电磁场与电磁波的历史与发展
电磁场与电磁波的发展历史
电磁场与电磁波的发展历史电磁场是指电荷在空间中所产生的电场和磁场，它们的相互作用就像是一种能量场，对于物理学的发展和应用都有着非常重要的作用。
电磁波是指电磁场在空间中传播的波动，包括无线电波、光波等，它们的应用更是广泛，如无线通信、电子技术、光学等领域。
电磁场和电磁波的发展历史可以追溯到19世纪初。
当时的科学家们仍然相信，光是由于在介质中传播的一种粒子，称为以太。
然而，英国科学家Faraday通过实验发现了电磁感应现象，即磁场产生电势差，而电场产生磁场。
这启示了Maxwell，一个苏格兰科学家，去研究以太，并对电磁场做出了创新性的贡献。
他发现了电磁场的基本方程式，并成功预言了电磁波的存在，他认为电磁波就是以太中的一种波动。
在Maxwell的理论支持下，德国物理学家Hertz于1886年发现了电磁波的存在，并对其进行了系统的研究。
他通过实验证实了Maxwell的理论，并发现了电磁波的传播速度与光速相等，进一步证明了电磁波的本质就是一种光波。
20世纪初，电磁波的应用开始广泛地开展。
无线电通讯成为了一个新领域，Marconi通过无线电波实现了远距离通信。
随后，电子技术也得到了迅猛发展，农用无线电、航空通信等应用也得到了广泛应用。
同时，由于电磁波的各种特性，研究人员在天文学、气象学、地震学等领域也进行了重要的研究和应用。
另一方面，对于电磁场的研究也在不断深入。
20世纪后期，电磁场的理论和实验研究获得了长足的进展，引出了许多新的领域。
比如，与电磁场相关的物理学和数学，包括电磁理论的深入研究、量子场论等等。
此外，电磁场在新材料、生物科学等领域应用现象的研究也正在逐步展开，为电磁场和电磁波的应用开拓了新的方向。
在这个信息化的时代，电磁场与电磁波的重要性日益凸显。
比如，电磁波在通信和信息密集型应用领域扮演着至关重要的角色，而电磁场在新型材料和纳米器件中的应用也将推动科学技术的进一步发展。
随着技术的不断进步，我们可以期待着科学和技术在电磁场和电磁波研究领域的更多新突破。
电磁场与电磁波学科发展历程
电磁场与电磁波学科发展历程一.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。
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。
电磁场与电磁波的历史发展与典型应用论文
电磁场与电磁波理论的发展与应用论文电磁理论如今已经拥有十分完备的体系，并且广泛应用于我们的生活中，大大提高了我们的生活质量。
这并不是某一位科学家的功劳，而是靠着一代代科学家前赴后继，后人站在前人的肩膀上不断探索发现，不断发展的结果。
公元前6,7世纪，人们发现了磁石吸铁，磁石指南以及摩擦生电现象，从此人们对“磁"有了概念,但是也仅仅停留于经验阶段，并没有理论研究。
并且，19世纪以前，人们还是认为，“电"与“磁"是两个不相关的概念。
18实际末期，德国科学家谢林认为，宇宙是由活力的，而不是僵死的。
他认为电就是宇宙的活力，是宇宙的灵魂，磁、光、热是相互联系的。
1777年，法国物理学家库仑发明了能够以非常高的精度测出非常小的力的扭秤，利用扭秤可以算出磁力或者静电力的大小。
1785年,库仑利用自己的扭秤建立了库仑定理，即两个电荷之间的力与两电荷的乘积成正比，与他们之间的距离平方成反比。
库伦定理是电学史上第一个定量规律，他使电学研究从定性阶段进入到了定量阶段，在电学史上是一块重要的里程碑。
1789年，生物学家迦伐尼发现了动物电。
1800年,迦伐尼的好朋友伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流，这个装置后来称为伏打电堆，他还把锌片和铜片放在盛有盐水或稀酸的杯中，放多这样的小杯子中联起来,组成电池。
