電磁學(xué)新時(shí)期

1、自吉爾伯特開始以來的二百多年，電和磁一直是毫無關(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。,電 磁 學(xué) 的 新 時(shí) 期,5.電磁學(xué)的新時(shí)期,一.發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng) 二.安培和安培定律,1.電力與磁力都遵守平方反比定律，說明它們有類似的規(guī)律。1751年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)縫紉針過電后磁化了。但規(guī)律究竟在哪里？,電 磁 學(xué) 的 新 時(shí) 期,一.發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng),2.奧斯特（1777-1851）：丹麥人，發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的第一人。,在觀察的領(lǐng)域內(nèi)，機(jī)遇只偏愛那種有準(zhǔn)備的頭腦。 巴斯德,奧斯特像,電 磁 學(xué) 的

2、新 時(shí) 期,奧斯特尋找電與磁的關(guān)系的想法醞釀已久:,1)1803年:“我們將把整個(gè)宇宙容納在一個(gè)體系中?！彼J(rèn)為“自然力之統(tǒng)一”。,2)1812年:“我們應(yīng)該檢驗(yàn)的是，究竟電是否以其最隱蔽的方式對(duì)磁體有類似的作用?！?3)1818-1819年，與奧共事的人說:“奧斯特經(jīng)常在尋找這兩種大自然力之間的關(guān)系?！?電 磁 學(xué) 的 新 時(shí) 期,機(jī)會(huì)來了，1820年4月，奧斯特在一次講課中，發(fā)現(xiàn)磁針在通電導(dǎo)線的作用下動(dòng)了一下!這才恍然大悟，原來以前總把電流的磁力想象為縱向，實(shí)際應(yīng)為橫向。,奧斯特緊抓不放，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，查明了電流具有磁效應(yīng)。1820年7月21日，發(fā)表了電流對(duì)磁針的作用的實(shí)驗(yàn)，引起了學(xué)術(shù)界的

3、轟動(dòng)。,電 磁 學(xué) 的 新 時(shí) 期,1)第一個(gè)揭示出了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系。 2)為電流計(jì)、電報(bào)和電機(jī)的發(fā)明制造開辟了道路。 3)為電磁場(chǎng)理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。,電 磁 學(xué) 的 新 時(shí) 期,3.意義,1.安培（1775-1836）：法國科學(xué)家。安培在法國長大時(shí)，正是法國社會(huì)變革時(shí)期，他幾乎沒受過正規(guī)教育，只好以他父親和百科全書做老師。個(gè)人遭遇不好，家庭幾經(jīng)磨難。即使這樣，也沒有動(dòng)搖安培對(duì)科學(xué)的追求。,安培像,電 磁 學(xué) 的 新 時(shí) 期,二.安培和安培定律,1827年發(fā)表了名著從實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的關(guān)于電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)理論。人們?yōu)榧o(jì)念他，將電流強(qiáng)度的單位定義為“安培”。,電 磁 學(xué) 的 新 時(shí) 期,*小

4、故事：(1)忘了赴皇帝拿破侖宴;,(2)馬車當(dāng)黑板。,2.兩篇論文:阿拉果在1820年9月11日在法國科學(xué)院演示了奧斯特的實(shí)驗(yàn),引起了安培的興趣。安培夜以繼日地工作一周之后，于9月18日發(fā)現(xiàn)了電流間也存在著相互作用力，在1820年12月4日，又提出了著名的安培定律：,其中dx，dy為電流線元。,電 磁 學(xué) 的 新 時(shí) 期,3.經(jīng)驗(yàn)：安培在總結(jié)他的經(jīng)驗(yàn)時(shí)，這樣寫到：“從對(duì)事實(shí)的觀察開始，盡可能地改變伴隨條件，并佐以精確的測(cè)量，以便導(dǎo)出完全基于實(shí)驗(yàn)的一般規(guī)律，再從這些規(guī)律導(dǎo)出這些力的數(shù)學(xué)表達(dá)式這就是牛頓所遵循的路線?！?安培的電流元之間作用力的又一個(gè)平方反比規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，使人們對(duì)大自然力之間的內(nèi)在聯(lián)

