物理学史第三章_电磁学和光学史
【物理学史】4振动和波、电磁场和电磁波、光学、相对论（选修3-4）
【物理学史】4振动和波、电磁场和电磁波、光学、相对论（选修3-4）学无捷径，但有方法；任何事情的成功，都有一定的方法可循！——坤哥物理- 1 - 【物理学史】4振动和波、电磁场和电磁波、光学、相对论（选修3-4）《振动和波》1、17世纪，荷兰物理学家惠更斯确定了单摆周期公式。
周期是2s 的单摆叫秒摆。
2、1690年，荷兰物理学家惠更斯提出了机械波的波动现象规律——惠更斯原理。
3、奥地利物理学家多普勒（1803-1853）首先发现由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象——多普勒效应。
【相互接近，f 增大；相互远离，f 减少】《电磁场和电磁波》1、1864年，英国物理学家麦克斯韦发表《电磁场的动力学理论》的论文，提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。
电磁波是一种横波2、1887年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测定了电磁波的传播速度等于光速。
3、1894年，意大利马可尼和俄国波波夫分别发明了无线电报，揭开无线电通信的新篇章。
4、1800年，英国物理学家赫歇耳发现红外线；1801年，德国物理学家里特发现紫外线；1895年，德国物理学家伦琴发现X 射线（伦琴射线），并为他夫人的手拍下世界上第一张X 射线的人体照片。
《光学》1、1621年，荷兰数学家斯涅耳找到了入射角与折射角之间的规律——折射定律。
2、1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。
3、1818年，法国科学家菲涅尔和泊松计算并实验观察到光的圆板衍射—泊松亮斑。
4、1864年，英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波；1887年，赫兹证实了电磁波的存在，光是一种电磁波。
5、关于光的本质：17世纪明确地形成了两种学说：一种是牛顿主张的微粒说，认为光是光源发出的一种物质微粒；另一种是荷兰物理学家惠更斯提出的波动说，认为光是在空间传播的某种波。
电磁学与光学的历史及其对近现代物理的影响
电磁学与光学的历史及其对近现代物理的影响电、磁、光是我们生活中非常重要的三个物理现象，早期对于电、磁、光的研究是相互独立的。
随着物理学的发展，人类对电、磁、光有了更深入的理解，其发展也逐渐从一开始的独立发展最终走向了统一，对近现代物理的发展产生了重大影响。
对这三门学科统一过程的探讨虽有文献[1，2]，但都有各自偏重的方面，且大部分缺少对近现代物理影响的必要探讨。
2 电学、磁学和光学的独立发展2.1 电学人类对于电的研究起始于被记录在公元前2750年的古代埃及的文献中的放电的鱼，在随后的几千年里，古代希腊、罗马以及阿拉伯的自然学家和医生也对这种会放电的鱼有相应的描述。
另外一方面，当时地中海附近的文化已经知道了有些物质，比如棒状的琥珀可以在与猫的皮毛摩擦后产生吸引轻小物质的性质，哲学家Thales对这一现象进行了一系列的观察，但他错误地认为摩擦造成的原因是琥珀具有磁性。
直到1600年，英国科学家William Gilbert才对这个现象给出了正确的解释，并引入了电这个概念。
关于电的本性的探讨在最初的电学科学史上占据了重要的地位，Benjamin Franklin通过风筝实验，证实了闪电也是电（1752年）；随后，Luigi Galvani证明了生物电也是电（1791年）。
18世纪电学发展的另一个重要内容是电的产生和储存。
Otto Vou Guoricke发明了摩擦起电机，Pieter Van Musschenbroke发明了莱顿瓶储存电荷，Alessandro Volta发明伏打电池，使用的是电化学反应，为科学研究电学现象提供了稳定的电源。
电学早期的科学史上的一个高峰是1785年Charles-Augustin de Coulomb通过扭秤实验得到的库仑定律，该定律指出了电荷之间相互作用的定量结果。
2.2 磁学磁（magnetism）来自于希腊语。
古代的人们注意到磁铁矿的碎片可以吸引铁，由此发现了磁。
