法拉第与麦克斯韦的贡献

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物理学家麦克斯韦
• 这部巨著的重大意义，完全可以同牛顿 的《数学原理》（力学）和达尔文的《物 种起源》（生物学）相比较，它也是人类 智慧的结晶。电磁理论的宏伟大厦，经过 几代人的努力，巍然矗立起来了！
物理学家麦克斯韦
• 麦克斯韦是继法拉第之后，集电 磁学大成的伟大科学家。他依据 库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、 萨伐尔、法拉第等前人的一系列 发现和实验成果，建立了第一个 完整的电磁理论体系，不仅科学 地预言了电磁波的存在，而且揭 示了光、电、磁现象的本质的统 一性，完成了物理学的又一次大 综合。这一理论自然科学的成果， 奠定了现代的电力工业、电子工 业和无线电工业的基础。
物理学家麦克斯韦
• 直到这个时候，电磁波的 存在是确定无疑的了！因 此他大胆断定，光也是一 种电磁波。法拉第当年关 于光的电磁理论的朦胧猜 想，就这样由麦克斯韦变 成了科学的理论。法拉第 和麦克斯韦的名字，从此 联系在一起，就跟伽利略 和牛顿的名字一样，在物 理学上永放光彩。
物理学家麦克斯韦
• 1865年，麦克斯韦正式宣布光 的电磁学理论以后不久，就辞去 皇家学院的工作，回到他的家乡 格伦莱庄园系统地总结研究成果， 撰写电磁学专著。经过几年苦干， 他写的《电磁学通论》在1873年 问世。这是一部电磁理论的经典 著作，麦克斯韦系统地总结了19 世纪中叶前后，库仑、安培、奥 斯特、法拉第和他本人对电磁现 象的研究成果，建立了完整的电 磁理论。
物理学家法拉第
• 他把演讲内容全部记录下 来并整理清楚，回去和朋 友们认真讨论研究。他还 把整理好的演讲记录送给 戴维，并且附信，表明自 己愿意献身科学事业。结 果他如愿以偿。22岁上做 了戴维的实验助手。从此， 法拉第开始了他的科学生 涯。戴维虽然在科学上有 许多了不起的贡献，但他 说，我对科学最大的贡献 是发现了法拉第。
法拉第与麦克斯韦的贡献
• 1、物理学家法拉第 • 2、麦克斯韦和法拉第 • 3、物理学家麦克斯韦
他们就像伽利略和牛顿一样，相辅相成。 ——爱因斯坦
了解历史
人类在两千多年前便已经认识 到了磁现象和电现象，然而从人们 开始认识到电与磁，到把他们联系 起来，直至最后形成电磁学，却是 一个复杂而曲折的过程。在这过程 中，有两个不得不提的人，他们就 是法拉第和麦克斯韦。
麦克斯韦和法拉第
1854年，麦克斯韦刚从剑桥毕 业不过几星期。他读到了法拉第 的《电学实验研究》，立即被书 中新颖的实验和见解吸引住了。 在当时人们对法拉第的观点和理 论看法不一，有不少非议。作为 实验大师，法拉第有许多过人的 地方，唯独数学功夫不够，他的 创见都是用直观形式表达的，比 如他在描述电场时首次提出了力 线的概念。但一般的理论物理学 家都不承认法拉第的学说。
物理学家法拉第
• 1791年9月22日法拉第出生在萨里 郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭。因家 庭贫困仅上过几年小学，13岁时便 在一家书店里当学徒。书店的工作 使他有机会读到许多科学书籍，也 因此对科学产生了浓厚的兴趣。在 哥哥的资助下，他有幸参加了学者 塔特姆领导的青年科学组织－－伦 敦城哲学会。法拉第的好学精神感 动了一位书店的老主顾，在他的帮 助下，法拉第有幸聆听了著名化学 家戴维的演讲。
物理学家法拉第
• 法拉第的这个发现扫清了探索 电磁本质道路上的拦路虎，开 通了在电池之外大量产生电流 的新道路。根据这个实验， 1831年10月28日法拉第发明 了圆盘发动机，这是法拉第第 二项重大的电发明。这个圆盘 发电机，结构虽然简单，但它 却是人类创造出的第一个发电 机。现代世界上产生电力的发 电机就是从它开始的。
物理学家法拉第