5、系又有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。安培的工作，為以后電動(dòng)力學(xué)的研究和發(fā)展，開拓了一個(gè)新的基礎(chǔ)。,電 磁 學(xué) 的 新 時(shí) 期,一.法拉第（1791-1867） 二.法拉第的主要貢獻(xiàn) 三.法拉第的研究思路 四.對(duì)法拉第的高度評(píng)價(jià),6.變磁生電的發(fā)現(xiàn)者法拉第,變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,英國物理學(xué)家。他是一個(gè)窮鐵匠的兒子，兄妹10人。小學(xué)沒畢業(yè)就失學(xué)，當(dāng)了裝訂工。但失學(xué)不失志，經(jīng)常閱讀書報(bào)。當(dāng)了戴維助手。1821年受任為皇家研究所試驗(yàn)室主任。,法拉第像,一.法拉第（1791-1867）,1821年，法拉第開始電磁學(xué)的研究，總共工作四十年。,寫出了電學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究。,一生謝絕了許多獎(jiǎng)賞。,變 磁 生

6、 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,法拉第的講義,法拉第在作演講,在物理學(xué)的全部歷史中最全能的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家卻是一個(gè)僅受過初等教育的人。他，就是法拉第。 薩莫斯（美）,變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,1.電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn),一貫追求科學(xué)真理，相信自然力的統(tǒng)一。,1831年8月29日，法拉第終于取得了突破性進(jìn)展。變磁激發(fā)了電。,一個(gè)月后，法拉第向英國皇家學(xué)會(huì)報(bào)告，產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況可以分為5類。,變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,二.法拉第的主要貢獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng),變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,1833年，楞茨發(fā)現(xiàn)楞茨定律，

7、判斷感應(yīng)電流的方向。,(1867年，西門子創(chuàng)制了發(fā)電機(jī)。),變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,為了解釋電磁現(xiàn)象，必須找到一種直觀表示的方法。,2.力線的提出者,法拉第從大量的實(shí)驗(yàn)中想象出描寫電磁作用的力線，經(jīng)數(shù)學(xué)家證明了其概念的正確，他為場(chǎng)的理論建立作出貢獻(xiàn)。,變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,湯姆遜說:“我想電場(chǎng)和磁場(chǎng)的許多性質(zhì)，借助力線就可以最簡單而富有暗示地表示出來?！?3.其他,變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,法拉第對(duì)光的磁化、電流的化學(xué)現(xiàn)象和反磁性的發(fā)現(xiàn)等都有自己獨(dú)到的見解。,1.對(duì)自然力的統(tǒng)一性，可轉(zhuǎn)化性堅(jiān)信不移。,“我早已持有一種見解，它幾乎達(dá)到深

8、信不移的程度，而且我想這也是其他許多自然科學(xué)愛好者的見解，即物質(zhì)之力所表現(xiàn)出來的各種形式具有普遍的起源。”,變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,三.法拉第的研究思路,2.對(duì)電磁波的朦朧預(yù)見:“磁力從磁極出發(fā)的傳播類似于起波紋的水面的振動(dòng)。”,3.研究特色:法拉第通過力線和場(chǎng)，將電場(chǎng)和磁場(chǎng)的重要性質(zhì)表現(xiàn)出來了。,4.法拉第思想方法的一些局限性：將一切歸結(jié)于“力”等。,麥克斯韋:“在數(shù)學(xué)家看到相互超距吸引力的中心的時(shí)候，法拉第則用他特有的思維的眼睛看到穿過全空間的力線?！?變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,一生最大的發(fā)現(xiàn)，是發(fā)現(xiàn)了法拉第。 戴維,我們把法拉第首先看作是科學(xué)家中最有

9、成效最高尚的典型。 麥克斯韋,變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,四.對(duì)法拉第的高度評(píng)價(jià),法拉第像,變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 法 拉 第,鐵匠的兒子法拉第，在青年時(shí)代的早期，作過裝訂工人的學(xué)徒，臨死時(shí)是所有科學(xué)學(xué)會(huì)的會(huì)員，是那時(shí)物理學(xué)家公認(rèn)的領(lǐng)袖。 斯托列托夫,當(dāng)法拉第在演示他的電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，一位貴婦曾問道：“您的電流計(jì)指針動(dòng)一下有什么意義呢？”法拉第回答道：“夫人，當(dāng)一個(gè)嬰孩誕生的時(shí)候，您會(huì)想到他將會(huì)完成何等事業(yè)嗎？”,法拉第如此至愛的這個(gè)“嬰兒”，的確有著驚人之舉。1867年西門子根據(jù)這一原理創(chuàng)造了發(fā)電機(jī)，從此人類有了“電”，它至今仍為我們帶來光明和幸福。當(dāng)我們?cè)诒M情享受電

