn)采用自己設(shè)計(jì)的“扭秤”為工具，后人稱為著名的“卡文迪許實(shí)驗(yàn)”。

第八十頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日科學(xué)怪人

據(jù)說(shuō)卡文迪許很有素養(yǎng)，但是沒(méi)有當(dāng)時(shí)英國(guó)的那種紳士派頭。他不修邊幅，幾乎沒(méi)有一件衣服是不掉扣子的；他不好交際，不善言談，終生未婚，過(guò)著奇特的隱居生活?？ㄎ牡显S為了搞科學(xué)研究，把客廳改作實(shí)驗(yàn)室，在臥室的床邊放著許多觀察儀器，以便隨時(shí)觀察天象。他從祖上接受了大筆遺產(chǎn)，成為百萬(wàn)富翁。不過(guò)他一點(diǎn)也不吝嗇。有一次，他的一個(gè)仆人因病生活發(fā)生困難，向他借錢，他毫不猶豫地開(kāi)了一張一萬(wàn)英鎊的支票，還問(wèn)夠不夠用?？ㄎ牡显S酷愛(ài)圖書，他把自己收藏的大量圖書，分門別類地編上號(hào)，管理得井井有序，無(wú)論是借閱，甚至是自己閱讀，也都毫無(wú)例外地履行登記手續(xù)。第八十一頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

卡文迪許可算是一位活到老、干到老的學(xué)者，直到79歲高齡、逝世前夜還在做實(shí)驗(yàn)?？ㄎ牡显S一生獲得過(guò)不少外號(hào)，有“科學(xué)怪人”，“科學(xué)巨擘”，“最富有的學(xué)者，最博學(xué)的富豪”等。

有一次卡文迪許出席宴會(huì)，一位奧地利來(lái)的科學(xué)家當(dāng)面奉承卡文迪許幾句，他聽(tīng)了起初大為忸怩，繼而手足無(wú)措，終于坐不住站了起來(lái)，沖出室外徑自坐上馬車回家了?？ㄎ牡显S沉默寡言，對(duì)慕名來(lái)訪的客人常常一言不發(fā)陪坐在旁，腦中想著科學(xué)問(wèn)題，使一些幫閑文人尷尬掃興。他一生致力于科學(xué)研究，成果豐碩，但只發(fā)表過(guò)兩篇并不重要的論文。

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人們?yōu)榧o(jì)念這位大科學(xué)家，特意為他樹(shù)立了紀(jì)念碑?？ㄎ牡显S一生勤儉，逝世后留下了大筆遺產(chǎn)，其中一部分由它的家族在1871年捐贈(zèng)給劍橋大學(xué)創(chuàng)辦卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室曾經(jīng)對(duì)物理科學(xué)的進(jìn)步作出了巨大的貢獻(xiàn)，先后培養(yǎng)出26名諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。

第八十三頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1810年卡文迪許逝世后，他的侄子齊治把卡文迪許遺留下的20捆實(shí)驗(yàn)筆記完好地放進(jìn)了書櫥里，誰(shuí)也沒(méi)有去動(dòng)它。誰(shuí)知手稿在書櫥里一放竟是70年，一直到了1871年，另一位電學(xué)大師麥克斯韋應(yīng)聘擔(dān)任劍橋大學(xué)教授并負(fù)責(zé)籌建卡文迪許實(shí)驗(yàn)室時(shí)，這些充滿了智慧和心血的筆記獲得了重返人間的機(jī)會(huì)。麥克斯韋仔細(xì)閱讀了前輩在100年前的手搞，不由大驚失色，連聲嘆服說(shuō)：“卡文迪許也許是有史以來(lái)最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，他幾乎預(yù)料到電學(xué)上的所有偉大事實(shí)。這些事實(shí)后來(lái)通過(guò)庫(kù)侖和法國(guó)哲學(xué)家的著作聞名于世?！贝撕篼溈隧f決定擱下自己的一些研究課題，嘔心瀝血地整理這些手稿，使卡文迪許的光輝思想流傳了下來(lái)。真是一本名著，兩代風(fēng)流，不啻為科學(xué)史上的一段佳話。

第八十四頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日第八十五頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日人物簡(jiǎn)介

