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1、电工与电子技术发展概况电工与电子技术发展概况1.电磁现象的早期研究电磁现象的早期研究2.电磁学的建立电磁学的建立3.电磁感应现象的发现与研究电磁感应现象的发现与研究4.电磁场理论的建立电磁场理论的建立2021/6/161一 电磁现象的早期认识电磁现象的早期认识公公元元前前7 7世世纪纪，古古希希腊腊哲哲学学家家泰泰勒勒斯斯已已经经发发现现用用毛毛织织物物摩摩擦擦过过的的琥琥珀珀能能吸吸引引某某些些轻轻小小物物体体。ElectricityElectricity（电电）这这个个字字的的起源就来自希腊文的起源就来自希腊文的“琥珀琥珀”( (elecelec trontron) )。公公元元前前7 7
2、世世纪纪，古古希希腊腊哲哲学学家家泰泰勒勒斯斯已已经经发发现现用用毛毛织织物物摩摩擦擦过过的的琥琥珀珀能能吸吸引引某某些些轻轻小小物物体体。ElectricityElectricity（电电）这这个个字字的的起源就来自希腊文的起源就来自希腊文的“琥珀琥珀”( (elecelec trontron) )。2021/6/162 首首先先对对电电和和磁磁现现象象进进行行系系统统实实验验研研究究的的是是英英国国的的威威廉廉吉吉尔尔伯伯特特（William William GilbertGilbert，1544160315441603） 。他他认认识识到到电电力力和和磁磁力力是是性性质质不不同同的的两两
3、种种力力。他他第第一一个个将将琥琥珀珀和和毛毛皮皮摩摩擦擦后后吸吸引引轻轻小小物物体体的的性性质质叫叫做做“电电”。16001600年年，吉吉尔尔伯伯特特发发表表了了论论磁磁、磁磁 体体 和和 地地 球球 作作 为为 一一 个个 巨巨 大大 的的 磁磁 体体 （ De De magnetemagnete， magneticisque magneticisque corporibus corporibus et et de de magnomag magnomag nete nete telluretellure，简简称称磁磁石石论论）。他他总总结结了了前前人人对对磁磁的的研研究究，周周密密地地
4、讨讨论论了了地地磁磁的的性性质质，记记载载了了大大量量实实验验，使使磁磁学学从从经经验验转转变变为为科科学学。书书中他也记载了电学方面的研究。中他也记载了电学方面的研究。 (一) 吉尔伯特与吉尔伯特与2021/6/163第第一一卷卷介介绍绍了了他他的的磁磁性性“小小地地球球”实实验验，得得出出结结论论：地地球球本本身身就就是是一一个个巨巨大大的的磁磁体体，其两极位于地理的南极和北极附近；其两极位于地理的南极和北极附近；第第二二卷卷详详细细地地论论述述了了电电现现象象的的实实验验研研究究与与结论，还把电与磁的性质进行了比较；结论，还把电与磁的性质进行了比较；第三卷记载了天然磁石的定向性；第三卷记
5、载了天然磁石的定向性；第第四四卷卷说说明明了了磁磁偏偏角角与与不不同同地地点点和和高高度度的的关系；关系；第第五五卷卷介介绍绍了了测测定定磁磁倾倾角角的的仪仪器器及及各各地地磁磁倾角的大小；倾角的大小；第第六六卷卷试试图图用用物物体体的的磁磁力力来来解解释释行行星星运运动动，当然，他没有成功。当然，他没有成功。磁石论共分六卷。磁石论共分六卷。2021/6/164（二）（二） 莱顿瓶的发明莱顿瓶的发明 17201720年年，格格雷雷(S.Gray(S.Gray，16751736)16751736)研研究究了了电电的的传传导导现现象象，发发现导体与绝缘体的区别。随后，他又发现导体的静电感应现象。现
6、导体与绝缘体的区别。随后，他又发现导体的静电感应现象。 17341734年年法法国国人人杜杜菲菲（Charles-Francois Charles-Francois du du FayFay，1696169617391739）在在实实验验中中发发现现带带电电的的玻玻璃璃和和带带电电的的琥琥珀珀是是相相互互吸吸引引的的，但但是是两两块块带带电电的的琥琥珀珀或或者者两两块块带带电电的的玻玻璃璃则则是是相相互互排排斥斥的的。杜杜菲菲根根据据大大量量的的实实验验事事实实断断定定电电有有两两种种：一一种种是是与与琥琥珀珀带带的的电电性性质质相相同同，叫叫做做“琥琥珀珀电电”；一一种种是与玻璃带的电性质相
7、同，叫做是与玻璃带的电性质相同，叫做“玻璃电玻璃电”。 17451745年年普普鲁鲁士士（德德国国的的前前身身）的的一一位位副副主主教教克克莱莱斯斯特特(Ewald (Ewald Georg Georg von von KleistKleist，1700-1748)1700-1748)在在实实验验中中利利用用导导线线将将摩摩擦擦所所起起的的电电引引向向装装有有铁铁钉钉的的玻玻璃璃瓶瓶。当当他他用用手手触触及及铁铁钉钉时时，受受到到猛猛烈烈的一击，他由此发现了放电现象。的一击，他由此发现了放电现象。 2021/6/165 17461746年年，荷荷兰兰莱莱顿顿大大学学的的物物理理学学教教授授马马
8、森森布布罗罗克克（Pieter Pieter von von Musschenbrock, Musschenbrock, 1692169217611761）在在克克莱莱斯斯特特发发现现的的启启发发下下发发明了收集电荷的明了收集电荷的“莱顿瓶莱顿瓶”。 马马森森布布罗罗克克看看到到好好不不容容易易取取得得的的电电很很容容易易地地在在空空气气中中消消失失，所所以以想想寻寻找找一一种种保保存存电电的的方方法法。有有一一天天，他他用用一一支支枪枪管管悬悬在在空空中中，用用起起电电机机与与枪枪管管连连着着，另另用用一一根根铜铜线线从从枪枪管管中中引引出出，浸浸入入一一个个盛盛有有水水的的玻玻璃璃瓶瓶中中
9、，他他让让一一个个助助手手一一只只手手握握着着玻玻璃璃瓶瓶，马马森森布布罗罗克克在在一一旁旁使使劲劲摇摇动动起起电电机机。这这时时他他的的助助手手不不小小心心将将另另一一只只手手碰碰到到枪枪管管上上，他他猛猛然然感感到到一一次次强强烈烈的的电电击击，喊喊了了起起来来。马马森森布布罗罗克克于于是是与与助助手手互互换换了了一一下下，让让助助手手摇摇起起电电机机，他他自自己己一一手拿水瓶子，另一只手去碰枪管。手拿水瓶子，另一只手去碰枪管。 “我我想想告告诉诉你你一一个个新新奇奇但但是是可可怕怕的的实实验验事事实实，但但我我警警告告你你无无论论如如何何也也不不要要再再重重复复这这个个实实验验突突然然，
10、我我的的手手受受到到了了一一下下力力量量很很大大的的打打击击，使使我我的的全全身身都都震震动动了了手手臂臂和和身身体体产产生生了了一一种种无无法形容的恐怖感觉。一句话，我以为我命休矣！法形容的恐怖感觉。一句话，我以为我命休矣！”2021/6/166虽虽然然马马森森布布罗罗克克不不愿愿再再做做这这个个实实验验，但但他他由由此此得得出出结结论论：把把带带电电体体放放在在玻玻璃璃瓶瓶内内可可以以把把电电保保存存下下来来。只只是是当当时时搞搞不不清清楚楚起起保保存存电电作作用用的的究究竟竟是是瓶瓶子子还还是是瓶瓶子子里里的的水水，后后来来人人们们就就把把这这个个蓄蓄电电的的瓶瓶子子称称作作“莱莱顿顿瓶
11、瓶”，这这个个实实验验称称为为“莱莱顿顿瓶瓶实实验验”。这这种种“电电震震”现现象象的的发发现现，轰轰动动一一时时，极极大大的的增增加加了了人人们们对对莱莱顿瓶的关注。顿瓶的关注。2021/6/167莱莱顿顿瓶瓶的的发发明明，使使物物理理学学家家们们第第一一次次有有办办法法存存储储大大量量电电荷荷，并并对对其性质进行研究。其性质进行研究。2021/6/168法国人诺莱特在巴黎进行的莱顿瓶表演（法国国王路易十五法国人诺莱特在巴黎进行的莱顿瓶表演（法国国王路易十五及皇室成员临场观看）及皇室成员临场观看） 2021/6/169（三）（三） 两种电流质假说的提出与争论两种电流质假说的提出与争论 174
12、71747年年，富富兰兰克克林林提提出出了了单单元元电电液液理理论论。认认为为带带电电的的两两物物体体是是通通过过电电液液的的迁迁移移，其其一一具具有有比比正正常常情情况况少少一一些些的的电电液液，另另一一个个物物体体具具有有了了比比正正常常情情况况多多一一些些的的电电液液。相相互互接接触触后后，又又恢恢复复到到都都具具有有正正常常数数量量的的电电液液，则则两两个个物物体体都都不不显显电电性性。他他提提出出了了正正电电和和负负电电的的概概念念，他他认认为为缺缺少少电电液液，就就是是带带负负电电，可可以以用用“”“”号号表表示示；带带超超过过正正常常情情况况的的电电液液就就带带正正电电，用用“