10、燈、電視、電影這一切現(xiàn)代文明的時(shí)候，我們?cè)跄懿桓兄x這位鐵匠的兒子呢？,變 磁 生 電 的 發(fā) 現(xiàn) 者 - 法 拉 第,從出生地來說他屬于愛丁堡，從功績上來說他屬于全世界。 普朗克,麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理 論 的 建 立,7.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立,一.麥克斯韋（1831-1879）簡介 二.建立電磁場(chǎng)理論的工作 三.麥克斯韋成功的基本要素 四.意義,英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。11月13日出生時(shí)，是法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)后2個(gè)多月。15歲在“愛丁堡皇家學(xué)報(bào)”發(fā)表論文，1854年從劍橋大學(xué)畢業(yè)，卡文迪什試驗(yàn)室首任主任。,麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理 論 的 建 立,麥克斯韋像,一.麥克斯韋（1

11、831-1879）簡介,麥克斯韋是一位可以與牛頓、愛因斯坦相提并論的科學(xué)家。,麥克斯韋雖然只活了49 歲，但他卻寫了100多篇有價(jià)值的論文。,麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理 論 的 建 立,1.1856年，麥克斯韋發(fā)表了論法拉第力線一文，受到法拉第的贊賞。法拉第說：“我驚訝地看到，這個(gè)主題居然處理得如此之好” 。麥克斯韋在文中認(rèn)為法拉第將磁現(xiàn)象歸結(jié)為力和場(chǎng)的觀點(diǎn)，是一種更合適的科學(xué)語言。文中采用了類比法，將流線的數(shù)學(xué)表達(dá)式應(yīng)用到靜電理論中。,把數(shù)學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)研究聯(lián)合使用所得到的物理知識(shí)，比之一個(gè)單純實(shí)驗(yàn)人員或單純的數(shù)學(xué)家能具有的知識(shí)更堅(jiān)實(shí)，有益和鞏固。 麥克斯韋,麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理

12、 論 的 建 立,二.建立電磁場(chǎng)理論的工作,2.1860年，70歲的法拉第和30歲的年輕人麥克斯韋見面了，建立電磁理論的共同心愿超越了年齡的鴻溝，法拉第對(duì)麥克斯韋說:“你不要停留在用數(shù)學(xué)來解釋我的觀點(diǎn)上，而應(yīng)該突破它?！?麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理 論 的 建 立,1861年，麥克斯韋寫了論物理力線，提出:,A.一個(gè)關(guān)于力線的機(jī)械模型，即電磁以太模型。,B.創(chuàng)造性地提出位移電流和渦旋電場(chǎng)的兩大重要假設(shè)。,C.提出光波就是電磁波的理論：“光本身乃是以波的形式在電磁場(chǎng)中按電磁規(guī)律傳播的一種電磁振動(dòng)” 。將電、磁、光理論進(jìn)行了一次偉大的綜合。,麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理 論 的 建 立,3.

13、1865年，發(fā)表了電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論，用場(chǎng)的觀點(diǎn)總結(jié)了電磁理論，構(gòu)建了全新的理論框架。,4.1873年，麥克斯韋出版了電磁學(xué)通論一書，進(jìn)一步將電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)律和定理定律，綜合概括在一個(gè)方程組中， 以簡潔的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，揭示了電場(chǎng)和磁場(chǎng)內(nèi)在的完美對(duì)稱。電磁學(xué)通論是人類第一個(gè)有關(guān)經(jīng)典場(chǎng)論的不朽之作。,麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理 論 的 建 立,1874年，麥克斯韋任卡文迪什實(shí)驗(yàn)室首任主任，1879年11月3日，49歲逝世。直至臨終，他堅(jiān)信自己的預(yù)言電磁波理論，一定會(huì)插上翅膀飛向全球。,麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理 論 的 建 立,1.尋找不同現(xiàn)象之間的聯(lián)系，對(duì)電光磁建立了統(tǒng)一的理論解釋。,2.在科

