電磁學的發展進程探索

　　電磁是物理教學中占有重要的地位，下面是小編搜集整理的一篇關于電磁發展歷程的論文范文，歡迎閱讀參考。

　　一、電磁學的萌芽時期

　　磁現象是自然界中的一種基本現象。磁現象比電現象的發現要早得多，我國古代人民從生產實踐和日常生活中便了解到電和磁的一些現象和知識。在春秋戰國時期的古書中已有記載，發現磁石，并記述了最古老的指南器)司南;西漢初年，發現了靜電吸引現象等，這些都是人類初步認識電磁的現象，但僅僅來自于原始的生活經驗。

　　十三世紀前后歐洲學術復興，通過實驗研究自然規律蔚然成風。當時通過實驗，發現了磁石有兩極，并命名為N極和S極，并通過實驗證實了異性磁極相吸，同性磁極相斥。一根磁針斷為兩半時，每一半又各自成為一根獨立的小磁針。但這股實驗風氣剛剛萌芽，立即遭到教廷中那些僧侶的反對，被壓了下去。科學實驗方法遭到遏制，因此電和磁的研究進入了停頓期。系統地對電磁現象進行研究則始于十六世紀。

　　1600年英國醫生吉爾伯特發表了5論磁、磁體和地球作為一個巨大的磁體6,他總結了前人對磁的研究，周密地討論了地磁的性質，記載了大量實驗，使磁學從經驗轉變為科學。

　　1785年庫侖公布了用扭秤實驗得到電力的平方反比定律，使電學和磁學進入了定量研究的階段庫倫設計了精巧的扭秤實驗，才直接測定了兩個靜止的同種點電荷之間的斥力與他們之間距離的平方成反比，與他們的電量乘積成正比。經過不斷的探索，他又用電扭擺實驗對吸引力測出了相同的結果。

　　至此，庫侖定律得到了世界公認，從而開辟了近代電磁理論研究的新紀元。

　　二、電磁學的發展時期

　　奧斯特發現通電直導線附近平行放置的磁針，會受到力的作用而偏轉;磁鐵對通電導線有作用力。

　　在奧斯特發現電流磁效應后，首先對電磁作用力進行研究的是法國科學家安培，他在得知奧斯特發現之后，重復了奧斯特的實驗，提出了右手定則，并用電流繞地球內部流動解釋地磁的起因。接著他研究了載流導線之間的相互作用，建立了電流元之間的相互作用規律---安培定律，提出了磁性起源是電流的假說)安培分子電流假說。與此同時，法國科學家畢奧與薩伐爾和拉普拉斯在實驗基礎上，分析總結出電流元產生磁場的規律畢奧)薩伐爾定律。

　　英國物理學家法拉第對電磁學的貢獻尤為突出。1831年發現電磁感應現象，進一步證實了電現象與磁現象的統一性。法拉第堅信電磁的近距作用，認為物質之間的電力和磁力都需要由媒介傳遞，媒介就是電場和磁場。電流磁效應的發現，使電流的測量成為可能。1826年歐姆受傅里葉熱傳導理論的啟發，從電流現象和熱現象相類似的設想出發，把/電流強度0類比于/熱流量0,把/電勢差0類比于/溫度差0,猜想導線中兩點間電流的大小也可能正比于這兩點之問的某種驅動力(電勢差)。從而設計實驗推導出了歐姆定律。通過大量實驗確定了電路的基本規律---歐姆定律。及至1865年，麥克斯韋把法拉第的電磁近距作用思想和安培開創的電動力學規律結合在一起，用一套方程組概括電磁規律，建立了電磁場理論，預測了光的電磁性質，終于實現了物理學史上第二次大綜合。

　　三、電磁學發展的飛躍

　　麥克斯韋方程組凝聚了從1820年到1860年間，許多值得人類永遠紀念的杰出科學家的貢獻。

　　他們是：庫侖、安培、法拉第、高斯、韋伯、赫姆霍茲、亨利、焦耳、楞茨、泊松、麥克斯韋、洛侖茲、畢奧等。

　　至此，電磁學理論基本成熟。

　　麥可斯韋用類比的方法，把力線看作不可壓縮的流體的流線。由此他把力線、力管等與流體力學的理論做比較，如把正、負電荷比作流體的源和匯，電力線比作流管，電場強度比作流速等，引入一種新的矢量函數來描述電磁場。可以說把法拉第的物理翻譯成了數學。在文章中，麥可斯韋導出了電流四周的磁力線和磁力之間的關系，表示描述電流和磁力線的一些物理量之間的定量關系的矢量微分方程，以及電流間作用力和電磁感應定律的定量公式。

