6.1 Maxwell电磁理论的建立

《电磁场理论的建立及验证》知识清单一、故事引入咱先讲个有趣的事儿。

我有个朋友，他特别喜欢捣鼓收音机。

有一次他把收音机拆了又装，装了又拆，结果发现一个很神奇的现象。

在某些地方，收音机的信号特别好，能收到好多台，声音还很清晰；但在有些地方呢，信号就特别差，杂音还特别大。

他就很纳闷儿，这到底是为啥呢？其实啊，这就和咱们今天要讲的麦克斯韦电磁场理论有很大的关系呢。

二、麦克斯韦电磁场理论建立的背景1、早期电磁研究基础在麦克斯韦之前，已经有很多科学家对电磁现象进行了研究。

比如说奥斯特，他发现了电流能产生磁场，就像你打开一个小的电磁铁，周围的小磁针就会转动，这就说明有磁场产生了。

还有法拉第，他的贡献也超级大。

他发现了电磁感应现象，就是当一个导体在磁场中运动或者磁场发生变化的时候，导体中就会产生感应电动势，就像咱们的发电机，就是利用这个原理。

但是呢，当时这些现象都是分散的，没有一个统一的理论来解释。

2、当时面临的问题那时候的电磁学就像是一堆零散的拼图碎片，虽然每一块都很有趣，但是没有拼成一幅完整的图画。

科学家们知道电流能产生磁场，磁场变化能产生电流，可是不知道怎么把这些现象联系起来，也不知道电磁场到底是怎么传播的。

就好比我朋友知道收音机需要信号才能工作，但是不知道信号是怎么在空间中传播的一样。

三、麦克斯韦电磁场理论的建立1、基本假设与概念涡旋电场假设麦克斯韦提出了一个很新奇的想法。

他说变化的磁场会产生涡旋电场。

这是什么意思呢？咱们可以想象一个水池，当你在水池中心搅动水的时候，就会形成漩涡，这个漩涡就有点像涡旋电场。

比如说，一个不断变化的磁场就像在空间中搅动的“手”，它会在周围产生涡旋电场。

这种电场和我们之前知道的静电场不太一样，静电场是由电荷产生的，而涡旋电场是由变化的磁场产生的。

位移电流假设麦克斯韦还提出了位移电流的概念。

这个概念有点抽象哦。

我们知道电流是电荷的定向移动，但是麦克斯韦发现，在电容器充电或者放电的时候，虽然没有真正的电荷在极板之间移动，但是却有类似于电流的效应。

麦克斯韦与电磁场理论的创立摘要：麦克斯韦是科学史上最伟大的物理学家之一，他的电磁场理论被誉为19世纪的电磁学史上的一座丰碑，他不但将全部电磁现象所服从的规律概括为我们所熟知的麦克斯韦方程组，而且还预言了电磁波的存在。

他所完成的不朽著作《电磁场通论》，对当代物理学家甚至对以后几代物理学家来说都是一个伟大而又不易达到的丰碑。

同时，麦克斯韦对科学之外的远见卓识和物理学领域一样令人惊叹。

关键词：麦克斯韦麦克斯韦方程组电磁波《电磁场通论》Maxwell and The Creation of ElectromagneticField TheoryAbstract:The history of science Maxwell is one of the greatest physicist of his electromagnetic theory of electromagnetism known asthe 19th-century history of a monument, not only he will obey all thelaws of electromagnetic phenomena summarized as Maxwell's equationswe know group, but also predicted the existence of electromagnetic waves. Completed his monumental book "General Theory of Electromagnetic Fields", and even after several generations of contemporary physicists for physicists, is a great and easy to reach the monument. Meanwhile, Maxwell on the science of physics beyond thefield of vision and the same is amazing.Keywords: Maxwell Maxwell's equations Electromagnetic waves "General Theory of Electromagnetic Fields"目录1 引言 (3)2 麦克斯韦的初期经历 (3)3 划时代的三篇论文 (6)3.1论文的前期准备 (6)3.2《论法拉第的力线》的发表 (7)3.3《论物理力线》的发表——位移电流 (8)3.4《电磁场的动力学理论》 (9)4 格伦莱尔的悠闲与《电磁场通论》的出版 (10)4.1格伦莱尔的悠闲 (10)4.2 《电磁场通论》的创作 (11)5 麦克斯韦电磁理论对后世的影响 (12)结论 (13)致谢 (14)参考文献 (15)麦克斯韦与电磁场理论的创立一、引言:1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，这标志着电磁学的开始；随后法国物理学家安培在奥斯特实验的基础上于1820年至1827年创立了超距论的电动力学；1831年，英国物理学家法拉第）发现电磁感应定律；1845年至1846年，德国物理学家纽曼和韦伯发展了安培的电动力学，创立了德国电动力学体系，在欧洲大陆风靡一时。

物理学的革命——麦克斯韦电磁场理论的建立科学理论，是人类智慧活动最璀璨的结晶。

一项重大的科学发现，往往不是一个人、一代人所能完成的，需要许多人甚至几代人的共同努力。

电磁理论的构建和统一就是一场伟大的接力跑。

法拉第的力线思想电荷之间、磁极之间及电流元之间的相互作用，跟质点之间的万有引力一样，都不是接触力，而且同样遵守着“力的大小与距离平方成反比的规律”（简称平方反比律），就像四个孪生兄弟一样。