他指出这种电池"具有取之不尽，用之不完的电”,“不预先充电也能给出电击"。
伏打电堆（电池)的发明，提供了产生恒定电流的电源――化学电源，使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。
从此，电学进入了一个飞速发展的时期――电流和电磁效应的新时期。
直到现在，我们用的干电池就是经过改时后的伏打电池。
干电池中用氯化铵的糊状物代替了盐水，用石墨棒代替了铜板作为电池的正极,而外壳仍然用锌皮作为电池的负极。
人们为了纪念他们的功绩，就把这种电池称为伽伐尼电池或伏打电池，并把电压的单位用"伏特"来命名。
电磁场的发展
电磁场理论发展的历史回顾第一部分概述人类对电磁现象的认识经历了相当长的时间。
静电现象与磁现象很早就引起了人们的注意，公元前六七百年就发现了磁石吸铁，磁石指南和摩擦生电现象。
真正对电磁现象进行研究是从英国御医吉尔伯特开始，1600年他发表了《论磁，磁体和地球作为一个巨大的磁体》，开创了电磁现象研究的新纪元。
关于电和磁现象的系统研究，始于18世纪。
1750年米切尔提出磁极间的作用力服从平方反比定律。
1785年公布了用扭秤实验得到了电力的平方反比定律，即著名的库伦定律，使电磁学进入了定量研究的阶段。
1780年伽伐尼研究电对动物机体的作用，做了有名的伽伐尼实验，1800年伏打发明电堆，获得产生稳定电流的手段，这导致1820年奥斯特发现了电流的磁效应，使电磁学的研究从电磁分离跃至电磁相互联系的研究阶段，开始了电磁学的新纪元。
此后，19世纪二三十年代成了电磁学大发展的时期。
1831年法拉第发现了电磁感应现象，证实了电与磁的统一性，而麦克斯韦从理论上总结了法拉第的物理观念，用一套方程组概括实验上发现的电磁规律，建立了电磁场理论，并将光与电磁现象统一起来，为利用电和磁开辟了广阔前景，实现了物理学史上第三次大综合。
第二部分电磁场的早期研究1. 中国古代的电磁学a) 对磁现象的认识。
公元前4世纪左右成书的《管子》中有“上有磁石者，其下有黄金”，这是关于磁的最早记载。
《吕氏春秋》中也曾写道“磁石召铁，或引之也”。
磁石可以指南的性质是我国人民的重大的发现。
北宋时期的政治家和科学家沈括，在《梦溪笔谈》中记有“方家以磁石磨针锋，则能指南”，此外，他还发现了地磁偏角。
b) 对于电现象的认识从雷电和摩擦起电现象开始的。
早在3000多年前的殷商时期，甲骨文中就有了“雷”及“电”的形声字。
王充在《论衡，雷虚篇》中写道：“云雨至则雷电击”，明确地提出云与雷电之间的关系。
《淮南子，坠行训》中提到：“阴阳相薄为雷，激扬为电”，即雷电是阴阳两气对立的产物。
电磁场与电磁波的历史与发展
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”。
电磁学发展历程
电磁学发展历程电磁学是研究电场和磁场现象以及它们相互作用的物理学科，其发展历程可以追溯到古代。
以下是电磁学发展的重要里程碑。
古代希腊时期，一些学者发现当琥珀摩擦后能够吸引轻物体。
这一现象被认为是电磁学的起源，被称为静电现象。
16世纪末，英国物理学家吉尔伯特首次系统地研究了磁铁性质，并引入了“电”这个词。
他还发现了地球本身具有磁性，这为后来的航海提供了重要的帮助。
18世纪，法国物理学家居里发现了电流通过一条导线时，会在导线周围产生一个环状的磁场。
这一发现打开了电磁学的新篇章。
19世纪初，丹麦物理学家奥斯特和法国物理学家安培独立发现了法拉第电磁感应现象。
他们发现当一个导体在磁场中移动时，会在导体两端产生电流。
这一现象被称为电磁感应，成为后来电动机和发电机的基础。
1831年，法拉第进一步研究了电磁感应现象，并提出了著名的法拉第电磁感应定律。
根据该定律，导体中的感应电动势与磁场的变化率成正比。
1833年，英国物理学家Фарадей发现在导体中的感应电流产生磁场。
