物理学史——中国古代电磁学知识
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1、电磁学发展的历史回顾早在公元前770年的春秋时代,中国人就发现了天然磁石,在东汉时代中国人发明了指南针,公元前120年前西汉刘安等编篆的《淮南子》中描述了“阴阳相薄为雷,激扬为电”。
北宋时期陈微显描述了磁屏蔽现象,并有磁石治疗耳病的记载。
17世纪(牛顿年代)法国旅行家卡⋅戴马甘兰游离中国后对中国的避雷针进行了描述“中国屋宇顶上龙头中有伸出的金属龙舌,舌根有细铁丝直通地下,使房屋不受雷电的破坏作用”。
虽然中国人发明较早,却无人去深入总结。
在我们的教科书里全是洋名,不见华名,因为中国古人注重发现,但不大注重理论总结与宣传。
1800年伏打给英国皇家学会会长班克斯写信介绍了电池的原理和构造。
使之成为至今众所周知的伏打电池。
1820年初奥斯芯发现电流的磁效应,并进行了深入研究和总结,而且首先传到德国和法国,在电磁学领域里,无人不晓奥斯芯这个大名。
1820年10月毕奥和萨伐尔发表了关于载流长直导线的磁场的实验结果,经过数学家拉普拉斯的帮助,总结出电流元在空间某点处产生的磁感应强度的规律d d 0I r 2μI l 4πr=⨯B e e ,称之为毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律,简称毕-萨定律。
1824年12月安培发现两传导电流之间的相互作用,并从毕-萨定律出发,描述了磁场环路公式0L L d I μ⋅=∑⎰B l ,称之为安培环路定律。
1832年法拉第发现磁铁与导体之间的感应,并认为是在导体中产生了感生电动势d d U =-l t∂Φ∂⎰。
法拉第还在静电测量方面和电镀领域作出了显著贡献。
1834年楞茨却认为是在导体中产生了感生电流I 。
由于感生电动势U ∆与感生电流I 体现在欧姆定律sdU Idl σ=-方程的两端,哪一个是因? 哪是一个果?这正如当时哲学界所争论的鸡蛋与小鸡的因果关系一样,谁也说不清楚。
1840年法拉第做了静电感应实验,麻绳系着一电量为Q 的带电体,并放入金属桶内,结果发现,金属桶外壁的电量也为Q ,然后,他用多个较大的金属桶套在外层,测量结果是:最外层桶的带电量仍为Q ,这是著名的桶实验。
电磁学的发展历程如下:1. 公元前600年,早在公元前585年,希腊哲学家泰勒斯已记载了用木块摩擦过的琥珀能够吸引碎草等轻小物体,以及天然磁矿石吸引铁等现象。
2. 公元前770至公元前221年的春秋战国时期,我国便有“山上有慈石(即磁石)者,其下有铜金”,“慈石召铁,或引之也”等慈石吸铁的记载;3. 西汉刘安主持撰写的《淮南子》中有“若以慈石之能连铁也,而求其引瓦,则难矣”及“夫燧之取火于日,慈石之引铁,蟹之败漆,葵之向日,虽有明智,弗能然也。
故耳目之察,不足以分物理”。
说明西汉时人们就已经发现磁铁虽能吸引铁,但是无法吸引瓦的现象。
当时的人们虽观测到“取火于日”、“慈石之引铁”、“葵之向日”等现象,但尚无法理解其原理,因此有“虽有明智,弗能然也”。
4. 东汉著名学者王充(公元27-97年)在《论衡·乱龙》一书中有“顿牟掇芥,磁石引针,皆以其真是,不假他类。
”顿牟即琥珀(也有玳瑁的甲壳之说);芥指芥菜子,统喻干草、纸等的微小屑末。
掇芥”的意思是吸引芥子之类的轻小物体。
5. 西晋张华《博物志》中记载“今人梳头、脱著衣时,有随梳、解结有光者,亦有咤声。
”6. 16世纪的吉尔伯特是英国著名的医生,曾是英皇伊丽莎白一世的御医。
他不但医术高明,在物理学方面也成绩斐然。
他发表了《论磁》比较系统的阐述了其在电与磁方面的研究成果。
在其著作中记录了大量有关的磁现象,如磁石的吸引和推斥;烧热的磁铁磁性消失等。
他认为地球本身就是一个巨大的磁体,并用大磁石模拟地球做过著名的“小地球”试验。
他发现除琥珀以外,还有十几种物体,玻璃、硫磺、树脂、水晶等经过摩擦,也可以吸引轻小物体。
吉尔伯特第一次使用了“电(electric)”这个词,英语的“电”来自于希腊文“琥珀(ƞλεκτορν)”。
7. 17世纪,德国马德堡市市长、物理学家格里凯制造出一种摩擦起电器,使用步摩擦可以连续转动的硫磺球,从而可以得到大量电荷。