14、學(xué)發(fā)現(xiàn)中重視科學(xué)方法的應(yīng)用。,麥克斯韋曾寫道：“為了采用某種物理知識(shí)而獲得物理思想，我們應(yīng)當(dāng)了解物理相似性的存在。利用這種類似，可以用其中之一，說明其中之二。”,麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理 論 的 建 立,三.麥克斯韋成功的基本要素,3.想象力豐富，大膽猜測(cè)假設(shè)。,科學(xué)家也需要幻想，幻想不只是文學(xué)家的事。 郭沫若,4.知識(shí)底蘊(yùn)豐厚。,5.對(duì)理論完美和諧的不懈追求。,麥克斯韋認(rèn)為：自然界是和諧的，一種反映自然規(guī)律的理論，如果框架上不完善，不和諧，也就意味著要進(jìn)一步改進(jìn)和探索。,麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理 論 的 建 立,經(jīng)典電磁理論的確立，成為人類改造自然，提高生產(chǎn)力的有力杠桿。據(jù)載，科

15、技利用程度較高的生產(chǎn)率比之單純手工業(yè)生產(chǎn)率在1770年為4:1，而在電氣工業(yè)出現(xiàn)后這個(gè)比例為108:1。電磁學(xué)理論的成功，說明了科技是第一生產(chǎn)力。,麥 克 斯 韋 電 磁 場(chǎng) 理 論 的 建 立,四.意義,盡管麥克斯韋理論具有內(nèi)在的完美性并和一切經(jīng)驗(yàn)相符合，但它只能逐漸地被物理學(xué)家接受。 勞厄,電 磁 波 的 發(fā) 現(xiàn),8.電磁波的發(fā)現(xiàn),一.赫茲（1857-1894） 二.電磁波的發(fā)現(xiàn) 三.成果,1878 年是基爾霍夫和亥姆霍茲的學(xué)生，1880年獲博士學(xué)位。 1885年發(fā)現(xiàn)電磁波，1889年到波恩大學(xué)任教。 1894年因血中毒而去世。,赫茲像,電 磁 波 的 發(fā) 現(xiàn),一.赫茲（1857-1894

16、）：德國物理學(xué)家,麥克斯韋電磁論發(fā)表后，由于理論難懂，無實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并未受到重視。 1886年，赫茲作成電磁波檢驗(yàn)器并宣布“電磁感應(yīng)是以波動(dòng)形式在空氣中傳播的。”,赫茲在1888年證明了電磁波的存在。這樣由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋建立，赫茲驗(yàn)證的電磁場(chǎng)理論向全世界宣告了它的勝利。,電 磁 波 的 發(fā) 現(xiàn),二.電磁波的發(fā)現(xiàn),插曲：比赫茲實(shí)驗(yàn)早七年，一位叫戴維的人也接收到了電磁波信號(hào)，他隨即向英國皇家協(xié)會(huì)會(huì)長G斯托克斯匯報(bào)，但斯托克斯認(rèn)為這只是普通的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，戴維過于迷信權(quán)威，對(duì)于這一個(gè)天賜良機(jī)未與重視，使發(fā)現(xiàn)被埋沒了。,電 磁 波 的 發(fā) 現(xiàn),無線電報(bào)(1901)廣播(1906 )電話(1916)傳真(1923)電視(1929)微波(1933)雷達(dá)(1935)衛(wèi)星通訊電子計(jì)算機(jī)、因特網(wǎng)等都與電磁波理論相關(guān)。,電 磁 波 的 發(fā) 現(xiàn),三.成果,*發(fā)明家愛迪生（1827-1931）：,電 磁 波 的 發(fā) 現(xiàn),愛迪生像,1.愛動(dòng)腦筋,由于愛提一些問題，老師不喜歡他，只上三個(gè)月就退學(xué)了，由母親教他。但愛迪生自強(qiáng)不息，方法得當(dāng)，一生在專利局的發(fā)明就有