13、“ + + ”号号表表示示。正正、负负电电可可互互相相抵抵消消。正正、负负电电的的提提出出，为为定定量量研研究究电电现现象象提提供供了了基基础础，使使人人们们第第一一次次可可以以用用数数学学来来表表示示带带电电现现象象，其重要性是显而易见的。其重要性是显而易见的。 为为了了解解释释摩摩擦擦起起电电及及电电的的吸吸引引和和排排斥斥现现象象，法法国国人人杜杜菲菲（Charles-Francois Charles-Francois du du FayFay，1696169617391739）认认为为存存在在两两种种流流质质，可可以以通通过过摩摩擦擦的的形形式式把把它它们们分分开开，使使两两个个物物体
14、体带带异异种种电电荷荷而而相相互互吸吸引引，当当它它们们结结合合时时，又又彼彼此此中中和和。这这个个假假设设后后来来被被称称为杜菲的为杜菲的“双流说双流说”。2021/6/1610 富富兰兰克克林林的的理理论论足足以以解解释释当当时时人人们们已已知知的的绝绝大大部部分分静静电电现现象象。现现在在我我们们知知道道，所所谓谓的的电电液液是是不不存存在在的的，比比较较容容易易迁迁移移的的是是带带负负电电的的载载体体电电子子，用用电电液液迁迁移移来来解解释释电电现现象象并并不不科科学学。 尽尽管管这这样样，正正、负负电电的的概概念念和和电电荷荷守守恒恒的的观观念念是是至至今今仍仍然然有有效效的的科学观
15、念，是富兰克林对电学的一大贡献。科学观念，是富兰克林对电学的一大贡献。 2021/6/1611（四）（四）富兰克林及其电荷守恒定律富兰克林及其电荷守恒定律 富富兰兰克克林林还还认认为为摩摩擦擦只只能能使使电电液液从从一一个个物物体体转转移移到到另另一一个个物物体体上上，即即“电电不不是是摩摩擦擦玻玻璃璃管管而而 产产生生的的，而而只只是是从从摩摩擦擦者者转转移移到到了了玻玻璃璃管管，摩摩擦擦者者失失去去的的电电与与玻玻璃璃管管获获得得的的电电严严格格相相同同”。 这这就就告告诉诉人人们们，在在任任一一绝绝缘缘体体系系中中电电的的总总量量是是不不变变的的，这这就就是是通常所说的通常所说的电荷守恒
16、原理电荷守恒原理。 富富兰兰克克林林所所做做的的另另一一项项重重大大贡贡献献是是统统一一了了天天电电和和地地电电。当当时时的的欧欧洲洲和和美美国国的的大大多多数数人人认认为为雷雷电电是是“上上帝帝之之火火”，是是天天神神发发怒怒的的结结果果。为为破破除除这这种种迷迷信信 ，富富兰兰克克林林通通过过亲亲自自进进行行大大量量的的实实验验，证证明明了了雷雷电电的的电电与与摩摩擦擦电电本本质质上上是是一一样样的的。彻彻底底破破除除了了人人们们对对雷雷电电的的恐恐惧惧、迷迷信信心心理理。富富兰兰克克林林据据此此提提出出了了制制造造避避雷雷针针的设想，使建筑物免遭雷击。的设想，使建筑物免遭雷击。2021/
17、6/1612费城实验费城实验 在在 1752 1752 年年 7 7 月月的的一一个个雷雷雨雨天天富富兰兰克克林林做做了了著著名名的的费费城城实实验验：风风筝筝上上安安上上一一根根尖尖细细的的铁铁丝丝，用用来来捕捕捉捉电电，并并用用麻麻绳绳与与这这铁铁丝丝相相连连，麻麻绳绳的的末末端端拴拴一一把把铜铜钥钥匙匙，钥匙塞在莱顿瓶中间。钥匙塞在莱顿瓶中间。 2021/6/1613 富富 兰兰 克克 林林 （ Benjamin Benjamin FranklinFranklin，1706179017061790年年）是是1818世世纪纪美美国国的的实实业业家家、科科学学家家、社社会会活活动动家家、思思
18、想想家家和和外外交交家家，美美国国独独立立宣宣言言和和美美国国宪宪法法的的起起草草人人之一。之一。 富富兰兰克克林林出出身身于于相相当当贫贫寒寒的的家家庭庭，一一生生只只念念过过两两年年书书。但但他他利利用用业业余余时时间间刻刻苦苦自自学学，广广泛泛地地接接受受了了多多方方面面的的知知识识，终终于于成成为为电电学学研研究究的的先先驱驱。他他曾曾说说过过； 你你热热爱爱生生命命吗吗？那那么么别别浪浪费时间，因为时间是组成生命的材料。费时间，因为时间是组成生命的材料。 2021/6/1614（五）伽伐尼电流的发现（五）伽伐尼电流的发现 17801780年年 ， 意意 大大 利利 科科 学学 家家
19、伽伽 伐伐 尼尼 （ Luigi Luigi Galvani,1737Galvani,17371798)1798)在在一一次次解解剖剖青青蛙蛙时时有有一一个个偶偶然然的的发发现现，一一只只已已解解剖剖的的青青蛙蛙放放在在一一个个潮潮湿湿的的铁铁案案上上，当当解解剖剖刀刀无无意意中中触触及及蛙蛙腿腿上上外外露露的的神神经经时时，死死蛙蛙的的腿腿猛猛烈烈地地抽抽搐搐了了一一下下。伽伽伐伐尼尼立立即即重重复了这个实验，又观察到同样的现象。复了这个实验，又观察到同样的现象。 他他以以严严谨谨的的科科学学态态度度，选选择择各各种种不不同同的的金金属属，例例如如铜铜和和铁铁或或铜铜和和银银，接接在在一一起
20、起，而而把把另另两两端端分分别别与与死死蛙蛙的的肌肌肉肉和和神神经经接接触触，青青蛙蛙就就会会不不停停地地屈屈伸伸抽抽动动。如如果果用用玻玻璃璃、橡橡胶胶、松松香香、干干木木头头等等代代替替金金属属，就就不不会会发发生生这这样样的的现现象象。他他认认为为这这是是一一种种生生物物电电现现象象，并并于于17911791年年发发表表了了题题为为关关于于电电对对肌肉运动的作用的论文。肌肉运动的作用的论文。2021/6/1615 17911791年年意意大大利利物物理理学学家家亚亚历历山山德德罗罗 伏伏打打(Alessandro (Alessandro VoltaVolta，174517451827)1
21、827)得得知知伽伽伐伐尼尼的的这这一一发发现现，引引起起了了他他的的极极大大兴兴趣趣，作作了了一一系系列列实实验验，甚甚至至还还在在自自己己身身上上做做实实验验。他他用用两两种种金金属属接接成成一一根根弯弯杆杆，一一端端放放在在嘴嘴里里，另另一一端端和和眼眼睛睛接接触触，在在接接触触的的瞬瞬间间就就有有光光亮亮的的感感觉觉产产生生。他他用用舌舌头头舔舔着着一一枚枚金金币币和和一一枚枚银银币币，然然后后用用导导线线把把硬硬币币连连接接起起来来，就就在在连连接接的的瞬瞬间间，舌舌头头有有发发麻麻的的感感觉觉。这这些些实实验验证证明明：电电不不仅仅能能够够产产生生颤颤动动，而而且且还还会会影响视觉
22、和味觉神经。影响视觉和味觉神经。 17931793年年伏伏打打发发表表一一篇篇论论文文，总总结结了了自自己己的的实实验验，不不同同意意伽伽伐伐尼尼关关于于动动物物生生电电的的观观点点。伏伏打打在在伽伽伐伐尼尼实实险险的的基基础础上上，致致力力研研究究两两种种不不同同金金属属的的接接触触。他他得得出出了了新新的的结结论论，认认为为两两金金属属不不仅仅仅仅是是导导体体，而而且且是是由由它它们们产产生生电电流流的的。用用伏伏打打自自己己的的话话来来说说：金金属属是是真真正正的的电电流流激激发发者者，而而神神经经是是被被动动的的。伏伏打打并并把把这这种种电电流流命命名名为为“金金属属的的”或或“接接触
23、触的的”电电流流。他他为为了了尊尊重重伽伽伐伐尼尼的的最先发现权，把这种电流称为最先发现权，把这种电流称为“伽伐尼电流伽伐尼电流”。2021/6/1616 伏伏打打发发现现当当金金属属浸浸入入某某些些液液体体时时，也也会会发发生生同同样样的的电电流流效效应应。伏伏打打开开始始是是用用几几只只碗碗盛盛了了盐盐水水，把把几几对对黄黄铜铜和和锌锌做做成成的的电电极极连连接接起起来来，就就有有电电流流产产生生。18001800年年3 3月月2020日日，伏伏打打宣宣布布了了一一个个重重要要的的发发现现，这这就就是是著著名名的的“伏伏打打电电池池”（左左图图）。他他用用3030块块、4040块块、606
24、0块块或或更更多多的的铜铜片片（最最好好是是用用银银片片），每每一一片片都都和和一一块块锡锡片片（最最好好是是锌锌片片）接接触触，并并且且用用相相同同数数目目的的水水层层或或比比纯纯水水更更好好些些的的导导电电液液体体层层，好好食食盐盐水水或或碱碱水水等等，或或是是浸浸透透这这些些液液体体的的纸纸壳壳或或皮皮革革。银银片片和和锌锌片片是是两两种种不不同同的的金金属属，盐盐水水或或其其他他导导电电溶溶液液作作为为电电解解液液，它它们们构构成成了了电电流流回回路路。这这是是一一种种比比较较原原始始的的电电池池，是是由由很很多多银锌电池连接而成的电池组。银锌电池连接而成的电池组。 伏伏打打（Ales