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（JamesClerkMaxwell1831--1879)是19世紀(jì)偉大的英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。1831年11月13日生于蘇格蘭的愛(ài)丁堡，自幼聰穎，父親是個(gè)知識(shí)淵博的律師，使麥克斯韋從小受到良好的教育。10歲時(shí)進(jìn)入愛(ài)丁堡中學(xué)學(xué)習(xí)14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。

第八十六頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日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《電磁學(xué)通論》，并于1873年出版，1871年受聘為劍橋大學(xué)新設(shè)立的卡文迪什試驗(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，直到1879年11月5日在劍橋逝世。

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麥克斯韋主要從事電磁理論、分子物理學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、彈性理論方面的研究。尤其是他建立的電磁場(chǎng)理論，將電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，是19世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的最光輝的成果，是科學(xué)史上最偉大的綜合之一。他預(yù)言了電磁波的存在。這種理論遇見(jiàn)后來(lái)得到了充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。他為物理學(xué)樹(shù)起了一座豐碑。造福于人類的無(wú)線電技術(shù)，就是以電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。

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麥克斯韋大約于1855年開(kāi)始研究電磁學(xué)，在潛心研究了法拉第關(guān)于電磁學(xué)方面的新理論和思想之后，堅(jiān)信法拉第的新理論包含著真理。于是他抱著給法拉第的理論“提供數(shù)學(xué)方法基礎(chǔ)”的愿望，決心把法拉第的天才思想以清晰準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)形式表示出來(lái)。他在前人成就的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)電磁現(xiàn)象作了系統(tǒng)、全面的研究，憑借他高深的數(shù)學(xué)造詣和豐富的想象力接連發(fā)表了電磁場(chǎng)理論的三篇論文：《論法拉第的力線》（1855年12月至1856年2月）；《論物理的力線》（1861至1862年）；《電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論》（1864年12月8日）。對(duì)前人和他自己的工作進(jìn)行了綜合概括，將電磁場(chǎng)理論用簡(jiǎn)潔、對(duì)稱、完美數(shù)學(xué)形式表示出來(lái)，經(jīng)后人整理和改寫，成為經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)主要基礎(chǔ)的麥克斯韋方程組。

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據(jù)此，1865年他預(yù)言了電磁波的存在，電磁波只可能是橫波，并計(jì)算了電磁波的傳播速度等于光速，同時(shí)得出結(jié)論：光是電磁波的一種形式，揭示了光現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系。1888年德國(guó)物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在。麥克斯韋于1873年出版了科學(xué)名著《電磁學(xué)通論》，系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場(chǎng)理論。這一理論成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一。在熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)方面麥克斯韋也作出了重要貢獻(xiàn)，他是氣體動(dòng)理論的創(chuàng)始人之一。1859年他首次用統(tǒng)計(jì)規(guī)律得出麥克斯韋速度分布律，從而找到了由微觀兩求統(tǒng)計(jì)平均值的更確切的途徑。

第九十頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日1866年他給出了分子按速度的分布函數(shù)的新推導(dǎo)方法，這種方法是以分析正向和反向碰撞為基礎(chǔ)的。他引入了馳豫時(shí)間的概念，發(fā)展了一般形式的輸運(yùn)理論，并把它應(yīng)用于擴(kuò)散、熱傳導(dǎo)和氣體內(nèi)摩擦過(guò)程。1867年引入了“統(tǒng)計(jì)力學(xué)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。麥克斯韋是運(yùn)用數(shù)學(xué)工具分析物理問(wèn)題和精確地表述科學(xué)思想的大師，他非常重視實(shí)驗(yàn)，由他負(fù)責(zé)建立起來(lái)的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，在他和以后幾位主任的領(lǐng)導(dǎo)下，發(fā)展成為舉世聞名的學(xué)術(shù)中心之一。他善于從實(shí)驗(yàn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)敏銳的觀察思考，應(yīng)用嫻熟的數(shù)學(xué)技巧，從縝密的分析和推理，大膽地提出有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的假設(shè)，建立新的理論，再使理論及其預(yù)言的第九十一頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

結(jié)論接受實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，逐漸完善，形成系統(tǒng)、完整的理論。特別是湯姆孫W卓有成效地運(yùn)用類比的方法使麥克斯韋深受啟示，使他成為建立各種模型來(lái)類比研究不同物理現(xiàn)象的能手。在他的電磁場(chǎng)理論的三篇論文中多次使用了類比研究方法，尋找到了不同現(xiàn)象之間的聯(lián)系，從而逐步揭示了科學(xué)真理。