他提出了法拉第电磁旋涡理论，认为磁场线是由电流形成的闭合回路。
19世纪中叶，英国物理学家麦克斯韦提出了电磁场理论，将电场和磁场统一起来。
他发现电磁波是一种通过空间传播的电磁辐射。
这一理论奠定了电磁学的基础，并对后来的无线电通信产生了重大影响。
20世纪初，德国物理学家浦里和卢瑟福发现了电子，并提出了电子运动的动力学方程。
这为电子在电场和磁场中的行为提供了理论基础，对电磁学的发展起到了重要作用。
20世纪后半叶，人们进一步研究电磁场的量子性质，发展了量子电动力学。
这一理论成功解释了电磁相互作用的微观机制，并为现代粒子物理学做出了重要贡献。
近年来，电磁学的应用也得到了广泛发展。
无线电通信、雷达、卫星导航和医疗成像等技术都是基于电磁学原理的。
此外，磁共振成像技术的发展也为医学诊断提供了重要工具。
总的来说，电磁学的发展经历了数百年的演变，从古代的静电现象到现代的量子电动力学，电磁学的理论框架不断完善，应用领域也不断拓展。
电磁场理论的发展史
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.麦克斯韦进一步将电场和磁场的所有规律综合起来,建立了完整的电磁场理论体系.。
电磁场理论的发展史
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。
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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”。
“这样一次伟大的变革是同法拉第、麦克斯韦和赫兹的名字永远联在一起的。
这次革命的最大部分出自麦克斯韦。
”
《电磁场的动力学理论》全面地论述了电磁场理论。
在这篇论文的引言中，他坚持假设电磁作用是由物体周围介质引起的。
他明确地说：
“我提出的理论可以称为电磁场理论，因为它必须涉及电体和磁体附近的空间，它也可以称为动力理论，因为它假设在这一空间存在着运动的物质，观测到的电磁现象正是这一运动物质引起的。
”
二、麦克斯韦创立电磁场理论
在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的思路与方法大致如下．麦克斯韦全面阐述了电磁场的含意，他指出：“电磁场是包含和围绕着处于电或磁状态的物体的那部分空间，它可能充有任何一种物质”，“介质可以接收和贮存两类能量，即由于各部分运动的‘实际能’（按：即动能）和介质因弹性从位移恢复时要作功的‘位能’。
”
然后，麦克斯韦讨论了电磁感应。
他再次运用类比方法来说明电流的电磁动量（electromagnetic momentum），这个量代表了“电应力状态”，就是先前用过的矢势A。
三、麦克斯韦方程组的内容
麦克斯韦在1864年发表的著名论文《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．
根据上述方程组，原则上可以解决各种宏观电磁学问题．
从电磁场理论的建立过程，我们又一次领会到壮伟的物理大厦是怎样一层一层地修筑起来的。
麦克斯韦生在电磁学已经打好基础的年代，他没有辜负时代的要求，及时地总结了已有的成就；他受到法拉第力线思想的鼓舞，又得到W.汤姆生类比研究的启发；他深刻地洞察了以纽曼和韦伯为代表的大陆派电动力学的困难和不协调因素，看穿那种力图把电磁现象归结于力学体系的超距作用理论的根本弱点，决心致力于近距作用理论。
他从类比研究入手，开始只是借用适当的数学工具定量地表述法拉第的力线图象。
后来，他感到有必要对力线的分布及其应力性质给予机理性的说明，乃转而运用模型理论。
在这个过程中，他敏锐地抓住了位移电流和电磁波这两个关键概念。
最后，他终于甩掉一切机械论点，径直把电磁场作为客体摆在电磁理论的核心地位，从而开创了物理学又一个新的起点。
对麦克斯韦的功绩，。