对于万有引力，牛顿认为，物体间的相互吸引力的传递，是不需要通过任何介质、不需要时间。

在电磁学的发展过程中，许多著名的物理学家如富兰克林、库仑、安培也认为电荷间的相互作用是超距的。

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进行作用传递，即使没有电介质，空间也会产生某种变化。

他从广泛的实验研究中提出：电荷和磁体周围并不是空无一物，而是存在着一种由电荷和磁体本身产生的连续的介质，通过这种介质传递着电磁相互作用。

法拉第把这种看不见、摸不着的介质称为场。

迈克尔·法拉第（Michael Faraday，1791年9月22日～1867年8月25日），英国物理学家、化学家法拉第这种深邃的物理思想，未能用数学形式表达，但是他凭借着丰富的想象力，构想出“力线”这种形象化的表示方法。

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。

力线就像是从电荷（或磁极）发出，又落到电荷（或磁极）的一根根橡皮筋一样。

W.汤姆生这样评价道：“在法拉第的许多贡献中，最伟大的一个就是力线概念了，我想借助它就可以把电场和磁场的许多性质以最简单而极富启发性地表示出来”。

等量异种电荷的电场线条形磁铁周围的磁感线法拉第的力线思想实际上就是场的观念，场观念是牛顿时代以来在物理学概念、基础理论方面最重要的变革，它打破了当时传统的超距作用的观念，把近距媒介作用的观念引进了物理学，对于电磁学及整个物理学的发展都产生了深远的影响。

电磁学理论的建立“Electricity”（电）这个单词起源于希腊文的“琥珀”。

中国西晋时期，《博物志》中也有摩擦起电的记载。

电和磁的利用跟人类生产和生活的联系非常紧密，电学和磁学的研究促进了世界科学技术的迅猛发展，电磁学直接推动着社会的进步。

静电学的发展自 1660年盖里克发明摩擦起电机后，电现象的研究变得可行了。

1720年，格雷发现了导体与绝缘体，发现了导体的静电感应现象。

1733年，杜菲经过实验区分出两种电荷，他分别称之为松脂电（即负电）和玻璃电（即正电），并由此总结出静电相互作用的基本特征：同性相斥，异性相吸。

莱顿瓶的发明使得电现象的研究更加深入。

富兰克林发现了尖端放电，发明了避雷针，研究了雷电现象，并从莱顿瓶的研究中，提出了电荷守恒原理。

后来康顿在1734年用电流体假说解释了静电感应现象。

至此，静电力基本特性、电荷守恒和静电感应这三条静电学基本原理已经建立。

1760年，D·伯努利首先猜测：电力会不会也跟万有引力一样，服从平方反比定律？1767年普利斯特利猜测电荷间的相互作用应该与引力规律有相似的特点。

1785年，库仑利用扭秤试验总结出：真空中两个静止的点电荷之间的作用力与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。

库仑定律不断经受着实验的检验，目前已经成为精确的实验规律之一。

稳恒电流的研究18 世纪末，意大利学者伽伐尼和伏打的研究使得电学从静电领域迈向电流领域。

伽伐尼是一位解剖学教授，1780年9月的一天，他在解剖青蛙时偶然发现电效应。

伽伐尼的发现引发了欧洲各国研究动物电的热潮，意大利的自然哲学教授伏打重复了伽伐尼的实验，发现伽伐尼的神经电流说并不正确。

他拿来一只活青蛙，用两种不同金属构成的弧叉跨接在青蛙身上，一端触青蛙的腿，一端触青蛙的脊背，青蛙就会抽搐；用莱顿瓶经青蛙的身体放电，青蛙也会抽搐，说明两种不同金属构成的弧叉和莱顿瓶的作用是一样的。

麦克斯韦的电磁理论
1864年，爱尔兰科学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell）颠覆了物理学的世界，发表了史上重要的论文《原理的大致解释》。

在这篇论文中，他提出了他的电磁学理论，打开了物理学世界的大门。

这一理论在几百年以来已经成为物理学界最为基本的基础理论。

他第一次把电磁学从机械学中抽出来，分析它们之间的关系，提出了电磁学的主要原理，开创了电磁学的新纪元，建立起一个完整的电磁学的理论框架。

麦克斯韦的电磁学理论建立在以电场和磁场为基础的特殊相对论框架上，是物理学史上最重要的理论之一，也是物理学家今天运用最多的理论之一。

首先，麦克斯韦提出了两个重要的假设。

一是电场和磁场可以以不同形式发出，比如电流源、磁流源等；二是电场和磁场之间存在一种互相作用（可能不存在介质），即磁场可以产生电场，电场也可以产生磁场，电磁学的重要原理就是这样的。

麦克斯韦的电磁学理论最重要的实际应用之一是量化传播，而他提出的“电磁波”理论是量化传播的重要基础，它预言了电波和磁波的存在，改变了物理学的历史。

除了量化传播外，按照麦克斯韦的电磁学理论，电磁场也可以实现能量传输，这种能量传输被称作电磁辐射，是人们现代日常生活中用得最多的能量传输方式之一，应用范围也最广泛。

此外，电磁学理论也是物理学家进行重离子体研究、粒子物理学
研究以及量子物理学研究的重要基础，是物理学家进行各种前沿研究的重要工具。

因此，麦克斯韦的电磁学理论既是物理学的基础理论，也是我们现代日常生活中重要的技术和科学基础，它对我们的社会发展起着非常重要的作用。

没有麦克斯韦的电磁学理论，我们无法说这个世界发展到今天，我们今天的世界完全不同于几百年前。