• 1820年，奥斯特发现电流的磁效 应，受到科学界的关注，1821年， 英国《哲学年鉴》的主编约请戴 维撰写一篇文章，评述自奥斯特 的发现以来电磁学实验的理论发 展概况。戴维把这一工作交给了 法拉第。法拉第在收集资料的过 程中，对电磁现象产生了极大的 热情，并开始转向电磁学的研究。 他仔细地分析了电流的磁效应等 现象，认为既然电能够产生磁， 反过来，磁也应该能产生电。于 是，他企图从静止的磁力对导线 或线圈的作用中产生电流，但是 努力失败了。
物理学家法拉第
• 经过近10年的不断实验，到1831年 法拉第终于发现，一个通电线圈的 磁力虽然不能在另一个线圈中引起 电流，但是当通电线圈的电流刚接 通或中断的时候，另一个线圈中的 电流计指针有微小偏转。法拉第心 明眼亮，经过反复实验，都证实了 当磁作用力发生变化时，另一个线 圈中就有电流产生。他又设计了各 种各样实验，比如两个线圈发生相对运动，磁作用力的变化同样也能 产生电流。这样，法拉第终于用实 验揭开了电磁感应定律。
麦克斯韦和法拉第
• 麦克斯韦到伦敦以后特地拜访法 拉第。这是一次难忘的会晤。这两 位伟人，他们不但在年龄上相差40 岁，法拉第主要是实验探索，麦克 斯韦擅长理论概括。可是他们对物 质世界的看法却产生了共鸣。 4年 以前，法拉第曾经称赞过《论法拉 第的力线》这篇论文，他没有料到 论文的作者竟这样年轻。当麦克斯 韦征求他对论文的看法的时候，法 拉第沉思地说，“但是，你不应该 停留在用数学来解释我的观点，你 应该突破它！”
物理学家麦克斯韦
• 1862年，麦克斯韦在英国 《哲学杂志》第4卷23期上，发 表了第二篇电磁学论文《论物 理学的力线》。文章一登出来， 立刻引起了广泛的注意。它同 1855年的《论法拉第的力线》 相比，有了质的飞跃。论文不 再是法拉第观点的单纯数学翻 译，而是作了重大的引申和发 展。其中具有决定意义的一步， 是引进了“位移电流”的概念。
物理学家麦克斯韦
• 1865年，他发表了第三篇电磁学论 文《电磁场动力学》在这篇重要 文献中，麦克斯韦方程的形式更 完善了。他采用法国数学家、力 学家拉格朗日（1736～1813）和爱 尔兰数学家、物理学家哈密顿 （1805～1865）创立的数学方法， 由那组方程式直接推导出了电场 和磁场的波动方程，电磁波的传 播速度根据那个波动方程的系数 计算，正好等于光速！这同麦克 斯韦4年以前推算的那个比值完全 一样。
麦克斯韦和法拉第
• 法拉第的话像一盏明灯，照亮了青 年物理学家麦克斯韦前进的道路。在 讨论以太模型的时候，麦克斯韦对自 己发现的一个重要事实引起了极大的 注意。他分析了法拉第对电介质的研 究以后，确认在电场变化着的电介质 中，也存在电流，他把这称做“位移 电流”。另外，他还计算出这种电流 的速度。麦克斯韦惊奇地发现：位移 电流的速度恰好等于光速！这意味着 他计算出了电磁波的传播速度同光速 是相等的，这是个非常了不起的发现， 正是这个发现，促使麦克斯韦4年以 后断定光就是电磁波。
物理学家麦克斯韦
• 从理论上引出位移电流的概念， 实在是电磁学上继法拉第电磁感应 以后的一项重大突破。根据这个科 学假设，麦克斯韦推导出两个高度 抽象的微分方程式 （方程式直到 1865年才最后完善），这就是著名 的麦克斯韦方程式。这组方程式， 从两方面发展了法拉第的成就。一 是位移电流，它表明不但变化着的 磁场产生电场，而且变化着的电场 也产生磁场；二是方程式不但完满 地解释了电磁感应现象，而且还在 理论上进行了总结。
麦克斯韦和法拉第
麦克斯韦特意给汤 姆逊写信，向他求教有 关电学的知识。汤姆逊 比麦克斯韦大7岁，对麦 克斯韦从事电学研究给 予过极大的帮助。在汤 姆逊的指导下，麦克斯 韦得到启示，相信法拉 第的新论中有着不为人 所了解的真理。
麦克斯韦和法拉第
• 1855 ，24岁的麦克斯韦发表 《论法拉第的力线》，这是他第 一篇关于电磁学的论文。在论文 中，麦克斯韦通过数学方法，把 电流周围存在力线这个现象，概 括为一个高等数学里的矢量微分 方程。 《论法拉第的力线》这篇 论文，虽然基本上是对法拉第力 线概念的数学“翻译”，却是十 分重要的一步。因为麦克斯韦一 开始就使用了数学方法，而且选 定了法拉第学说的精髓——力线 思想，当做自己研究的起点。