电磁场理论发展史(DOC 6页)

电磁场与电磁波的历史与发展一、历史的前奏静磁现象和静电现象：公元前6、7世纪发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等现象。

1600年英国医生吉尔伯特发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》的论文。

使磁学从经验转变为科学。

书中他也记载了电学方面的研究。

静电现象的研究要困难得多，因为一直没有找到恰当的方式来产生稳定的静电和对静电进行测量。

只有等到发明了摩擦起电机，才有可能对电现象进行系统的研究，这时人类才开始对电有初步认识。

1785年库仑公布了用扭秤实验得到电力的平方反比定律，使电学和磁学进入了定量研究的阶段。

1780年，伽伐尼发现动物电，1800年伏打发明电堆，使稳恒电流的产生有了可能，电学由静电走向动电，导致1820年奥斯特发现电流的磁效应。

于是，电学与磁学彼此隔绝的情况有了突破，开始了电磁学的新阶段。

19世纪二、三十年代成了电磁学大发展的时期。

首先对电磁作用力进行研究的是法国科学家安培，他在得知奥斯特发现之后，重复了奥斯特的实验，提出了右手定则，并用电流绕地球内部流动解释地磁的起因。

接着他研究了载流导线之间的相互作用，建立了电流元之间的相互作用规律——安培定律。

与此同时，比奥 沙伐定律也得到发现。

英国物理学家法拉第对电磁学的贡献尤为突出。

1831年发现电磁感应现象，进一步证实了电现象与磁现象的统一性。

法拉第坚信电磁的近距作用，认为物质之间的电力和磁力都需要由媒介传递，媒介就是电场和磁场。

电流磁效应的发现，使电流的测量成为可能。

1826年欧姆(Georg Simon Ohm，1784—1854)因而确定了电路的基本规律——欧姆定律。

及至1865年，麦克斯韦把法拉第的电磁近距作用思想和安培开创的电动力学规律结合在一起，用一套方程组概括电磁规律，建立了电磁场理论，预测了光的电磁性质，终于实现了物理学史上第二次理论大综合。

爱因斯坦在纪念麦克斯韦100周年的文集中写道：“自从牛顿奠定理论物理学的基础以来，物理学的公理基础的最伟大的变革，是由法拉第和麦克斯韦在电磁现象方面的工作所引起的”。

3.9 麦克斯韦电磁场理论的建立3.9.1 法拉第的力线思想法拉第从广泛的实验研究中构想出描绘电磁作用的“力线” 图象。

他认为电荷和磁极周围的空间充满了力线，靠力线（包括电力线和磁力线）将电荷（或磁极）联系在一起。

力线就象是从电荷（或磁极）发出、又落到电荷（或磁极）的一根根皮筋一样，具有在长度方向力图收缩，在侧向力图扩张的趋势。

他以丰富的想象力阐述电磁作用的本质。

法拉第研究了电介质对电力作用的影响，认识到这一影响表明电力不可能是超距作用，而是通过电介质状态的变化；即使没有电介质，空间也会产生某种变化，布满了力线。

后来，法拉第又进一步研究了磁介质，解释了顺磁性和反磁性。

电磁感应现象则解释为磁铁周围存在某种“电应力状态”（electro －tonic state ），当导线在其附近运动时，受到应力作用而有电荷作定向运动；回路中产生电动势则是由于穿过回路的磁力线数目发生了变化。

法拉第的力线思想实际上就是场的观念，这是近距理论的核心内容。

3.9.2. W. 汤姆生的类比研究在法拉第力线思想的激励下，W.汤姆生对电磁作用的规律也进行过有益的尝试。

他深感有必要把法拉第的力线思想翻译成数学公式，定量地作出表述，于是利用类比方法，从弹性理论和热传导理论得到借鉴。

法国科学家傅里叶在1824 年发表《热的分析理论》（Theorieanalytique de la chaleur ），详细地研究了在介质中热流的传播问题，建立了热传导方程。

这本书对W汤姆生有很深的影响。

1842年，W；汤姆生发表了第一篇关于热和电的数学论文，题为：《论热在均匀固体中的均匀运动及其与电的数学理论的联系》，他论述了热在均匀固体中的传导和法拉第电应力在均匀介质中传递这两种现象之间的相似性。

他指出电的等势面对应于热的等温面，而电荷对应于热源。

利用傅里叶的热分析方法，他把法拉第的力线思想和拉普拉斯、泊松等人已经建立的完整的静电理论结合在一起，初步形成了电磁作用的统一理论。

电磁场理论发展历史及其在现代科技中的应用摘要：电磁场理论在现代科技中有着广泛的应用。

现代电子技术如通讯、广播、导航、雷达、遥感、测控、嗲面子对抗、电子仪器和测量系统，都离不开电磁场的发射，控制、传播和接收；从工业自动化到地质勘测，从电力、交通等工业农业到医疗卫生等国民经济领域，几乎全都涉及到电磁场理论的应用。