后来,不断有人制造出各种静电起电器。
问苍天巧借雷电向暴君争取民权富兰克林及其电荷守恒定律和电的本质的发现从远古开始,无论是中国还是西方都有对电、磁现象观察的记载。
16世纪后半叶以 后,实验风气逐渐兴起,人们发明了产生电荷和储存电荷的起电机、莱顿瓶,发现了电 流,制成了最早的电源一一电堆。
这不仅加深了人们对电现象和磁现象的认识,并且为进 一步探索电磁现象的规律作好了物质准备。
在静电学发展过程中不得不提到一位美国物理学家的重要贡献,那就是本节的主人公一一富兰克林。
本杰明.富兰克林(BenjaminFranklin,1706-1790)一个贫穷的制烛工人家庭,在家里十七个孩子中排行 是美国政治家、物理学家,同时也是出版商、印刷 商、、、;更是杰出的及。
他是时重要的领导人之 与了多项重要文件的草拟,并曾出任美国驻大使,成 法国支持美国独立。
富兰克林富兰克林的初期创造才能表现在许多发明上,尤 的是改进火炉和双焦眼镜。
但他的最大成就是在电学方面, 是发现了电荷守恒定律。
1746年,居于美国费城的富兰克林收到了英国皇家学会朋友赠送 的一只莱顿瓶及使用方法,这样莱顿瓶带来的电学知识很快就传播到了北美。
富兰克林利 用莱顿瓶做了大量的静电方面的实验,他发现,两个带有不同性质电荷的带电体相互接触 后可以呈现中性。
根裾这种相消性和数学上的正、负数的概念,他把“阳电”称为正电,把“阴电”称为负电,并进一步从电荷的相消性,推出如下结论 :①正电和负电,在本质上 不应有什么差别;②摩擦起电过程中,总是形成等量的异种电荷;③摩擦起电过程中,一 方失去的电荷与另一方得到的电荷在数量上相等。
于是,在上述推论的基础上,他总结出 一个普遍的原理:电荷既不能创生也不能消灭,只不过是从某一个带电体转移到另外一个 带电体;在电荷转移过程中,电荷的总量是不变的。
这就是电荷守恒定律的最原始的表述 方式。
电荷守恒定律是物理学中一条比较普遍的守恒定律,富兰克林为电磁学大厦建立了 第一块颇为重要的奠基石。
电磁学物理学史引言:电磁学是物理学的一个重要分支,研究电荷和电流的相互作用以及由此产生的电磁现象。
电磁学物理学史可以追溯到古希腊时期,随着时间的推移,人们对电磁学的认识逐渐深入,相继提出了一系列重要的理论和定律,为现代电磁学的发展奠定了基础。
1. 静电学的发展静电学是电磁学的起源,最早的有关电现象的记录可以追溯到古希腊的萨摩斯岛上的塞弗诺斯。
他观察到琥珀摩擦后可以吸引小物体,这是人们第一次对电现象进行了描述。
在17世纪,英国物理学家威廉·吉尔伯特将这种现象称为“电”,并首次提出了电的两种性质:树脂电和玻璃电。
而后,法国物理学家居福斯·卡鲁将这一概念发展为正负电荷的概念,并提出了电荷守恒定律。
2. 电流与磁场的关系18世纪末,意大利物理学家奥斯特和丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·厄斯特德发现,电流可以产生磁场。
奥斯特进一步研究了电流通过导体时的磁场规律,并提出了奥斯特定律,即安培定律。
安培定律揭示了电流与磁场的相互作用关系,为后来的电磁学理论奠定了基础。
3. 麦克斯韦方程组的建立19世纪中叶,苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出了电磁学的统一理论,他将电学和磁学统一为电磁学,并建立了麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组描述了电荷、电流和电磁波之间的关系,成为现代电磁学的基石。
麦克斯韦方程组表明,变化的磁场会产生电场,而变化的电场也会产生磁场,从而揭示了电磁波的存在。
4. 电磁波的发现根据麦克斯韦方程组的预测,若电场和磁场发生变化,将会产生电磁波。
而电磁波的存在在19世纪末由德国物理学家海因里希·赫兹通过实验证实了。
赫兹成功地产生了电磁波,并用探测器接收到了这些波的信号,这一发现为无线电通信的出现打下了基础。
5. 电磁学的应用电磁学的理论和定律不仅深刻影响了物理学的发展,而且在现代科技中有着广泛的应用。
电磁学的应用包括电力系统、电子技术、通信技术、雷达、电磁波疗法等等。