25、sandro Alessandro Volta,1745Volta,174518271827）意意大大利利物物理理学学家家。17451745年年2 2月月1818日日生生于于科科莫莫。学学生生时时代代就就会会对对自自然然科科学学有有浓浓厚厚兴兴趣趣。1774177417791779年年任任科科莫莫大大学学预预科科物物理理学学教教授授。1779177918151815年年任任帕帕多多瓦瓦大大学学哲哲学学系系主主任任。18191819年年退退休休后后回回到故乡科莫。到故乡科莫。18271827年年3 3月月5 5日在该地逝世。日在该地逝世。（六）伏打电堆的发明（六）伏打电堆的发明2021/6/16
26、17 伏伏打打证证明明这这个个堆堆的的一一端端带带正正电电，另另一一端端带带负负电电，当当时时引引起起极极大大的的轰轰动动。这这是是第第一一个个能能人人为为产产生生稳稳定定、持持续续电电流流的的装装置置，为为电电流流现现象象的的研研究究提提供供了了物物质质基基础础，也也为为电电流流效效应应的的应应用用打打开开了了前前景景，并并很很快快成成为为进进行行电电磁磁学学和和化化学学研研究究的的有有力力工工具具，促促使使电电学学研研究究有有一一个个巨巨大大的的进进展展。伏伏打打的的成成就就受受到到各各界界普普遍遍赞赞赏赏，科科学学界界用用他他的的姓姓氏氏命命名名电电势势，电电势势差差（电电压压）的的单单
27、位位，为为“伏伏特特”（就是伏打，音译演变的），简称（就是伏打，音译演变的），简称“伏伏”。 2021/6/16182 2 电磁学的建立电磁学的建立 从从1818世世纪纪中中期期开开始始，对对电电磁磁现现象象的的研研究究进进入入了了定定量量阶阶段段。电电荷荷间间的的相相互互作作用用规规律律被被发发现现。18201820年年，奥奥斯斯特特发发现现了了电电流流的的磁磁效效应应。1919世世纪纪2020年年代代，安安培培发发表表了了“电电动动力力学学的的观观察察汇汇编编”和和电电动动力力学学理理论论等等集集当当时时电电理理论论研研究究之之大大成成的的著著作作。至至此此电电磁学理论基本建立。磁学理论基
28、本建立。（一）（一） 卡文迪许及其平方反比定律卡文迪许及其平方反比定律 1818世世纪纪中中叶叶，牛牛顿顿力力学学已已经经取取得得辉辉煌煌胜胜利利，人人们们借借助助于于万万有有引力的规律，对电力和磁力作了种种猜测。引力的规律，对电力和磁力作了种种猜测。 德德国国柏柏林林科科学学院院院院士士爱爱皮皮努努斯斯(F.U.T.Aepinus(F.U.T.Aepinus，172417241802)17591802)1759年年对对电电力力作作了了研研究究。他他在在书书中中假假设设电电荷荷之之间间的的斥斥力力和和吸吸力力随随带带电电物物体体的的距距离离的的减减少少而而增增大大，于于是是对对静静电电感感应应
29、现现象象作作出出了了更更完完善善的的解解释释。不不过过，他他并并没没有有实实际际测测量量电电荷荷间间的的作作用用力力，因而只是一种猜测。因而只是一种猜测。 2021/6/1619 17601760年年，D D伯伯努努利利首首先先猜猜测测电电力力会会不不会会也也跟跟万万有有引引力力一一样样，服从平方反比定律。服从平方反比定律。 富富兰兰克克林林的的空空罐罐实实验验（也也叫叫冰冰桶桶实实验验）对对电电力力规规律律有有重重要要启启示示。17551755年年，他他在在给给兰兰宁宁(John (John Lining)Lining)的的信信中中，提提到到过过这这样样的的实验：实验： “我我把把一一只只品
30、品脱脱银银罐罐放放在在电电支支架架（即即绝绝缘缘支支架架）上上，使使它它带带电电，用用丝丝线线吊吊着着一一个个直直径径约约为为1 1英英寸寸的的木木椭椭球球，放放进进银银罐罐中中，直直到到触触及及罐罐的的底底部部，但但是是，当当取取出出时时，却却没没有有发发现现接接触触使使它它带带电电，象从外部接触的那样。象从外部接触的那样。”2021/6/1620 富富兰兰克克林林的的这这封封信信不不久久跟跟其其他他有有关关天天电电和和尖尖端端放放电电等等问问题题的的信信件件，被被人人们们整整理理公公开开发发表表流流传传甚甚广广，很很多多人人都都知知道道这这个个空空罐罐实实验验，不不过过也也和和富富兰兰克克
31、林林一一样样，不不知知如如何何解解释释这这一一实实验验现现象象。富富兰兰克克林林有有一一位位英英国国友友人人，名名叫叫普普利利斯斯特特利利（Joseph Joseph Priest Priest leyley，1733180417331804），是是化化学学家家，对对电电学学也也很很有有研研究究。富富兰兰克克林林写写信信告告诉诉他他这这个个实实验验并并向向他他求求教教。普普利利斯斯特特利利专专门门重重复复了了这这个个实实验验，在在17671767年年的的电电学学历历史史和和现现状状及及其其原原始始实实验验一一书书中中他他写道：写道：“难难道道我我们们就就不不可可以以从从这这个个实实验验得得出出
32、结结论论：电电的的吸吸引引与与万万有有引引力力服服从从同同一一定定律律，即即距距离离的的平平方方，因因为为很很容容易易证证明明，假假如如地地球球是是一一个个球球壳壳，在在壳壳内内的的物物体体受受到到一一边边的的吸吸引引作作用用，决决不不会会大大于于另一边的吸引。另一边的吸引。” 不不过过，普普利利斯斯特特利利的的结结论论并并没没有有得得到到科科学学界界的的普普遍遍重重视视，因因为为他他并并没没有有特特别别明明确确地地进进行行论论证证，仍仍然然停停留留在在猜猜测测的的阶阶段段，一一直拖了直拖了1818年，才由库仑正式提出。年，才由库仑正式提出。2021/6/1621 其其实实早早在在177317
33、73年年，卡卡文文迪迪许许比比库库仑仑早早1212年年就就发发现现了了“库库仑仑定定律律”。可惜他没有发表他的研究结果。可惜他没有发表他的研究结果。 他他在在17731773年年用用两两个个同同心心金金属属壳壳作作实实验验，外外球球壳壳由由两两个个半半球球装装置置而而成成，两两半半球球合合起起来来正正好好形形成成内内球球的的同同心心球球。卡卡文文迪迪什什这这样样描描述述他他的的装装置置： “我我取取一一个个直直径径为为12.112.1英英寸寸的的球球，用用一一根根实实心心的的玻玻璃璃棒棒穿穿过过中中心心当当作作轴轴，并并覆覆盖盖以以封封蜡蜡。然然后后把把这这个个球球封在两个中空的半球中间，半正
34、极接到半球，使半球带电。封在两个中空的半球中间，半正极接到半球，使半球带电。”卡卡文文迪迪什什用用一一根根导导线线将将内内外外球球联联起起来来，外外球球壳壳带带电电后后，取取走走导导线线，打打开开外外球球壳壳，用用验验电电器器试试验验内内球球是是否否带带电电。结结果果发发现现验验电器没有指示，证明内球没有带电，电荷完全分布在外球上。电器没有指示，证明内球没有带电，电荷完全分布在外球上。 卡卡文文迪迪什什将将这这个个实实验验重重复复了了多多次次，确确定定电电力力服服从从平平方方反反比比定定律律，指指数数偏偏差差不不超超过过0.020.02。卡卡文文迪迪什什这这个个实实验验的的设设计计相相当当巧巧
35、妙妙。他他用用的的是是当当年年最最原原始始的的电电测测仪仪器器，却却获获得得了了相相当当可可靠靠而而且且精精确确的的结结果果。他他成成功功的的关关键键在在于于掌掌握握了了牛牛顿顿万万有有引引力力定定律律这这一一理理论论武武器器，通通过过数数学学处处理理，将将直直接接测测量量变变为为间间接接测测量量，从从而而得得到到了了电力的平方反比定律。电力的平方反比定律。2021/6/1622（二）（二） 库仑定律的建立库仑定律的建立 库库仑仑（Charlse-Augustin Charlse-Augustin de de CoulombCoulomb 1736173618061806年年）是是法法国国工工
36、程程师师和和物物理理学学家家。青青少少年年时时期期，库库仑仑受受过过良良好好的的教教育育。离离开开学学校校后后，库库仑仑当当过过军军事事工工程程队队的的工工程程师师，对对材材料料的的性性质质、物物体体上上应应力力和和应应变变的的计计算算十分在行。十分在行。 17811781年年库库仑仑研研究究了了摩摩擦擦定定律律，研研究究了了丝丝线线和和金金属属丝丝的的扭扭转转，确确立立了了弹弹性性扭扭转转的的定定律律。根根据据这这些些成成果果，17841784年年库库仑仑制制成成了了测测量量力力的的仪仪器器-扭扭秤秤。17851785年年，他他借借助助扭扭秤秤在在实实验验上上确确立立了了静静电电学学基基本本