不仅如此，电磁学一直是，将来仍是新兴科学的孕育点。

在本文中主要介绍电磁场理论发现和发展的历史以及在现代科技中的也应用。

关键词：电磁学电磁场理论现代科技对电磁场现象的研究是从十六世纪下半叶英国伊莉莎白女王的试医官吉尔伯特开始，然而他的研究方法很原始，基本上是定性地对现象的总结。

对电磁场的近代研究是从十八世纪的卡文迪许、库伦开始，他们开创了用测量仪器对电磁场现象做定量的规律，引起了电磁场从定性到定量的飞跃。

库仑定律的建立基于英国科学家卡文迪许在1772年做的一个一个电学实验，他用一个金属球壳使之带电，发现电荷全部分布在球壳的外表面，球腔中任何一点都没有电的作用。

库伦定律揭示了电荷间的静电作用力与它们之间的距离平方成反比。

安培在假设了两个电流元之间的相互作用力沿着它们的连线之间的作用力正比于它们的长度和电流强度，而与它们之间的距离的平方成反比的公式，即提出了著名的安培环路定理。

基于这与牛顿万有引力定律十分类似，.泊松、.高斯等人仿照引力理论，对电磁现象也引入了各种场矢量，如电场强度、电通量密度（电位移矢量）、磁场强度、磁通密度等，并将这些量表示为空间坐标的函数。

但是当时对这些量仅是为了描述方便而提出的数学手段，实际上认为电荷之间或电流之间的物理作用是超距作用。

直到M.法拉第,他认为场是真实的物理存在,电力或磁力是经过场中的力线逐步传递的，最终才作用到电荷或电流上。

他在1831年发现了著名的电磁感应定律，并用磁力线的模型对定律成功地进行了阐述，但是电磁感应定律的确认是在1851年，这一过程花了20年。

电磁场理论的发展史LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】电磁场理论发展史引言载法拉弟发现电磁感应现象的那一年，英国诞生了一位伟大的科学家——麦克斯韦，他因创立电磁场理论而成为十九世纪最伟大的物理学家．麦克斯韦创立电磁场理论系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。