物理学史——第三章电磁学的建立
遗憾的是，中国古代关于磁的认识尽管极为丰富，但关于 磁现象的本质及解释，往往又是含糊的，缺乏深入细致的研 究。就连被称作“中国科学史上的坐标”的沈括，对磁现象 也认为，“莫可原其理”，“未深考耳”，致使在我国历史 上，一直未能产生可与英国吉尔伯特《论磁》比美的著作。
§2 电磁现象的早期研究
在古代，人们对静电和静磁现象已分别有一些认识。公元前7 世纪，古希腊哲学家泰勒斯已经发现用毛织物摩擦过的琥珀 能吸引某些轻小物体。Electricity（电）这个字的起源就来 自希腊文的“琥珀” (elec tron) 。我国东汉时期，王充在 《论衡》一书中提到 " 顿牟掇芥 " 等问题，也是说摩擦过的琥 珀能吸引轻小物体。指南针是我国四大发明之一。我国在北 宋初就知道利用人工磁化方法制成指南针。当时还发现磁偏 角、磁倾角等问题。
《磁石论》共分六卷。 • 第一卷介绍了他的磁性“小地球”实验， 得出结论：地球本身就是一个巨大的磁体， 其两极位于地理的南极和北极附近； • 第二卷详细地论述了电现象的实验研究与 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； • 第四卷说明了磁偏角与不同地点和高度的 关系； • 第五卷介绍了测定磁倾角的仪器及各地磁 倾角的大小； • 第六卷试图用物体的磁力来解释行星运动， 当然，他没有成功。
（二） 静电学的早期研究
1、1720年，格雷(S.Gray，1675—1736)研究了电的传导现象， 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。
2、1734年法国人杜菲（Charles-Francois du Fay，1696～1739）在实验中发现带电的玻璃和 带电的琥珀是相互吸引的，但是两块带电的琥 珀或者两块带电的玻璃则是相互排斥的。杜菲 根据大量的实验事实断定电有两种：一种是与 琥珀带的电性质相同，叫做“琥珀电”；一种 是与玻璃带的电性质相同，叫做“玻璃电”。 3、1745年普鲁士（德国的前身）的一位副主教克莱斯特(Ewald Georg von Kleist ，1700-1748)在实验中利用导线将摩擦所起 的电引向装有铁钉的玻璃瓶。当他用手触及铁钉时，受到猛烈 的一击，他由此发现了放电现象。
物理学史高中总结电磁
物理学史高中总结：电磁1. 引言电磁学是物理学中一门重要的学科，研究电（电荷）和磁（磁场）之间的相互作用以及它们的产生、传播和应用。
本文将以高中物理学的角度，总结电磁学在物理学史中的重要里程碑。
2. 电磁学的起源2.1 古代电磁学电磁学的起源可以追溯到古代希腊时期。
古希腊哲学家泰勒斯和希波达墨斯观察到琥珀经摩擦后可以吸引轻物体，这是最早的电现象。
在古希腊和古罗马时期，一些学者也注意到磁石具有吸引铁器的能力。
2.2 法拉第电磁学理论电磁学的发展真正迈进一个新阶段是在19世纪。
英国物理学家法拉第通过一系列实验，揭示了电流通过导线时会产生磁场，并且变化的磁场又会诱导出电流。
他提出了法拉第电磁学理论，奠定了电磁学的基础。
3. 电磁学的重要事件3.1 麦克斯韦方程组的发展19世纪末，苏格兰物理学家麦克斯韦对法拉第电磁学理论进行了深入研究，从而发展出了著名的麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组将电磁学描述为一组微分方程，统一了电磁现象的描述和预测体系，极大地推动了电磁学的发展。
3.2 电磁波的发现根据麦克斯韦方程组的推导，麦克斯韦预测存在可传播的电磁波。
1895年，意大利物理学家马兹韦尔·普朗克通过实验证实了电磁波的存在，这是电磁学史上的重要突破之一。
电磁波的发现不仅证明了麦克斯韦方程组的正确性，也为之后的无线电通信技术的发展提供了基础。
3.3 电磁学与相对论的统一当时被麦克斯韦方程组预言的电磁波的传播速度与光速一致，这引起了爱因斯坦的兴趣。
1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，将电磁学与相对论统一起来。
他的理论认定光速是宇宙中最大的固定速度，并改变了人们对时空观念的理解。
4. 电磁学的应用4.1 电磁学在电力工业中的应用电磁学的理论和实验成果在电力工业中有着广泛的应用。