37、定定律律即即库库仑仑定定律律。同同年年，他他在在给给法法国国科科学学院院的的电电力力定定律律的的论论文文中中详详细细地地介介绍绍了了他他的的实实验验装装置置，测测试试经经过过和和实实验验结结果。果。2021/6/1623库仑扭秤库仑扭秤2021/6/1624（三）（三） 奥斯特的发现奥斯特的发现 奥奥斯斯特特 丹丹麦麦物物理理学学家家奥奥斯斯特特(Hans (Hans Christian Christian OerstedOersted， 17771851)177717771851)1777年年 8 8月月1414日日生生于于丹丹麦麦朗朗格格兰兰德德岛岛一一个个药药剂剂师师家家庭庭1212岁岁
38、开开始始帮帮助助父父亲亲在在药药房房里里干干活活，同同时时坚坚持持学学习习化化学学由由于于刻刻苦苦攻攻读读，1717岁岁以以优优异异的的成成绩绩考考取取了了哥哥本本哈哈根根大大学学的的免免费费生生他他一一边边当当家家庭庭教教师师，一一边边在在学学校校学学习习药药物物学学、天天文文、数数学学、物物理理、化化学学等等18061806年年任任哥哥本本哈哈根根大大学学物物理理学学教教授授，18211821年年被被选选为为英英国国皇皇家家学学会会会会员员，18231823年年被被选选为为法法国国科科学学院院院院士士，后后来来任丹麦皇家科学协会会长任丹麦皇家科学协会会长2021/6/1625 电电和和磁磁
39、有有没没有有联联系系？这这是是先先人人经经常常思思索索的的问问题题。 1717世世纪纪初初，吉吉尔尔伯伯特特就就断断言言，它它们们之之间间没没有有因因果果关关系系，库库仑仑也也持持同同样样观观点点。然然而而实实际际事事例例不不断断吸吸引引人人们们注注意意。例例如如：17311731年年有有一一名名英英国国商商人人诉诉述述，雷雷闪闪过过后后，他他的的一一箱箱新新刀刀叉叉竟竟带带上上了了磁磁性性。17511751年年富富兰克林发现在莱顿瓶放电后，缝纫针磁化了。兰克林发现在莱顿瓶放电后，缝纫针磁化了。 电电真真的的会会产产生生磁磁吗吗？这这个个疑疑问问促促使使17741774年年德德国国一一家家研研
40、究究机机构构悬悬奖奖征征解解，题题目目是是：“电电力力和和磁磁力力是是否否存存在在实实际际和和物物理理的的相相似似性性？”许许多多人人纷纷纷纷作作实实验验进进行行研研究究，但但是是，在在伏伏打打发发明明电电堆堆以以前前，这这类类实实验验很很难难成成功功，因因为为没没有有产产生生稳稳恒恒电电流流的的条条件件。不不过过，即使有了伏打电堆，也不一定能立即找到电和磁的联系。即使有了伏打电堆，也不一定能立即找到电和磁的联系。 18191819年年冬冬，奥奥斯斯特特在在哥哥本本哈哈根根开开设设了了一一个个讲讲座座，讲讲授授电电磁磁学学方方面面的的课课题题。在在备备课课中中，奥奥斯斯特特分分析析了了前前人人
41、在在电电流流方方向向上上寻寻找找磁磁效效应应都都未未成成功功的的事事实实，想想到到磁磁效效应应可可能能像像电电流流通通过过导导线线产产生生热和光那样是向四周散射的，即是一种横向力，而不是纵向的。热和光那样是向四周散射的，即是一种横向力，而不是纵向的。2021/6/1626 18201820年年春春，奥奥斯斯特特安安排排了了一一个个这这方方面面的的实实验验，他他采采用用讲讲演演时时常常用用的的电电池池槽槽，让让电电流流通通过过一一根根很很细细的的铂铂丝丝，把把一一个个带带玻玻璃璃罩罩的的指指南南针针放放在在铂铂丝丝下下面面，实实验验没没有有取取得得明明显显的的效效果果18201820年年4 4月
42、月的的一一天天晚晚上上，奥奥斯斯特特在在讲讲课课中中突突然然出出现现了了一一个个想想法法，讲讲课课快快结结束束时时，他他说说：让让我我把把导导线线与与磁磁针针平平行行放放置置来来试试试试看看当当他他接接通通电电源源时时，他他发发现现小小磁磁针针微微微微动动了了一一下下这这一一现现象象使使奥奥斯斯特特又又惊惊又又喜喜，他他紧紧紧紧抓抓住住这这一一现现象象，连连续续进进行行了了3 3个个月月的的实实验验研研究究，终终于于在在18201820年年7 7月月2121日日发发表表了了题题为为关关于于磁磁针针上上的的电电流流碰碰撞撞的的实实验验的论文。的论文。 奥奥斯斯特特从从实实验验总总结结出出：电电流
43、流的的作作用用仅仅存存在在于于载载流流导导线线的的周周围围；沿沿着着螺螺纹纹方方向向垂垂直直于于导导线线；电电流流对对磁磁针针的的作作用用可可以以穿穿过过各各种种不不同同的的介介质质；作作用用的的强强弱弱决决定定于于介介质质，也也决决定定于于导导线线到到磁磁针针的的距距离离和和电电流流的的强强弱弱；铜铜和和其其他他一一些些材材料料做做的的针针不不受受电电流流作作用用；通通电的环形导体相当于一个磁针，具有两个磁极，等等。电的环形导体相当于一个磁针，具有两个磁极，等等。2021/6/1627奥斯特奥斯特奥斯特实验奥斯特实验2021/6/1628 奥奥斯斯特特发发现现的的电电流流磁磁效效应应，是是科
44、科学学史史上上的的重重大大发发现现它它立立即即引引起起了了那那些些懂懂得得它它的的重重要要性性和和价价值值的的人人们们的的注注意意。在在这这一一重重大大发现之后，一系列的新发现接连出现。发现之后，一系列的新发现接连出现。2021/6/1629（四）（四） 安陪定律的建立安陪定律的建立 奥奥斯斯特特发发现现电电流流磁磁效效应应的的消消息息传传到到德德国国和和瑞瑞士士后后，正正在在日日内内瓦瓦的的法法国国科科学学家家阿阿拉拉果果（AragoArago）闻闻讯讯赶赶回回巴巴黎黎，向向法法国国科科学学院院报报告告并并演演示示了了奥奥斯斯特特的的实实验验，引引起起法法国国科科学学界界的的极极大大兴兴趣趣
45、。毕毕奥奥（J. J. B.BiotB.Biot， 1774186217741862）和和萨萨伐伐（Felix Felix SavartSavart，1791184117911841）更更仔仔细细地地研研究究了了直直线线载载流流导导线线对对磁磁针针的的作作用用，确确定定这这个个作作用用力力正正比比于于电电流流强强度度，反反比比于于电电流流与与磁磁极极的的距距离离，力力的方向垂直于这一距离。的方向垂直于这一距离。 安安培培(Ampre(Ampre，Andr-MarieAndr-Marie，17751836)17751836)则则从从电电流流与与电电流流之之间间的的相相互互作作用用进进行行探探讨讨
46、，他他把把磁磁性性归归结结为为电电流流之之间间的的相相互互作作用用，为为了了定定量量研研究究电电流流之之间间的的相相互互作作用用，他他设设计计了了四四个个极极其其精精巧巧的的实实验验，并并在在这这些些实实验验的的基基础础上上进进行行数数学学推推导导，得得到到普普遍遍的的电电动动力力公公式式，为为电电动动力力学学奠奠定定了了基基础础。这这四四个个实实验验用用的的都都是是示示零法，得到了精确可靠的结果。零法，得到了精确可靠的结果。2021/6/1630 安安 培培 (Ampre(Ampre， Andr-MarieAndr-Marie， 177517751836)1836)是是法法国国物物理理学学家
47、家、数数学学家家17751775年年1 1月月2222日日生生于于里里昂昂一一个个商商人人家家庭庭父父亲亲为为他他安安排排了了按按照照自自己己的的意意愿愿来来学学习习的的环环境境他他自自幼幼聪聪明明好好学学，具具有有惊惊人人的的记记忆忆力力，尤尤其其是是在在数数学学方方面面有有非非凡凡的的天天赋赋1212岁岁学学习习了了微微积积分分，1313岁岁发发表表关关于于螺螺旋旋线线的的论论文文1818岁岁时时，除除了了拉拉丁丁语语，还还通通晓晓意意大大利利语语和和希希腊腊语语18051805年年定定居居巴巴黎黎，担担任任法法兰兰西西学学院院的的物物理理教教授授，18141814年年参参加加了了法法国国
48、科科学学会会，18181818年年担担任任巴巴黎黎大大学学总总督督学学，18271827年年被被选选为为英英国国皇皇家家学学会会会会员员。他他还还是是柏柏林林科科学学院院和斯德哥尔摩科学院院士。和斯德哥尔摩科学院院士。2021/6/1631第第一一个个实实验验证证明明电电流流反反向向，作作用用力力也也反反向向。安安培培用用一一无无定定向向秤秤检检验验对对折折的的通通电电导导线线有有无无磁磁力力作作用用。所所谓谓无无定定向向秤秤，实实际际上上是是两两个个方方向向相相反反的的通通电电线线圈圈，悬悬吊吊在在水水银银槽槽下下。如如果果两两个个线线圈圈受受力力不不均均衡衡，就就会会发发生生偏偏转转。实实