一、历史的前奏在麦克斯韦以前，解释电磁相互作用有两种相互对立的观点．一种是超距作用学说．即在研究两个电荷之间相互作用力时，忽略中介空间的作用，电荷会超越空间距离而互相作用，库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说来解释电磁相互作用的．这种学说当时拥有数学基础．另一种是媒递作用学说．认为空间有一种能传递电力的媒质（称作以太）存在，电荷间通过媒质互相作用．法拉弟通过实验揭露了空间媒质的重要作用，他认为在空间媒质中充满了电力线，即通过场来传递，但媒递作用学说还没有数学基础，不易被人接受．也使其发展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的发展．他中学时曾在数学和诗歌比赛中获第一名，这显示了他的数学才华与丰富的想象力方面的潜力．他年轻时曾读过法拉弟的《电学实验研究》，对法拉弟的物理思想（如电力线和场的思想）十分推崇，同时也发现了它的弱点．麦克斯韦对电磁相互作用的超距观点早就表示“不能接受即时传播的思想”，在法拉弟的物理思想影响下，他决心“为法拉弟的场概念提供数学方法的基础”．二、麦克斯韦创立电磁场理论麦克斯韦创立电磁场理论可分为三个阶段：第一阶段，统一已知电磁定律麦克斯韦于1856年发表了他的第一篇论文《论法拉弟的力线》，在这篇文章中，他试图用数学语言精确地表述法拉弟的力线概念，他采用数学推论与物理类比相结合的方法，以假想流体的力学模型去模拟电磁现象．他说：“借助于这种类比，我试图以一种方便的和易于处理的形式为研究电现象提供必要的数学观念”他的目标是想据此统一已知的电磁学定律．麦克斯韦为达到此目的，他运用了“建立力学模型——引出基本公式——进行数学引伸推导”的解决科学问题的思路和方法．第一步，建立力学模型首先运用类比方法，麦克斯韦把电磁现象和力学现象做了类比，认为可以建立一种不可压缩流体的力学模型来模拟电磁现象．这种流体模型为：一是没有惯性，因而也就没有质量；二是不可压缩；三是可以从无产生，又可消失．显然这是一种假设理想流体．麦克斯韦在这篇文章中写道：“我企图把一个在空间画力线的清楚概念摆在一个几何学家的面前，并利用一个流体的流线的概念，说明如何画出这些流线来”“力线的切线方向就是电场力的方向，力线的密度表示电场力的大小”．他企图阐明电力线和电力线所在空间之间的几何关系．他还试图通过类比凭借已知的力学公式推导出电磁学公式，寻求这两种不同的现象在数学形式上的类似．第二步，引出基本公式早在1842年，W·汤姆逊就曾把拉普拉斯的势函数的二阶微分方程，普遍用于热、电和磁的运动，建立了这三种相似现象的数学联系．1847年，他又在不可压缩流体的流线连续性基础上，论述了电磁现象和流体力学现象的共同性．麦克斯韦正是吸收了W·汤姆逊这种类比方法，把它发展成为研究各种力线的重要工具．例如麦克斯韦把电学中的势等效于流电势麦克斯韦据此方式相继推导出了静电磁场、稳恒电磁场以至瞬变电磁场的基本公式．其中最重要的一个就是电场的泊松方程：2V=－4πρ (2)式中V为电势，ρ为自由电荷密度．第三步，进行数学引伸根据电场的泊松公式可直接写出稳恒电磁场的两个基本方程：(ε0E)= ·D=4πρ? (3)▽B=0? (4)对于瞬变电场，麦克斯韦类比了力学中的惯性力公式，从假想流体的由此推出磁场产生电场的公式：结合电场的泊松公式，可得运动电荷产生磁场的公式：× =4πj (6)在上述公式中，式(3)说明了静电场的性质（是一种无旋场）；式(4)说明了磁场的性质（是一种涡旋场）；式(5)说明了电场可以由随时间变化的磁场产生；式(6)说明了磁场可以由运动的电荷产生．从(3)、(4)、(5)、(6)方程看，这已基本具备了麦克斯韦方程组的雏形，只是未列入位移电流．第二阶段，提出位移电流概念麦克斯韦在完成了统一已知电磁学定律的第一阶段工作后，又投入到第二阶段工作中．他于1862年发表了具有决定意义的论文《论物理学的力线》．麦克斯韦在这篇着作中，突破了法拉弟的电磁观念，创造性地提出了自己理论的核心部分——位移电流的概念．在这一工作中，他一方面结合数学推论以逻辑手段揭示了旧电磁理论的内在矛盾，另一方面则构造了一个与以前的流体力学模型不同的、新的电磁以太模型．麦克斯韦按照电磁学和动力学的类比关系发现，交变电流通过含有电容器的电路时，按照原有的认识，由于电荷不能在电容器极板之间移动，因此传导电流将中断，这同实际电流的连续性发生矛盾．而且如果电流仅限于导体，电磁场也就失去了意义．为了解决这些矛盾，他依据电磁学与动力学的类比关系和电磁现象的对称性，认为在交变电流电路中，电容器一个极板上变化的电场会引起感生磁场，变化的磁场又会在电容器的另一极板上引起感生电场，产生交变电流，故变化电场的作用就相当于传送电流，但它不是电荷的传导，而是电荷的位移．这样麦克斯韦就在无导体存在的磁场中引入了“位移电流”的概念．这样位移电流和传导电流迭加起来在电容电路中的总流线是闭合的．