麥克斯韋嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)研究方法是人類極其寶貴的精神財(cái)富。

第九十二頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日父親的影響在科學(xué)史上，一些重大的理論，常常要靠許多人的前赴后繼、不辭勞苦的努力，才能創(chuàng)立起來(lái)。19世紀(jì)，導(dǎo)致物理學(xué)爆發(fā)一場(chǎng)革命的電磁理論的創(chuàng)立，就是這樣的。從奧斯特、安培發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)法拉第的奠基，到理論的完成，前后經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)。最后完成這個(gè)理論的人，是英國(guó)杰出的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋。第九十三頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

麥克斯韋比法拉第小40歲。1831年11月13日，他生在蘇格蘭古都愛(ài)丁堡，跟電話發(fā)明家貝爾（1847～1922）是同鄉(xiāng)。法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)恰好也在1831年。這一年就成了電學(xué)史上值得紀(jì)念的一年。麥克斯韋的父親約翰·克拉克·麥克斯韋，是個(gè)熱衷于技術(shù)和建筑設(shè)計(jì)的律師，對(duì)麥克斯韋的一生影響很大。約翰·克拉克·麥克斯韋思想開(kāi)通，講究實(shí)際，非常能干。家里的大小事情，從修繕?lè)课荨⒓舨靡路街谱魍婢?，他樣樣都?huì)做。他在愛(ài)丁堡附近的鄉(xiāng)下有座莊園，麥克斯韋的童年就是在這座莊園里度過(guò)的。

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這個(gè)孩子從小喜歡思考問(wèn)題，很受父母寵愛(ài)。小家伙跟著父母出去玩，一張小嘴總要不停地提出各種各樣的問(wèn)題。沿途所見(jiàn)，從路邊的桑樹(shù)、腳下的石塊，直到行人的穿著表情，都成了他發(fā)問(wèn)的內(nèi)容。有些幼稚可笑的問(wèn)題，常常把過(guò)路人也逗樂(lè)了。一次他們看見(jiàn)路旁停著一輛空馬車，兩歲的麥克斯韋突然問(wèn)父親：“爸爸，你看那輛馬車為什么不走呢？”父親信口回答：“它在休息?！薄八鼮槭裁匆菹⒛兀俊薄按蠹s累了吧，”父親敷衍說(shuō)?！安唬眱鹤蛹m正說(shuō)，“它是肚子痛！”“不是肚子痛，是累了?！?/p>

“不是累了，是肚子痛！”兒子一口咬定。父親忍不住笑了起來(lái)。后來(lái)，麥克斯韋稍大一點(diǎn)，提的問(wèn)題更有意思了，比如“樹(shù)木為什么向天上長(zhǎng)”呀，

第九十五頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日“螞蟻會(huì)不會(huì)說(shuō)話”呀。有一天，麥克斯韋的姨媽給他帶來(lái)一籃蘋果。小家伙纏住她問(wèn)：“蘋果為什么是紅的？”姨媽被這個(gè)突然的問(wèn)題難住了，一時(shí)不知道怎樣回答才好。為了擺脫窘境，她就叫麥克斯韋去吹肥皂泡玩，誰(shuí)知道個(gè)主意更糟了。肥皂泡在陽(yáng)光下呈現(xiàn)出美麗的五顏六色，使得麥克斯韋又驚又喜，向她提出了更多的關(guān)于顏色的問(wèn)題。父親見(jiàn)兒子對(duì)自然感興趣，非常高興，后來(lái)就帶他去聽(tīng)愛(ài)丁堡皇家學(xué)會(huì)的科學(xué)講座，當(dāng)時(shí)他的個(gè)頭還沒(méi)有講臺(tái)高呢！約翰·克拉克·麥克斯韋本人是皇家學(xué)會(huì)的活躍分子，兒子跟隨他經(jīng)常出入科學(xué)界，受到不少熏陶。