49、验验结结果果是是：当当对对折折导导线线通通电电时时，无无定定向向秤秤丝丝毫毫不不动动，证证明明强强度度相相等等、方方向向相相反反的的两两个个靠靠得得很很近近的电流对另一电流产生的吸力和斥力在绝对值上是相等的。的电流对另一电流产生的吸力和斥力在绝对值上是相等的。第第二二个个实实验验证证明明磁磁作作用用的的方方向向性性。安安培培仍仍用用无无定定向向秤秤，将将对对折折导导线线中中的的一一根根绕绕成成螺螺旋旋状状，结结果果也也是是没没有有作作用用，说说明明弯弯曲曲的的电电流流和和直直线线的的电电流流是是等等效效的的，因因此此可可以以把把弯弯曲曲电电流流看看成成是是许许多多小小段段电电流流（即即电电流流
50、元元）组组成成，它它的的作作用用就就是是各各小小段段电电流流的的矢矢量和。量和。2021/6/1632第第三三个个实实验验研研究究作作用用力力的的方方向向。安安培培把把圆圆弧弧形形导导体体架架在在水水银银槽槽上上，经经水水银银槽槽通通电电。改改变变通通电电回回路路或或用用各各种种通通电电线线圈圈对对它它作作用，圆弧导体都不动，说明作用力一定垂直于载流导体。用，圆弧导体都不动，说明作用力一定垂直于载流导体。第第四四个个实实验验检检验验作作用用力力与与电电流流及及距距离离的的关关系系。安安培培用用三三个个相相似似的的线线圈圈，其其半半径径之之比比分分别别等等于于其其距距离离之之比比。通通电电后后，
51、中中间间的的线线圈圈丝丝毫毫不不动动，说说明明第第一一个个线线圈圈和和第第三三个个线线圈圈对对第第二二个个线线圈圈的的作作用用相相互互抵抵消消。由由此此得得出出结结论论：载载流流导导线线的的长长度度与与作作用用距距离离增增加加相相同同倍倍数数时时，作作用不变。用不变。安培研究电流相互作用的仪器安培研究电流相互作用的仪器2021/6/1633 在在上上述述实实验验的的基基础础上上，安安培培于于18201820年年1212月月4 4日日推推出出了了反反映映电电流流间间的的相相互互作作用用的的公公式式，即即两两个个电电流流元元之之间间的的作作用用力力跟跟它它们们之之间距离的平方成反比，这就是著名的安
52、培定律间距离的平方成反比，这就是著名的安培定律。安培最初发表的公式如下：安培最初发表的公式如下：安培定律目前的表达式为：安培定律目前的表达式为：2021/6/1634 安安培培还还进进一一步步探探索索了了磁磁的的本本质质，于于18211821年年1 1月月提提出出了了分分子子电电流流假假说说，认认为为每每个个分分子子形形成成的的圆圆形形电电流流就就相相当当于于一一根根小小磁磁针针。安培把磁和电流联系起来，从本质上认识了磁和电的统一。安培把磁和电流联系起来，从本质上认识了磁和电的统一。 18271827年年，安安培培在在其其发发表表的的电电动动力力学学理理论论总总结结了了已已知知的的电电磁磁现现
53、象象，得得到到了了磁磁场场的的安安培培环环路路定定理理等等。安安培培把把牛牛顿顿力力学学引引入入电学，创立了电动力学，电学，创立了电动力学，被麦克斯韦誉为被麦克斯韦誉为“电学中的牛顿电学中的牛顿”。 安安培培定定律律的的公公式式从从形形式式上上看看，与与牛牛顿顿的的万万有有引引力力定定律律非非常常相相似似。安安培培正正是是遵遵循循牛牛顿顿的的路路线线，仿仿照照力力学学的的理理论论体体系系，创创建建了了电电动动力力学学。他他认认定定电电流流元元之之间间的的相相互互作作用用力力是是电电磁磁现现象象的的核核心心，电电流流元元相相当当于于力力学学中中的的质质点点，它它们们之之间间存存在在超超距距作作用
54、用，就就象万有引力一样。象万有引力一样。2021/6/1635（五）（五） 欧姆定律的建立欧姆定律的建立欧姆研究电路的欧姆研究电路的实验装置实验装置 欧欧姆姆(Georg (Georg Simon Simon OhmOhm，17891845) 17891845) 17891789年年3 3月月1616日日出出生生在在南南德德意意志志巴巴伐伐利利亚亚的的爱爱尔尔朗朗根根。他他在在18051805年年考考入入爱爱尔尔朗朗根根大大学学，但但他他只只读读了了三三个个学学期期就就被被父父亲亲送送到到了了瑞瑞士士农农村村。欧欧姆姆的的父父亲亲认认为为农农村村的的清清新新空空气气和和纯纯朴朴的的社社会会关关
55、系系，将将会会更更有有利利于于欧欧姆姆潜潜心心学学习习。在在这这以以后后的的岁岁月月里里，欧欧姆姆一一边边自自学学，一一边边担担任任中中学学教教师师和和家家庭庭教教师师。 18111811年年，欧欧姆姆再再度度进进入入爱爱尔尔朗朗根根大大学学，并并于于同同年月年月1010月获得了博士学位。月获得了博士学位。 在在安安培培专专注注于于电电流流磁磁效效应应的的研研究究时时，德德国国的的欧欧姆姆就就开开始始了了对对导导线线中中电电流流规规律律的的研研究工作。究工作。2021/6/1636 他他从从傅傅立立叶叶发发现现的的热热传传导导规规律律受受到到启启发发，导导热热杆杆中中两两点点间间的的热热流流正
56、正比比于于这这两两点点间间的的温温度度差差。因因而而欧欧姆姆认认为为，电电流流现现象象与与此此相相似似，猜猜想想导导线线中中两两点点之之间间的的电电流流也也许许正正比比于于它它们们之之间间的的某某种种驱动力，即现在所称的电动势。驱动力，即现在所称的电动势。开开始始他他用用伏伏打打电电堆堆作作电电源源，但但是是因因为为电电流流不不稳稳定定，效效果果不不好好。后后来来他他接接受受别别人人的的建建议议改改用用温温差差电电池池作作电电源源，从从而而保保证证了了电电流流的的稳稳定定性性。但但是是如如何何测测量量电电流流的的大大小小，这这在在当当时时还还是是一一个个没没有有解解决决的的难难题题。他他把把奥
57、奥斯斯特特关关于于电电流流磁磁效效应应的的发发现现和和库库仑仑扭扭秤秤结结合合起起来来，巧巧妙妙地地设设计计了了一一个个电电流流扭扭秤秤。实实验验中中他他用用粗粗细细相相同同、长度不同的八根铜导线进行了测量，得出了如下的等式：长度不同的八根铜导线进行了测量，得出了如下的等式： X Xa a(b(bx)x)式式中中X X为为磁磁效效应应强强度度，即即电电流流的的大大小小；a a是是与与激激发发力力( (即即温温度度差差) )有有关关的的常常数数，即即电电动动势势；x x表表示示导导线线的的长长度度，b b是是与与电电路路其其余余部部分分的的电电阻阻有有关关的的常常数数，b bx x实实际际上上表
58、表示示电电路路的的总总电电阻阻。这这个个结结果于果于18261826年发表。年发表。2021/6/1637 18271827年年欧欧姆姆又又在在动动电电电电路路的的数数学学研研究究一一书书中中，把把他他的的实实验规律总结成如下公式：验规律总结成如下公式： EE式式中中S S表表示示电电流流；E E表表示示电电动动力力，即即导导线线两两端端的的电电势势差差，为为导导线对电流的传导率，其倒数即为电阻。线对电流的传导率，其倒数即为电阻。 欧欧姆姆定定律律发发现现初初期期，许许多多物物理理学学家家不不能能正正确确理理解解和和评评价价这这一一发发现现，并并遭遭到到怀怀疑疑和和尖尖锐锐的的批批评评。研研究
59、究成成果果被被忽忽视视，经经济济极极其其困困难难，使使欧欧姆姆精精神神抑抑郁郁。直直到到18411841年年英英国国皇皇家家学学会会授授予予他他最最高高荣誉的科普利奖章，才引起德国科学界的重视。荣誉的科普利奖章，才引起德国科学界的重视。欧欧姆姆在在自自己己的的许许多多著著作作里里还还证证明明了了：电电阻阻与与导导体体的的长长度度成成正正比比，与与导导体体的的横横截截面面积积和和传传导导性性成成反反比比；在在稳稳定定电电流流的的情情况况下下，电荷不仅在导体的表面上，而且在导体的整个截面上运动。电荷不仅在导体的表面上，而且在导体的整个截面上运动。2021/6/1638三三.电磁感应现象的发现与研究
60、电磁感应现象的发现与研究电电磁磁感感应应现现象象的的发发现现是是电电磁磁学学发发展展史史中中又又一一重重大大的的里里程程碑碑。对对电电磁磁感感应应现现象象的的研研究究使使人人们们对对电电与与磁磁的的关关系系有有了了更更深深刻刻的的认认识，使电磁学理论更趋于完善。识，使电磁学理论更趋于完善。（一）（一） 法拉第电磁感应现象的发现法拉第电磁感应现象的发现 18201820年年奥奥斯斯特特发发现现电电流流的的磁磁效效应应之之后后，英英国国物物理理学学家家法法拉拉第第于于18211821年年提提出出“由由磁磁产产生生电电的的大大胆胆设设想想，并并开开始始了了艰艰苦苦的的探探索索。18211821年年9