位移电流概念的引入，是麦克斯韦理论的关节点，也是他的重大发现，即发现了电场变化激发磁场变化的现象．而法拉弟的电磁感应定律，是说明磁场变化激发电场的现象．这样，一个变化的电场和磁场以对称的形式联系起来，是法拉弟电生磁、磁生电思想的精确化和完善化．为了在电磁场中形象地勾勒出位移电流的形状，必须给它塑造一个模型．麦克斯韦说：“电解质被电流带动在固定方向上的迁移和偏振光受到磁力作用在固定方向上旋转，就是曾经启发我把磁考虑为一种旋转现象而把电流当作平移现象的事实．”麦克斯韦根据这两个基本条件假设电磁场介质中充满着涡旋分子（在真空中则是涡旋以太），在这些涡旋分子之间夹着许多小的电粒子．涡旋轴代表磁力线的方向，涡旋旋转速度表示磁场强度的大小．在两个同向旋转的分子中间的电粒子起着隋性轮的作用，这些电粒子只会转动而不会产生平移；在两个旋转方向的分子间，电粒子不发生转动而产生平动，从而形成电流．如右图，六方形表示涡旋分子，小圆圈表示电粒子，磁场方向由“＋”“－”表示．“＋”表示磁场穿出纸面，“－”穿入纸面．放在A→B 线上形成了位移电流．麦克斯韦从这个涡旋模型出发，利用它进行唯象的思考，从物理意义一项，实现玻恩所说的“数学上的完美”．麦克斯韦进一步以位移电流的概念为物理基础，根据力学定律进行数学模拟，以弹性力学中的力、粒子流密度、及对旋涡转速的影响分别模拟电场强度、传导电流和磁场强度，从而建立起全电流的电磁场方程：第三阶段，揭示电磁场动力学本质1864年，麦克斯韦又发表了第三篇着名的论文《电磁场的动力理论》．在这篇论文中，麦克斯韦舍弃了他原来提出的力学模型而完全转向场论的观点，并明确论述了光现象和电磁现象的统一性，奠定了光的电磁理论的基础．麦克斯韦首先谈到由于电磁相互作用不仅与距离有关，而且依赖于相对速度，不应以超距作用为出发点．他仍然假设产生电磁现象的作用力是同样在空间媒质中和在电磁物质中进行的，在真空中有以太媒质存在，这种以太媒质弥漫整个空间，渗透物体内部，具有能量密度，并能够以有限速度传播电磁作用．麦克斯韦借助于以太媒质这种力学图象来描述真空场的概念，把以太媒质作为介电常数ε=1（真空场）的“电介质”．当电介质极化时，在分子范围内发生微观电荷移动的现象，这种微观电荷移动产生一种瞬息电流．他假设在真空中，由于以太媒质的存在，电场变化时同样也有位移电流出现．位移电流和传导电流一样，也按照毕奥——萨伐尔定律的规律产生磁场．位移电流和传导电流叠加起来的总电流（即全电流）线是闭合的．在真空位移电流概念的基础上，麦克斯韦建立了由二十个分量方程组成的电磁场方程组．麦克斯韦还采用拉格朗日与哈密顿的数学方法，推导出电磁场的波动方程．方程表明，电场和磁场以波动形式传播，二者相互垂直并都垂直于传播方向．若在空间某一区域中的电场发生了变化，在它邻近的区域就会产生变化的磁场；这个变化的磁场又会在较远的区域产生变化的电场，变化的电场与变化的磁场不断相互产生，就会以波的形式在空间散开，即以波的形式传播，称为电磁波．电场与磁场具有不可分割的联系，是一个整体，即电磁场．在麦克斯韦推出的方程中，他引入了一个电磁场能量方程，他指出，在超距作用理论中，能量只能存在于带电体、电路和磁体中，而根据新的理论，能量则存在于电磁场和这些物体中．这样，能量就被定域于整个电磁场空间，从而深刻地揭示了电磁场的物质实在性．它同时还说明了电磁波就是能量的传播过程．从平面电磁波的定量研究中，麦克斯韦证明了决定电磁波传播速度的“弹性模量”与电介质的性质相联系，“介质密度”与磁介质的性质相联系，从而求出了电磁波的传播速度公式，得到了与《论物理的力线》中相同的结论，即真空中电磁波的速度恰好等于光速，这使麦克斯韦得出了：“光是一种按照电磁定律在场内传播的电磁扰动”的结论．1868年，麦克斯韦发表了一篇论文《关于光的电磁理论》，明确地创立了光的电磁学说．他说：“光也是电磁波的一种，光是一种能看得见的电磁波．”这样，麦克斯韦就把原来相互独立的电、磁和光都统一起来了，成为十九世纪物理学上实现的一次重大理论综合．1873年麦克斯韦出版电磁理论的经典着作《论电和磁》在这部着作中，麦克斯韦对电磁理论作了全面系统和严密的论述，并从数学上证明了方程组解的唯一性，从而表明这个方程组是能够精确地反映电磁场的客观运动规律的完整理论．这样，经几代人的努力，电磁场理论的宏伟大厦终于建立起来了，从而实现了物理学史上的第二次理论大综合．三、麦克斯韦方程组的内容麦克斯韦在1864年发表的着名论文《电磁场的动力学理论》一文中提出了一套完整的方程组．他最先是以分量形式给出的，而且物理量的名称和符号都与现代采用的不一样．经后人加以整理，电磁场的方程得到进一步完善，形成如今称为麦克斯韦方程组的形式．1．麦克斯韦方程组的微分形式流密度．2．麦克斯韦方程组的积分形式三个描述介质性质的方程式．对于各向同性介质来说，有：=εrε0=μrμ0=σ式中εr，μr和σ分别是介质的相对介电常数相对磁导率和电导率．总结麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。