　　1862年，麥可斯韋發表了第二篇電磁學論文5論物理力線6.麥可斯韋引進了一種媒質的理論，提出了電磁以太模型，把電學量和磁學量之間的關系，形象的表現出來。這種模型理論中，充滿空間的媒質在磁作用下具有旋轉的性質，即給排列著的許多分子渦旋，它們以磁力線為軸形成渦旋管，渦旋管轉動的角速度正比于磁場強度H,渦旋媒質的密度正比于媒質磁導率L.渦旋管旋轉的離心效應，使管在橫向擴張，同時產生縱向收縮。

　　由于相互緊密連接的渦旋管的表面是沿相反方向運動的，為了互不妨礙對方的運動，麥可斯韋設想在相臨渦旋管之間充滿著一層起惰性或滾珠軸承作用的微小粒子。它們是些遠比渦旋的線度小、質量可以忽略的帶電粒子。粒子和渦旋的作用是切向的。粒子可以滾動，但沒有滑動;在均勻恒定磁場，即每個渦旋管轉動速度相同的情況下，這些粒子只繞自身的軸自轉，但當兩側渦旋管轉速不同時，粒子的中心則以兩側渦旋邊緣運動的差異情況而運動。

　　對于非均勻磁場，即隨位置不同磁力的強度不同，因而渦旋管的轉速也不同的情況，渦旋管間的粒子則發生移動。根據渦旋理論，單位時間通過單位面積的粒子數即渦旋的流量j與渦旋管旋轉的切線速度H的旋度成正比，即此處j對應于電流，H對應于磁場，此方程即為電磁場的運動方程。它說明電粒子的運動必然伴隨分子的磁渦旋運動，這也就是電流產生磁力線的類比機制。

　　麥克斯韋利用他所構造的電磁以太力學模型。

　　不僅說明了法拉第磁力線的應用性質，還建立了全部主要電磁現象之間的聯系;但麥克斯韋清楚地認識到上述模型的暫時性，他僅僅把他看做是一個/力學上可以想象和便于研究的適宜于揭示已知電磁現象之間真實的力學聯系0的模型。所以在1864~1865年的論文5電磁場的動力學理論6中，他完全放棄了這個模型，去掉了關于媒質結構的假設，只以幾個基本的實驗事實為基礎，以場論的觀點對自己的理論進行了重建。

　　1873年，麥克斯韋出版5電磁學通論6,他不僅用數學理論發展了法拉第的思想，還創造性地建立了電磁場理論的完整體系。在這本書中，他的思想得到更完善的發展和更系統的陳述。他把以前的電磁場理論都綜合在一組方程式中，得到了電磁場的數學方程---麥克斯韋電磁方程組。以簡潔的數學結構，揭示了電場和磁場內在的完美對稱。

　　麥克斯韋方程組的一個重要結果，就是預言了電磁波的存在。麥克斯韋通過計算，從方程組中導出了自由空間中電場強度E和磁感應強度B的波動方程表示：電或磁的擾動，將在以太媒質里以速度c傳播著。

　　1856年韋伯測定上述速度值為： c=31. 074萬公里/秒，麥克斯韋發現這個值與1849年斐索測得的光速31. 50萬公里/秒十分接近。他認為這不是巧合，而是由于光的本質與電磁波相同，從而提出了光的電磁理論。它表明/光本身乃是以波的形式在電磁場中按電磁規律傳播的一種電磁振動0.從而將電、磁、光理論進行了一次偉大的綜合。

　　麥克斯韋說：/把數學分析和實驗研究聯合使用所得到的物理知識，比之一個單純實驗人員或單純的數學家能具有的知識更堅實，有益和鞏固0.

　　參考文獻：

　　[1]梁紹榮，劉昌年，盛正華。普通物理學[M].北京：高等教育出版社， 2005: 168-198.

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