61、 9月月他他发发现现通通电电的的导导线线能能绕绕磁磁铁铁旋旋转转以以及及磁磁体体绕绕载载流流导导体体的的运运动动，第第一一次次实实现现了了电电磁磁运运动动向向机机械械运运动动的的转转换换，从从而而建建立立了了电电动动机机的的实实验验室室模模型型。接接着着经经过过无无数数次次实实验验的的失失败败，终终于于在在18311831年年发发现现了了电电磁磁感感应应定定律律。这这一一划划时时代代的的伟伟大大发发现现，使使人人类类掌掌握握了了电电磁磁运运动动相相互互转转变变以以及及机机械械能能和和电电能能相相互互转转变变的的方法，成为现代发电机、电动机、变压器技术的基础。方法，成为现代发电机、电动机、变压器
62、技术的基础。2021/6/1639法法 拉拉 第第 (Michael (Michael Faraday Faraday 1791-1791-1867)1867)是是英英国国物物理理学学家家、化化学学家家，也也是是著著名名的的自自学学成成才才的的科科学学家家。17911791年年9 9月月2222日日萨萨里里郡郡纽纽因因顿顿一一个个贫贫苦苦铁铁匠匠家家庭庭。因因家家庭庭贫贫困困仅仅上上过过几几年年小小学学，1313岁岁时时便便在在一一家家书书店店里里当当学学徒徒。由由于于他他爱爱好好科科学学研研究究，专专心心致致志志，受受到到英英国国化化学学家家戴戴维维的的赏赏识识，18131813年年3 3月
63、月由由戴维举荐到皇家研究所任实验室助手。戴维举荐到皇家研究所任实验室助手。 任任实实验验室室助助手手是是法法拉拉第第一一生生的的转转折折点点，从从此此他他踏踏上上了了献献身身科科学学研研究究的的道道路路。同同年年1010月月戴戴维维到到欧欧洲洲大大陆陆作作科科学学考考察察，讲讲学学，法法拉拉第第作作为为他他的的秘秘书书、助助手手随随同同前前往往。 18151815年年5 5月月回回到到皇皇家家研研究究所所在在戴戴维维指指导导下下进进行行化化学学研研究究。18241824年年1 1月月当当选选皇皇家家学学会会会会员员，18251825年年2 2月月任任皇皇家家研研究究所所实实验验室室主主任任，1
64、833-18621833-1862任任皇皇家家研研究究所所化化学学教教授授。18461846年年荣荣获获伦伦福德奖章和皇家勋章。福德奖章和皇家勋章。18671867年年8 8月月2525日逝世。日逝世。2021/6/1640 法拉第对各项试验作了总结，向英国皇家学会报告说：产法拉第对各项试验作了总结，向英国皇家学会报告说：产生感应电流的情况可以分为五类：生感应电流的情况可以分为五类：1 1变化中的电流；变化中的电流；2 2变化中的磁场；变化中的磁场；3 3运动的稳恒电流；运动的稳恒电流；4 4运动中的磁铁；运动中的磁铁；5 5在磁场中运动的导体。在磁场中运动的导体。法法拉拉第第对对电电磁磁学学
65、的的贡贡献献不不仅仅是是发发现现了了电电磁磁感感应应，他他还还发发现现了了光光磁磁效效应应（也也叫叫法法拉拉第第效效应应）、电电解解定定律律和和物物质质的的抗抗磁磁性性。他他在在大大量量实实验验的的基基础础上上创创建建了了力力线线思思想想和和场场的的概概念念，为为麦麦克克斯斯韦韦电磁场理论奠定了基础。电磁场理论奠定了基础。2021/6/1641( (二二) ) 亨利及自感现象的发现亨利及自感现象的发现18291829年年，美美国国物物理理学学家家亨亨利利改改进进电电磁磁铁铁，他他用用绝绝缘缘导导线线密密绕绕在在铁铁芯芯上上，制制成成了了能能提提起起近近一一吨吨重重物物的的强强电电磁磁铁铁。同同
66、年年，亨亨利利在在用用实实验验证证明明不不同同长长度度的的导导线线对对电电磁磁铁铁的的提提举举力力的的影影响响时时，发发现现了了电电流流的的自自感感现现象象：断断开开通通有有电电流流的的长长导导线线可可以以产产生生明明亮亮的的火火花花。18321832年年，他他在在发发表表的的论论文文中中宣宣布布发发现现了了自自感感现现象象。18351835年年1 1月月，亨亨利利向向美美国国哲哲学学会会介介绍绍了了他他的的研研究究结结果果，他他用用1414个个实实验验定定性性地地确确定定了了各各种种形形状状导导体体的的电电感感的的相相对对大大小小。他他还还发发现现了了变变压压器工作的基本定律。器工作的基本定
67、律。亨亨利利（JosephHenry，1797.12.171878.5.13） 17971797年年1212月月1717日日生生于于美美国国纽纽约约州州奥奥尔尔贝贝尼尼市市。18221822年年毕毕业业于于奥奥尔尔贝贝尼尼学学院院，18261826年年被被聘聘为为奥奥尔尔贝贝尼尼学学院院物物理理学学教教授授。18671867年年任任美美国国科科学学院院第一任院长。第一任院长。18781878年年5 5月月1313日亨利在华盛顿去世。日亨利在华盛顿去世。2021/6/1642 18301830年年8 8月月，亨亨利利在在实实验验中中已已经经观观察察到到了了电电磁磁感感应应现现象象，这这比比法法拉
68、拉第第发发现现电电磁磁感感应应现现象象早早一一年年。但但是是当当时时亨亨利利正正在在集集中中精精力力制制作作更更大大的的电电磁磁铁铁，没没有有及及时时发发表表这这一一实实验验成成果果，失失去去了了发发明权。明权。2021/6/1643 法法拉拉第第只只是是定定性性地地用用文文字字表表述述了了电电磁磁感感应应现现象象。18331833年年楞楞茨茨（LenzLenz）进进一一步步发发现现楞楞茨茨定定律律，说说明明感感应应电电流流的的方方向向。18451845年年才才由由纽纽曼曼（F.E.NeumannF.E.Neumann，1798189517981895）以以定定律律的的形形式提出电磁感应的定量
69、规律。式提出电磁感应的定量规律。 楞楞次次（Heinrich Heinrich Friedrich Friedrich Emil Emil LenzLenz）是是俄俄国国物物理理学学家家和和地地球球物物理理学学家家，生生于于爱爱沙沙尼尼亚亚的的多多尔尔帕帕特特（今今爱爱沙沙尼尼亚亚共共和和国国的的塔塔尔尔图图） ，1616岁岁以以优优异异成成绩绩考考入入家家乡乡的的多多尔尔帕帕特特大大学学。早早年年曾曾参参加加地地球球物物理理观观测测活活动动，发发现现并并正正确确解解释释了了大大西西洋洋、太太平平洋洋、印印度度洋洋海海水水含含盐盐量量不不同同的的现现象象。18281828年年被被挑挑选选为为俄
70、俄国国圣圣彼彼得得堡堡科科学学院院的的初初级级科科学学助助理理，18301830年年被被选选为为圣圣彼彼得得堡堡科科学学院院通通讯讯院院士士，18341834年年选选为为院院士士。18451845年年倡倡导导组组织织了了俄俄国国地地球球物物理理学学会会。18361836年年至至18651865年年任任圣圣彼彼得得堡堡大大学学教教授授，兼兼任任海海军军和和师师范范等等院院校校物物理理学学教教授授。 18651865年寒假，楞次在意大利罗马中风去世。年寒假，楞次在意大利罗马中风去世。 （三）（三） 楞次定律的发现楞次定律的发现2021/6/1644 楞楞次次主主要要从从事事电电学学的的研研究究。1
71、8321832年年当当他他知知道道了了法法拉拉第第研研究究“磁磁生生电电”取取得得了了成成功功，很很受受鼓鼓舞舞，也也开开始始进进行行一一系系列列电电磁磁实实验验。18331833年年楞楞次次把把他他的的工工作作总总结结在在论论动动电电感感应应引引起起的的电电流流的的方方向向一一文文中中，指指出出感感应应电电流流的的方方向向是是这这样样确确定定的的：它它所所产产生生的的磁磁场场方方向向与与引引起起感感应应的的原原磁磁场场的的变变化化方方向向相相反反。这这对对充充实实、完完善善电电磁磁感感应应规规律律是是一一大大贡贡献献。后后被被称称为为楞楞次次定定律律，这这一一定定律律表明，电磁感应现象也是尊
72、从能量守恒定律的。表明，电磁感应现象也是尊从能量守恒定律的。2021/6/1645（四）（四） 法拉第的法拉第的“力线力线”思想思想法法拉拉第第从从广广泛泛的的实实验验研研究究中中构构想想出出描描绘绘电电磁磁作作用用的的“力力线线”图图象象。他他认认为为电电荷荷和和磁磁极极周周围围的的空空间间充充满满了了力力线线，靠靠力力线线（包包括括电电力力线线和和磁磁力力线线）将将电电荷荷（或或磁磁极极）联联系系在在一一起起。力力线线就就象象是是从从电电荷荷（或或磁磁极极）发发出出、又又落落到到电电荷荷（或或磁磁极极）的的一一根根根根皮皮筋筋一一样样，具具有有在在长长度度方方向向力力图图收收缩缩，在在侧侧