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。

电磁场理论发展史——著名实验和相关科学家纲要：一、定性研究1、吉尔伯特的研究2、富兰克林二、定量研究1、反平方定律的提出2、电流磁效应的发现3、电磁感应定律及楞次定律4、麦克斯韦方程5、电磁波的发现三、小结、定性研究1、吉尔伯特的研究他发现不仅摩擦过的琥珀有吸引轻小物体的性质，而且一系列其他物体如金刚石、水晶、硫磺、明矾等也有这种性质，他把这种性质称为电性，他是第一个用“电力”、“电吸引”、“磁极”等术语的人。

吉尔伯特把电现象和磁现象进行比较，发现它们具有以下几个截然不同的性质：1.磁性是磁体本身具有的，而电性是需要用摩擦的方法产生；2.磁性有两种——吸引和排斥，而电性仅仅有吸引（吉尔伯特不知道有排斥）；3.磁石只对可以磁化的物质才有力的作用，而带电体可以吸引任何轻小物体；4.磁体之间的作用不受中间的纸片、亚麻布等物体的影响，而带电体之间的作用要受到中间这些物质的影响。

当带电体浸在水中，电力的作用可以消失，而磁体的磁力在水中不会消失；5.磁力是一种定向力，而电力是一种移动力。

2、富兰克林的研究富兰克林（公元1706一1790）原来是费城的印刷商，他通过书本和科学上的来往获得了丰富知识，他利用莱顿瓶做出的第一项重要工作，是根据莱顿瓶内外两种电荷的相消性，在杜菲的“玻璃电”和“树脂电”的基础上提出正电和负电的概念。

富兰克林所做的第二项重要工作是统一了天电和地电。

、定量研究1、反平方定律的提出1750年前后，彼得堡科学院院士埃皮努斯在实验中发现；当发生相互作用的电荷之间的距离缩短时，两者之间的吸引力和排斥力便增加。

1766年富兰克林写信给他在德国的一位朋友普利斯特利（公元1733一1804），介绍了他在实验中发现在金属杯中的软木球完全不受金属杯电性的影响的现象。

他请普利斯特利给予验证。

英国科学家卡文迪许在1772年做了一个电学实验，他用一个金属球壳使之带电，发现电荷全部分布在球壳的外表面，球腔中任何一点都没有电的作用。

电磁学发展简史一. 早期的电磁学研究早期的电磁学研究比较零散，下面按照时间顺序将主要事件列出如下：1650年，德国物理学家格里凯在对静电研究的基础上，制造了第一台摩擦起电机。

1720年，格雷研究了电的传导现象，发现了导体与绝缘体的区别，同时也发现了静电感应现象。

1733年，杜菲经过实验区分出两种电荷，称为松脂电和玻璃电，即现在的负电和正电。

他还总结出静电相互作用的基本特征，同性排斥，异性相吸。

1745年，荷兰莱顿大学(图1)的穆欣布罗克和德国的克莱斯特发明了一种能存储电荷的装置－莱顿瓶，它和起电机一样，意义重大，为电的实验研究提供了基本的实验工具。

1752年，美国科学家富兰克林对放电现象进行了研究，他冒着生命危险进行了著名的风筝实验，发明了避雷针。

1777年，法国物理学家库仑通过研究毛发和金属丝的扭转弹性而发明了扭秤，如图2所示。

1785－1786年，他用这种扭秤测量了电荷之间的作用力，并且从牛顿的万有引力规律得到启发，用类比的方法得到了电荷相互作用力与距离的平反成反比的规律，后来被称为库仑定律。

在早期的电磁学研究中，还值得提到的一个科学家是大家都已经在中学物理课本中学过的欧姆定律的创立者－欧姆。

欧姆,1787年3月16日生于德国埃尔兰根城，父亲是锁匠。

父亲自学了数学和物理方面的知识，并教给少年时期的欧姆，唤起了欧姆对科学的兴趣。

16岁时他进入埃尔兰根大学研究数学、物理与哲学，由于经济困难，中途缀学，到1813年才完成博士学业。

欧姆是一个很有天才和科学抱负的人，他长期担任中学教师，由于缺少资料和仪器，给他的研究工作带来不少困难，但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究，自己动手制作仪器。

欧姆对导线中的电流进行了研究。

他从傅立叶发现的热传导规律受到启发，导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。

因而欧姆认为，电流现象与此相似，猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力，即现在所称的电动势，并且花了很大的精力在这方面进行研究。

电磁学的发展史电磁学的历史背景静电和静磁现象很早就被人类发现，由于摩擦起电现象，英文中“电”的语源来自希腊文“琥珀”一词。

然而真正对电磁现象的系统研究则要等到十六世纪以后，并且静电学的研究要晚于静磁学，这是由于难以找到一个能产生稳定静电场的方法，这种情况一直持续到1660年摩擦起电机被发明出来。