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麥克斯韋童年的歡樂(lè)是短暫的。他八歲那年，母親患肺結(jié)核不幸去世。這種病在今天是不難治好的，但是在一個(gè)世紀(jì)以前的當(dāng)時(shí)，卻是不治之癥。因?yàn)槟菚r(shí)沒(méi)有特效藥，一個(gè)人得了肺病，就等于判了死刑。和麥克斯韋同時(shí)代的英國(guó)女作家夏洛蒂·勃朗特（《簡(jiǎn)·愛(ài)》作者）三姊妹，貝爾的兩個(gè)兄弟，都是因?yàn)榛挤尾∝舱鄣?。母親去世以后，麥克斯韋的父親挑起了哺養(yǎng)、教育兒子的全部擔(dān)子。他既是父親，又兼做母親，操了不少心。幼年喪母本來(lái)是不幸的，麥克斯韋失去母愛(ài)，性情漸漸變得孤僻、內(nèi)向。他最大的快樂(lè)，是形影不離地跟著父親走，給父親當(dāng)個(gè)小小的幫手。父子兩人朝夕相處，相依為命，關(guān)系非常親密。

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麥克斯韋10歲那年，進(jìn)了愛(ài)丁堡中學(xué)。中學(xué)的生活充滿了喧鬧和戲劇性。他是在學(xué)期中間插班的，第一天上課就受到全班的嘲笑。幾個(gè)調(diào)皮學(xué)生看到這個(gè)新來(lái)的同伴怯生、靦腆，直向他扮鬼臉。由于麥克斯韋童年一直在父親鄉(xiāng)下的莊園里生活，講話有很重的鄉(xiāng)土音。當(dāng)老師點(diǎn)名叫他回答問(wèn)題的時(shí)候，他剛一開(kāi)口就引起哄堂大笑。有一次，大約因?yàn)榘l(fā)音太怪，連一位文質(zhì)彬彬的女教師都忍不住笑出淚來(lái)。從此老師就很少提問(wèn)他了。更糟的是，他的衣服全是父親做的，與眾不同。19世紀(jì)英國(guó)的服裝很講究。婦女把華麗當(dāng)做時(shí)髦。男人卻講究戴高筒禮帽，不論老少，脖子上還要圍一條緊繃繃的硬領(lǐng)。麥克斯韋的父親認(rèn)為這不但系起來(lái)不方便，而且也不衛(wèi)生。他不顧習(xí)俗，給兒子來(lái)了個(gè)小小的服裝改革。這個(gè)多才多藝的律師親自設(shè)計(jì)、親手剪第九十八頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日

裁，替麥克斯韋做了一套簡(jiǎn)便的緊身服，可以不用穿外套，并且甩掉硬領(lǐng)的累贅。麥克斯韋的皮鞋也是父親做的，大約是為了縫合的方便，皮鞋頭是方的，鞋幫上還有金屬紐扣。沒(méi)料到，這些“奇裝異服”卻給麥克斯韋招來(lái)了許多屈辱。他在班上成了一只名副其實(shí)的“丑小鴨”，處處被排擠，受譏笑。每次放學(xué)回家，他不是緊身服被人扯破，就是腰帶不翼而飛。父親看到這種情景，痛惜地?fù)u搖頭，決定取消這不走運(yùn)的“服裝改革”，兒子盡管眼淚汪汪，卻頑強(qiáng)地要堅(jiān)持穿到底，因?yàn)樗嘈鸥赣H的設(shè)計(jì)是無(wú)可非議的，他不愿向暴力屈服。

第九十九頁(yè)，共一百五十三頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)學(xué)才華

麥克斯韋照樣穿著父親做的衣服進(jìn)出課堂。他為了保持服裝的整潔，常常要用拳頭自衛(wèi)。同學(xué)們發(fā)現(xiàn)這個(gè)新生并不是可以隨便欺侮的，就有意孤立他。麥克斯韋本來(lái)就怕羞，現(xiàn)在更不愿意和大家往來(lái)了。在班里，面對(duì)著同學(xué)們的熱嘲冷諷，他沉默著，但是卻從來(lái)沒(méi)有低過(guò)頭。在忍無(wú)可忍的時(shí)候，他就用尖刻、辛辣的話來(lái)進(jìn)行回?fù)?。下課以后，他總愛(ài)獨(dú)自坐在樹(shù)下讀歌謠，畫一些只有他自己才看得懂的圖畫。要不，他就一個(gè)人躲在教室的角落里，專心致志地演算父親給他出的數(shù)學(xué)題。同班同學(xué)都不理解他，老師也認(rèn)為他是個(gè)古怪的孩子。大家暗中給他取了個(gè)外號(hào)，叫他“瓜