73、向向力力图图扩扩张张的的趋趋势。他以丰富的想象力阐述电磁作用的本质。势。他以丰富的想象力阐述电磁作用的本质。 18511851年年他他在在论论文文论论磁磁力力线线中中指指出出：“无无论论导导线线事事垂垂直直还还是是倾倾斜斜地地切切过过磁磁力力线线，也也无无论论它它是是沿沿着着某某一一方方向向或或沿沿着着另另一一方方向向，这这根根导导线线都都能能把把它它所所切切割割过过的的力力线线中中的的力力汇汇集集在在一一起起”，因此因此“形成电流的力应该正比于切割磁力线的数量形成电流的力应该正比于切割磁力线的数量”。2021/6/1646法法拉拉第第是是电电磁磁场场理理论论的的奠奠基基人人，他他首首先先提提
74、出出了了磁磁力力线线、电电力力线线的的概概念念，在在电电磁磁感感应应、电电化化学学、静静电电感感应应的的研研究究中中进进一一步步深深化化和和发发展展了了力力线线思思想想，并并第第一一次次提提出出场场的的思思想想，建建立立了了电电场场法法、磁磁场场的的概概念念，否否定定了了超超距距作作用用观观点点。爱爱因因斯斯坦坦曾曾指指出出，场场的的思思想想是是法法拉拉第第最最富富有有创创造造性性的的思思想想，是是自自牛牛顿顿以以来来最最重重要要的的发发现现。麦麦克克斯斯韦韦正正是是继继承承和和发发展展了了法法拉拉第第的的场场的的思思想想，为为之之找找到到了了完完美的数学表示形式从而建立了电磁场理论。美的数学
75、表示形式从而建立了电磁场理论。 法法拉拉第第研研究究了了电电介介质质对对电电力力作作用用的的影影响响，认认识识到到这这一一影影响响表表明明电电力力不不可可能能是是超超距距作作用用，而而是是通通过过电电介介质质状状态态的的变变化化；即即使使没没有有电电介介质质，空空间间也也会会产产生生某某种种变变化化，布布满满了了力力线线。后后来来，法法拉拉第第又又进进一一步步研研究究了了磁磁介介质质，解解释释了了顺顺磁磁性性和和反反磁磁性性。电电磁磁感感应应现现象象则则解解释释为为磁磁铁铁周周围围存存在在某某种种“电电应应力力状状态态”（electro electro tonic tonic statesta
76、te），当当导导线线在在其其附附近近运运动动时时，受受到到应应力力作作用用而而有有电电荷荷作作定定向向运运动动；回回路路中中产产生生电电动动势势则则是是由由于于穿穿过过回回路路的的磁磁力力线线数目发生了变化。数目发生了变化。2021/6/1647（五）（五） 法拉第及其电学实验研究法拉第及其电学实验研究 法法拉拉第第一一生生作作出出了了很很多多的的科科学学贡贡献献，发发表表了了大大量量实实验验方方面面的的论论文文，后后来来这这些些论论文文汇汇集集在在三三卷卷本本的的名名为为电电学学实实验验研研究究的的巨巨著著中中。这这部部由由三三千千多多节节组组成成的的巨巨著著真真实实而而详详细细地地记记录录
77、了了他他一一生生中中成成功功的的和和失失败败的的1604116041个个实实验验，凝凝聚聚了了他他的的实实验验研研究究成成果果和和对对物物理理学学的的深深刻刻见见解解，对对以以后后的的几几代代物物理理学学家家甚甚至至对对现现代代物理学家都有深刻的教益。物理学家都有深刻的教益。 18671867年年，就就在在法法拉拉第第逝逝世世的的那那一一年年，一一位位名名叫叫爱爱迪迪生生(T. (T. A. A. Edison,1847-1931)Edison,1847-1931)的的美美国国青青年年在在波波士士顿顿街街头头的的一一个个旧旧书书摊摊上上买买到到几几本本残残缺缺不不全全的的法法拉拉第第著著作作，
78、其其中中就就有有电电学学实实验验研研究究。爱爱迪迪生生后后来来说说：“这这一一笔笔小小钱钱花花得得很很值值，是是自自己己一一生生中中收收益益最最大大的的投投资资。”法法拉拉第第电电学学实实验验研研究究对对爱爱迪迪生生一一生生的的发发明明创创造富有启迪。造富有启迪。2021/6/1648 麦麦克克斯斯韦韦(James (James Clerk Clerk MaxwellMaxwell，183118311879)1879)，英英国国物物理理学学家家，经经典典电电磁磁理理论论的的奠奠基基人人18311831年年8 8月月3131日日出出生生于于爱爱丁丁堡堡。自自幼幼聪聪颖颖，1515岁岁就就在在爱爱
79、丁丁堡堡皇皇家家学学会会会会刊刊上上发发表表了了一一篇篇关关于于二二次次曲曲线线作作图图问问题题的的论论文文，已显露出出众的才华。已显露出出众的才华。 18471847年年进进入入爱爱丁丁堡堡大大学学学学习习数数学学和和物物理理。18501850年年转转入入剑剑桥桥大大学学三三一一学学院院数数学学系系学学习习，18541854年年以以第第二二名名的的成成绩绩获获史史密密斯斯奖奖学学金金，毕毕业业留留校校任任职职两两年年。 18561856年年在在苏苏格格兰兰阿阿伯伯丁丁的的马马里里沙沙耳耳任任自自然然哲哲学学教教授授。18601860年年到到伦伦敦敦国国王王学学院院任任自自然然哲哲学学和和天天
80、文文学学教教授授。18611861年年选选为为伦伦敦敦皇皇家家学学会会会会员员。18651865年年春春辞辞去去教教职职回回到到家家乡乡系系统统地地总总结结他他的的关关于于电电磁磁学学的的研研究究成成果果，完完成成了了电电磁磁场场理理论论的的经经典典巨巨著著论论电电和和磁磁并并于于18731873年年出出版版，18711871年年受受聘聘为为剑剑桥桥大大学学新新设设立立的的卡卡文文迪迪什什实实验验物物理理学学教教授授，负负责责筹筹建建著著名名的的卡卡文文迪迪什什实实验验室室，18741874年年建建成成后后担担任任这这个个实实验验室室的的第第一一任任主主任任。 18791879年年1111月月
81、5 5日日麦麦克克斯斯韦韦因因患患癌癌症症在在剑剑桥桥逝逝世世，终年仅终年仅4848岁。岁。四四 电磁场理论的建立电磁场理论的建立（一）麦克斯韦生平（一）麦克斯韦生平2021/6/1649 MaxwellMaxwell全全面面总总结结了了电电磁磁学学研研究究的的成成果果, ,并并在在此此基基础础上上提提出出了了“涡涡旋旋电电场场”和和“位位移移电电流流”假假说说，建建立立了了完完整整的的电电磁磁理理论论体体系系，不不仅仅科科学学地地预预言言了了电电磁磁波波的的存存在在，而而且且揭揭示示了了光光、电电、磁磁现现象象的的内内在在联联系系及及统统一一性性，完完成成了了物物理理学学的的又又一一次次大大
82、综综合合。他他在创建电磁场理论的奋斗中作了三次飞跃，前后历程达十余年。在创建电磁场理论的奋斗中作了三次飞跃，前后历程达十余年。 18561856年年，麦麦克克斯斯韦韦发发表表了了第第一一篇篇关关于于电电磁磁理理论论的的论论文文，题题为为：论论法法拉拉第第力力线线。在在这这篇篇论论文文中中，他他发发展展了了W.W.汤汤姆姆生生的的类类比比方方法法，用用不不可可压压缩缩的的流流体体的的流流线线类类比比于于法法拉拉第第的的力力线线，把把流流线线的的数数学学表表达达式式用用到到静静电电理理论论中中。流流线线不不会会中中断断，力力线线也也不不会会中中断断，只只能能发发源源于于电电荷荷或或磁磁极极，或或者
83、者形形成成闭闭合合曲曲线线。麦麦克克斯斯韦韦通通过过类类比比，明明确确了了两两类类不不同同的的概概念念，一一类类相相当当于于流流体体中中的的力力，E E和和H H就就是是；另另一一类类相相当当于于流流体体的的流流量量，D D和和B B属属于于这这一一类类。麦麦克克斯斯韦韦进进一一步步讨讨论论了了这这两两类类量量的的性性质质。流流量量遵遵从从连连续续性性方方程程，可可以以沿沿曲面积分，而力则应沿线段积分。曲面积分，而力则应沿线段积分。 （二）（二）麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论2021/6/1650 隔隔了了5 5年年以以后后，麦麦克克斯斯韦韦又又回回过过来来研研究究电电磁磁理理论论，写写