十八世纪以前，人们一直采用这类摩擦起电机来产生研究静电场，代表人物如本杰明·富兰克林[26]，人们在这一时期主要了解到了静电力的同性相斥、异性相吸的特性、静电感应现象以及电荷守恒原理。

静电学和库仑定律库仑定律是静电学中的基本定律，其主要描述了静电力与电荷电量成正比，与距离的平方反比关系。

人们曾将静电力与在当时已享有盛誉的万有引力定律做类比，发现彼此在理论和实验上都有很多相似之处，包括实验观测到带电球壳内部的球体不会带电，这和有质量的球壳内部物体不会受到引力作用（由牛顿在理论上证明，是平方反比力的一个特征）的情形类似。

其间苏格兰物理学家约翰·罗比逊（1759年）[27]和英国物理学家亨利·卡文迪什（1773年）等人都进行过实验验证了静电力的平方反比律，然而他们的实验却迟迟不为人知。

法国物理学家夏尔·奥古斯丁·库仑于1784年至1785年间进行了他著名的扭秤实验[28]，其实验的主要目的就是为了证实静电力的平方反比律，因为他认为“假说的前一部分无需证明”，也就是说他已经先验性地认为静电力必然和万有引力类似，和电荷电量成正比。

扭秤的基本构造为：一根水平悬于细金属丝的轻导线两端分别置有一个带电小球A和一个与之平衡的物体P，而在实验中在小球A的附近放置同样大小的带电小球B，两者的静电力会在轻导线上产生扭矩，从而使轻杆转动。

通过校正悬丝上的旋钮可以将小球调回原先位置，则此时悬丝上的扭矩等于静电力产生的力矩。

如此，两者之间的静电力可以通过测量这个扭矩、偏转角度和导线长度来求得。

电磁场理论发展史引言载法拉弟发现电磁感应现象的那一年，英国降生了一位伟大的迷信家——麦克斯韦，他因创立电磁场实际而成为十九世纪最伟大的物理学家．麦克斯韦创立电磁场实际系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。

一、历史的前奏在麦克斯韦以前，解释电磁相互作用有两种相互统一的观念．一种是超距作用学说．即在研讨两个电荷之间相互作用力时，疏忽中介空间的作用，电荷会逾越空间距离而相互作用，库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说来解释电磁相互作用的．这种学说事先拥有数学基础．另一种是媒递作用学说．以为空间有一种能传递电力的媒质〔称作以太〕存在，电荷间经过媒质相互作用．法拉弟经过实验揭露了空间媒质的重要作用，他以为在空间媒质中充溢了电力线，即经过场来传递，但媒递作用学说还没有数学基础，不易被人接受．也使其开展遭到了阻碍．麦克斯韦功劳就在于树立了电磁场实际并促进了它的开展．他中学时曾在数学和诗歌竞赛中获第一名，这显示了他的数学才气与丰厚的想象力方面的潜力．他年轻时曾读过法拉弟的«电学实验研讨»，对法拉弟的物理思想〔如电力线和场的思想〕十分推崇，同时也发现了它的弱点．麦克斯韦对电磁相互作用的超距观念早就表示〝不能接受即时传达的思想〞，在法拉弟的物理思想影响下，他决计〝为法拉弟的场概念提供数学方法的基础〞．二、麦克斯韦创立电磁场实际麦克斯韦创立电磁场实际可分为三个阶段：第一阶段，一致电磁定律麦克斯韦于1856年宣布了他的第一篇论文«论法拉弟的力线»，在这篇文章中，他试图用数学言语准确地表述法拉弟的力线概念，他采用数学推论与物理类比相结合的方法，以假想流体的力学模型去模拟电磁现象．他说：〝借助于这种类比，我试图以一种方便的和易于处置的方式为研讨电现象提供必要的数学观念〞他的目的是想据此一致的电磁学定律．麦克斯韦为到达此目的，他运用了〝树立力学模型——引出基本公式——停止数学引伸推导〞的处文迷信效果的思绪和方法．第一步，树立力学模型首先运用类比方法，麦克斯韦把电磁现象和力学现象做了类比，以为可以树立一种不可紧缩流体的力学模型来模拟电磁现象．这种流体模型为：一是没有惯性，因此也就没有质量；二是不可紧缩；三是可以从无发生，又可消逝．显然这是一种假定理想流体．麦克斯韦在这篇文章中写道：〝我希图把一个在空间画力线的清楚概念摆在一个几何学家的面前，并应用一个流体的流线的概念，说明如何画出这些流线来〞〝力线的切线方向就是电场力的方向，力线的密度表示电场力的大小〞．他希图说明电力线和电力线所在空间之间的几何关系．他还试图经过类比仰仗的力学公式推导出电磁学公式，寻求这两种不同的现象在数学方式上的相似．第二步，引出基本公式早在1842年，W·汤姆逊就曾把拉普拉斯的势函数的二阶微分方程，普遍用于热、电和磁的运动，树立了这三种相似现象的数学联络．1847年，他又在不可紧缩流体的流线延续性基础上，论述了电磁现象和流体力学现象的共异性．麦克斯韦正是吸收了W·汤姆逊这种类比方法，把它开展成为研讨各种力线的重要工具．例如麦克斯韦把电学中的势等效于流电势麦克斯韦据此方式相继推导出了静电磁场、稳恒电磁场以致瞬变电磁场的基本公式．其中最重要的一个就是电场的泊松方程：2V=－4πρ (2) 式中V为电势，ρ为自在电荷密度．第三步，停止数学引伸依据电场的泊松公式可直接写出稳恒电磁场的两个基本方程：(ε0E)= ·D=4πρ (3)▽B=0 (4)关于瞬变电场，麦克斯韦类比了力学中的惯性力公式，从假想流体的由此推出磁场发生电场的公式：结合电场的泊松公式，可得运动电荷发生磁场的公式：×=4πj (6)在上述公式中，式(3)说明了静电场的性质〔是一种无旋场〕；式(4)说明了磁场的性质〔是一种涡旋场〕；式(5)说明了电场可以由随时间变化的磁场发生；式(6)说明了磁场可以由运动的电荷发生．从(3)、(4)、(5)、(6)方程看，这已基本具有了麦克斯韦方程组的雏形，只是未列入位移电流．第二阶段，提出位移电流概念麦克斯韦在完成了一致电磁学定律的第一阶段任务后，又投入到第二阶段任务中．他于1862年宣布了具有决议意义的论文«论物理学的力线»．麦克斯韦在这篇著作中，打破了法拉弟的电磁观念，发明性地提出了自己实际的中心局部——位移电流的概念．在这一任务中，他一方面结合数学推论以逻辑手腕提醒了旧电磁实际的内在矛盾，另一方面那么结构了一个与以前的流体力学模型不同的、新的电磁以太模型．麦克斯韦依照电磁学和动力学的类比关系发现，交变电流经过含有电容器的电路时，依照原有的看法，由于电荷不能在电容器极板之间移动，因此传导电流将中缀，这同实践电流的延续性发作矛盾．而且假设电流仅限于导体，电磁场也就失掉了意义．为了处置这些矛盾，他依据电磁学与动力学的类比关系和电磁现象的对称性，以为在交变电流电路中，电容器一个极板上变化的电场会惹起感生磁场，变化的磁场又会在电容器的另一极板上惹起感生电场，发生交变电流，故变化电场的作用就相当于传送电流，但它不是电荷的传导，而是电荷的位移．这样麦克斯韦就在无导体存在的磁场中引入了〝位移电流〞的概念．这样位移电流和传导电流迭加起来在电容电路中的总流线是闭合的．位移电流概念的引入，是麦克斯韦实际的关节点，也是他的严重发现，即发现了电场变化激起磁场变化的现象．而法拉弟的电磁感应定律，是说明磁场变化激起电场的现象．