84、了了第第二二篇篇论论文文，题题为为论论物物理理力力线线。内内容容分分四四个个部部分分，分分别别载载于于18611861年年和和18621862年年的的哲哲学学杂杂志志上上。他他的的“目目的的是是研研究究介介质质中中的的应应力力和和运运动动的的某某些些状状态态的的力力学学效效果果，并并将将它它们们与与观观察察到到的的电电磁现象加以比较，从而为了解力线的实质作准备。磁现象加以比较，从而为了解力线的实质作准备。” 18651865年年麦麦克克斯斯韦韦发发表表了了关关于于电电磁磁场场理理论论的的第第三三篇篇论论文文：电电磁磁场场的的动动力力学学理理论论，全全面面地地论论述述了了电电磁磁场场理理论论。在
85、在这这篇篇论论文文中中，麦麦克克斯斯韦韦提提出出了了电电磁磁场场的的普普遍遍方方程程组组，共共2020个个方方程程，包包括括2020个变量。个变量。 这这2020个个变变量量是是：电电磁磁动动量量F F、G G、H H；磁磁力力（即即磁磁场场强强度度）、；电电动动热热P P、Q Q、R R；传传导导电电流流p p、q q、r r；电电位位移移f f、g g、h h；全全电电流流（包包括括位位移移的的变变化化）pp、qq、rr；自自由由电电荷荷电电量量e e；以以及及电电位位。2020个个方方程程是是：电电位位移移方方程程、磁磁场场力力方方程程、电电流流方方程程、电电动动势势方方程程、电电弹弹性
86、性方方程程、电电阻阻方方程程、自自由由电电荷荷方方程程、连连续性方程。实际相当于续性方程。实际相当于8 8个方程，其中个方程，其中6 6个是矢量方程。个是矢量方程。 2021/6/16512021/6/1652 直直到到18901890年年，赫赫兹兹才才给给出出简简化化的的对对称称形形式式，整整个个方方程程组组只只包包括四个矢量方程，一直沿用至今。括四个矢量方程，一直沿用至今。2021/6/1653麦麦克克斯斯韦韦在在电电磁磁理理论论方方面面的的工工作作可可以以和和牛牛顿顿在在力力学学理理论论方方面面的的工工作作相相媲媲美美。对对麦麦克克斯斯韦韦的的功功绩绩，爱爱因因斯斯坦坦作作了了很很高高的
87、的评评价价，他他在在纪纪念念麦麦克克斯斯韦韦的的文文集集中中写写道道：“自自从从牛牛顿顿奠奠定定理理论论物物理理学学的的基基础础以以来来，物物理理学学的的公公理理基基础础的的最最伟伟大大的的变变革革，是是由由法法拉拉第第和和麦麦克克斯斯韦韦在在电电磁磁现现象象方方面面的的工工作作所所引引起起的的”。“这这样样一一次次伟伟大大的的变变革革是是同同法法拉拉第第、麦麦克克斯斯韦韦和和赫赫兹兹的的名名字字永永远远联联在在一一起起的的。这次革命的最大部分出自麦克斯韦。这次革命的最大部分出自麦克斯韦。”通通过过对对这这个个方方程程组组的的数数学学运运算算，麦麦克克斯斯韦韦预预言言了了电电磁磁波波的的存存在
88、在，电电磁磁波波的的传传播播速速度度同同光光速速一一样样。而而光光不不过过是是波波长长在在某某一一范范围的电磁波，从而把电、磁和光现象统一了起来。围的电磁波，从而把电、磁和光现象统一了起来。2021/6/1654（三）（三） 赫兹的电磁波实验赫兹的电磁波实验 18791879年年麦麦克克斯斯韦韦逝逝世世，同同年年德德国国柏柏林林科科学学院院悬悬赏赏征征求求对对麦麦克克斯斯韦韦所所预预言言的的电电磁磁波波的的实实验验验验证证。18861886年年1010月月，赫赫兹兹用用放放电电线线圈圈做做火火花花放放电电实实验验，偶偶然然发发现现近近旁旁未未闭闭合合的的绝绝缘缘导导电电线线圈圈中中有有电电火火
89、花花跳跳过过，便便敏敏锐锐地地想想到到这这可可能能是是电电磁磁共共振振。由由此此开开始始直直到到18881888年年，赫赫兹兹集集中中力力量量持持续进行了有关电磁波特性的多方面实验。续进行了有关电磁波特性的多方面实验。 赫赫兹兹(H. (H. R. R. Hertz, Hertz, 18571894)-18571894)-德德国国物物理理学学家家，生生于于汉汉堡堡。早早在在少少年年时时代代就就被被光光学学和和力力学学实实验验所所吸吸引引。十十九九岁岁入入德德累累斯斯顿顿工工学学院院学学工工程程，由由于于对对自自然然科科学学的的爱爱好好，次次年年转转入入柏柏林林大大学学，在在物物理理学学教教授授
90、亥亥姆姆霍霍兹兹指指导导下下学学习习。18851885年年任任卡卡尔尔鲁鲁厄厄大大学学物物理理学学教教授授。18891889年年，接接替替克克劳劳修修斯斯担担任任波波恩恩大大学学物物理理学学教教授授，直直到到逝逝世世。他他于于18941894年年元元旦旦因因血血中中毒毒逝逝世世，年年仅仅3636岁。岁。 2021/6/1655赫兹的电磁波实验原理图赫兹的电磁波实验原理图2021/6/1656赫兹的电磁波实验装置赫兹的电磁波实验装置用来检测电磁波的用来检测电磁波的有缺口有缺口金属环状线圈金属环状线圈2021/6/1657 18881888年年1 1月月，赫赫兹兹将将这这些些成成果果总总结结在在论
91、论动动电电效效应应的的传传播播速速度度一一文文中中。赫赫兹兹实实验验公公布布后后，轰轰动动了了全全世世界界的的科科学学界界。由由法法拉拉第第开开创创，麦麦克克斯斯韦韦总总结结的的电电磁磁理理论论，至至此此才才取取得得决决定定性性的的胜胜利利。 18881888年年，成成了了近近代代科科学学史史上上的的一一座座里里程程碑碑。赫赫兹兹的的发发现现具具有有划划时时代代的的意意义义，它它不不仅仅证证实实了了麦麦克克斯斯韦韦发发现现的的真真理，更重要的是开创了无线电电子技术的新纪元。理，更重要的是开创了无线电电子技术的新纪元。 18871887年年1111月月5 5日日，赫赫兹兹在在寄寄给给亥亥姆姆霍霍
92、兹兹一一篇篇题题为为论论在在绝绝缘缘体体中中电电过过程程引引起起的的感感应应现现象象的的论论文文中中， 总总结结了了这这个个重重要要发发现现。接接着着，赫赫兹兹还还通通过过实实验验确确认认了了电电磁磁波波是是横横波波，具具有有与与光光类类似似的的特特性性，如如反反射射、折折射射、衍衍射射等等，并并且且实实验验了了两两列列电电磁磁波波的的干干涉涉，同同时时证证实实了了在在直直线线传传播播时时，电电磁磁波波的的传传播播速速度度与与光光速速相相同同，从从而而全全面面验验证证了了麦麦克克斯斯韦韦的的电电磁磁理理论论的的正正确确性性。并并且且进进一一步步完完善善了了麦麦克克斯斯韦韦方方程程组组，使使它它
93、更更加加优优美美、对对称称，得得出出了了麦麦克克斯韦方程组的现代形式。斯韦方程组的现代形式。2021/6/1658（四）（四） 马可尼与无线电通讯马可尼与无线电通讯 马马可可尼尼(Guglielmo (Guglielmo Marchese Marchese MarconiMarconi，1874-1937)1874-1937)，意意大大利利电电气气工工程程师师和和发发明明家家。18741874年年生生于于意意大大利利的的博博洛洛尼尼亚亚市市。他他的的家家庭庭十十分分富富裕裕，他他在在家家庭庭教教师师的的指指导导下下学学习习。 19091909年年与与德德国国的的布布劳劳恩恩一一起起获获得得诺诺
94、贝贝尔尔物物理理学学奖奖。 19181918年年起起，任任意意大大利利终终身身参参议议员员，后后(1929(1929年年) )得侯爵称号。得侯爵称号。 1937 1937年逝世罗马。年逝世罗马。赫赫兹兹实实验验不不但但证证实实了了麦麦克克斯斯韦韦的的预预言言，而而且且为为人人类类广广泛泛利利用用电电磁磁波波进进行行无无线线电电通通讯讯开开创创了了广广阔阔前前景景。令令人人遗遗憾憾的的是是，赫赫兹兹对对电电磁磁波波应应用用于于人人类类通通讯讯事事业业的的可可能能性性持持怀怀疑疑态态度度。把把电电磁磁波波真真正正实实际际应应用用于于通通讯讯的的并并不不是是赫兹，而是意大利工程师马可尼。赫兹，而是意
95、大利工程师马可尼。2021/6/1659 18951895年年，意意大大利利马马可可尼尼成成功功地地进进行行了了2.52.5公公里里距距离离的的无无线线电电报报传传送送实实验验。18991899年年, , 无无线线电电报报跨跨越越英英吉吉利利海海峡峡的的试试验验成成功功；19011901年年，跨跨越越大大西西洋洋的的32003200公公里里距距离离的的试试验验成成功功。马马可可尼尼以以其其在在无无线线电电报报等等领领域域的的成成就就，于于19091909年年与与布布劳劳恩恩(C. (C. F. F. Braun, Braun, 1850-1918)1850-1918)一一起起获获得得诺诺贝贝尔尔物物理理学学奖奖。无无线线电电报报的的发发明明，开开始始了利用电磁波时代。了利用电磁波时代。2021/6/1660 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