这样，一个变化的电场和磁场以对称的方式联络起来，是法拉弟电生磁、磁生电思想的准确化和完善化．为了在电磁场中笼统地勾勒出位移电流的外形，必需给它塑造一个模型．麦克斯韦说：〝电解质被电流带动在固定方向上的迁移和偏振光遭到磁力作用在固定方向上旋转，就是曾经启示我把磁思索为一种旋转现象而把电流当作平移现象的理想．〞麦克斯韦依据这两个基本条件假定电磁场介质中充溢着涡旋分子〔在真空中那么是涡旋以太〕，在这些涡旋分子之间夹着许多小的电粒子．涡旋轴代表磁力线的方向，涡旋旋转速度表示磁场强度的大小．在两个同向旋转的分子中间的电粒子起着隋性轮的作用，这些电粒子只会转动而不会发生平移；在两个旋转方向的分子间，电粒子不发作转动而发生平动，从而构成电流．如右图，六方形表示涡旋分子，小圆圈表示电粒子，磁场方向由〝＋〞〝－〞表示．〝＋〞表示磁场穿出纸面，〝－〞穿入纸面．放在A→B线上构成了位移电流．麦克斯韦从这个涡旋模型动身，应用它停止唯象的思索，从物理意义一项，完成玻恩所说的〝数学上的完美〞．麦克斯韦进一步以位移电流的概念为物理基础，依据力学定律停止数学模拟，以弹性力学中的力、粒子流密度、及对旋涡转速的影响区分模拟电场强度、传导电流和磁场强度，从而树立起全电流的电磁场方程：第三阶段，提醒电磁场动力学实质1864年，麦克斯韦又宣布了第三篇著名的论文«电磁场的动力实际»．在这篇论文中，麦克斯韦舍弃了他原来提出的力学模型而完全转向场论的观念，并明白论述了光现象和电磁现象的一致性，奠定了光的电磁实际的基础．麦克斯韦首先谈到由于电磁相互作用不只与距离有关，而且依赖于相对速度，不应以超距作用为动身点．他依然假定发生电磁现象的作用力是异样在空间媒质中和在电磁物质中停止的，在真空中有以太媒质存在，这种以太媒质弥漫整个空间，浸透物体外部，具有能量密度，并可以以有限速度传达电磁作用．麦克斯韦借助于以太媒质这种力学图象来描画真空场的概念，把以太媒质作为介电常数ε=1〔真空场〕的〝电介质〞．当电介质极化时，在分子范围内发作微观电荷移动的现象，这种微观电荷移动发生一种瞬息电流．他假定在真空中，由于以太媒质的存在，电场变化时异样也有位移电流出现．位移电流和传导电流一样，也依照毕奥——萨伐尔定律的规律发生磁场．位移电流和传导电流叠加起来的总电流〔即全电流〕线是闭合的．在真空位移电流概念的基础上，麦克斯韦树立了由二十个重量方程组成的电磁场方程组．麦克斯韦还采用拉格朗日与哈密顿的数学方法，推导出电磁场的动摇方程．方程说明，电场和磁场以动摇方式传达，二者相互垂直并都垂直于传达方向．假定在空间某一区域中的电场发作了变化，在它临近的区域就会发生变化的磁场；这个变化的磁场又会在较远的区域发生变化的电场，变化的电场与变化的磁场不时相互发生，就会以波的方式在空间散开，即以波的方式传达，称为电磁波．电场与磁场具有不可联系的联络，是一个全体，即电磁场．在麦克斯韦推出的方程中，他引入了一个电磁场能量方程，他指出，在超距作用实际中，能量只能存在于带电体、电路和磁体中，而依据新的实际，能量那么存在于电磁场和这些物体中．这样，能量就被定域于整个电磁场空间，从而深上天提醒了电磁场的物质真实性．它同时还说明了电磁波就是能量的传达进程．从平面电磁波的定量研讨中，麦克斯韦证明了决议电磁波传达速度的〝弹性模量〞与电介质的性质相联络，〝介质密度〞与磁介质的性质相联络，从而求出了电磁波的传达速度公式，失掉了与«论物理的力线»中相反的结论，即真空中电磁波的速度恰恰等于光速，这使麦克斯韦得出了：〝光是一种依照电磁定律在场内传达的电磁扰动〞的结论．1868年，麦克斯韦宣布了一篇论文«关于光的电磁实际»，明白地创立了光的电磁学说．他说：〝光也是电磁波的一种，光是一种能看得见的电磁波．〞这样，麦克斯韦就把原来相互独立的电、磁和光都一致同来了，成为十九世纪物理学上完成的一次严重实际综合．1873年麦克斯韦出版电磁实际的经典著作«论电和磁»在这部著作中，麦克斯韦对电磁实际作了片面系统和严密的论述，并从数学上证明了方程组解的独一性，从而说明这个方程组是可以准确地反映电磁场的客观运动规律的完整实际．这样，经几代人的努力，电磁场实际的宏伟大厦终于树立起来了，从而完成了物理学史上的第二次实际大综合．三、麦克斯韦方程组的内容麦克斯韦在1864年宣布的著名论文«电磁场的动力学实际»一文中提出了一套完整的方程组．他最先是以重量方式给出的，而且物理量的称号和符号都与现代采用的不一样．经先人加以整理，电磁场的方程失掉进一步完善，构成如今称为麦克斯韦方程组的方式．1．麦克斯韦方程组的微分方式流密度．2．麦克斯韦方程组的积分方式三个描画介质性质的方程式．关于各向异性介质来说，有：=εrε0=μrμ0=σ式中εr，μr和σ区分是介质的相对介电常数相对磁导率和电导率．总结麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的中心思想是：变化的磁场可以激起涡旋电场，变化的电场可以激起涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联络、相互激起组成一个一致的电磁场。