通过将电能转换成机械能，我们可以实现发电和输电，为人类提供便利的电力服务。
电动机、变压器、发电机等设备的设计和制造离不开电磁学的理论支持。
电磁学与光学的历史及其对近现代物理的影响
电磁学与光学的历史及其对近现代物理的影响作者：谢悦希来源：《中国科技纵横》2018年第21期摘要：电、磁、光是生活中常见的三种物理现象。
本文梳理了物理学对于这三种现象研究的独立发展与相互统一的科学史过程；总结了该过程中出现的重要的物理事件和人物；文章最后探讨了电、磁、光的物理统一对于近现代物理的两大重要分支（量子力学和相对论）产生的重要影响，旨在为更深入的研究提供思路。
关键词：电磁学；光学；科学史中图分类号：O31 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0239-021 引言电、磁、光是我们生活中非常重要的三个物理现象，早期对于电、磁、光的研究是相互独立的。
随着物理学的发展，人类对电、磁、光有了更深入的理解，其发展也逐渐从一开始的独立发展最终走向了统一，对近现代物理的发展产生了重大影响。
对这三门学科统一过程的探讨虽有文献[1，2]，但都有各自偏重的方面，且大部分缺少对近现代物理影响的必要探讨。
2 电学、磁学和光学的独立发展2.1 电学人类对于电的研究起始于被记录在公元前2750年的古代埃及的文献中的放电的鱼，在随后的几千年里，古代希腊、罗马以及阿拉伯的自然学家和医生也对这种会放电的鱼有相应的描述。
另外一方面，当时地中海附近的文化已经知道了有些物质，比如棒状的琥珀可以在与猫的皮毛摩擦后产生吸引轻小物质的性质，哲学家Thales对这一现象进行了一系列的观察，但他错误地认为摩擦造成的原因是琥珀具有磁性。
直到1600年，英国科学家William Gilbert才对这个现象给出了正确的解释，并引入了电这个概念。
关于电的本性的探讨在最初的电学科学史上占据了重要的地位，Benjamin Franklin通过风筝实验，证实了闪电也是电（1752年）；随后，Luigi Galvani证明了生物电也是电（1791年）。
18世纪电学发展的另一个重要内容是电的产生和储存。
Otto Vou Guoricke发明了摩擦起电机，Pieter Van Musschenbroke发明了莱顿瓶储存电荷，Alessandro Volta发明伏打电池，使用的是电化学反应，为科学研究电学现象提供了稳定的电源。
物理中的光学与电磁学(物理知识点)
物理中的光学与电磁学（物理知识点）光学与电磁学是物理学中重要的分支领域，研究光的传播、反射、折射以及电磁波的性质和行为。
这两个领域的发展和应用对现代科学和技术产生了巨大的影响。
本文将介绍光学与电磁学的基本概念和重要知识点，包括光的特性、光的传播、光的反射和折射、电磁波的特性和电磁波的传播。
1. 光的特性光是一种电磁波，具有粒子性和波动性。
它是由光子组成的，具有能量和动量。
光的颜色是由它的频率决定的，不同频率的光有不同的颜色。
光的速度在真空中是恒定的，为光速，约为3×10^8米/秒。
2. 光的传播光的传播可以用光线和光波两种模型来描述。
光线模型认为光是沿着直线传播的，可以用来解释光的反射和折射现象。
光波模型认为光是以波动方式传播的，可以用来解释光的干涉和衍射现象。
3. 光的反射光线照射到物体表面时，会发生反射现象。
根据反射定律，入射角等于反射角。
反射现象在我们日常生活中随处可见，例如光线照射到镜子上时会产生镜面反射。
4. 光的折射光线从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
根据折射定律，入射角的正弦与折射角的正弦的比值等于两种介质的折射率的比值。
这一现象在光的折射透镜和棱镜中得到广泛应用。
5. 电磁波的特性电磁波是由互相垂直的电场和磁场组成的波动现象。
电场和磁场的振幅、频率和相位决定了电磁波的性质和行为。
电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
6. 电磁波的传播电磁波在真空中传播的速度也是恒定的，等于光速。
根据波长和频率的关系，电磁波可以分为不同的区域，包括无线电波、可见光和X射线等。
电磁波在传播过程中能量的损耗和衰减可以通过衍射和透射等现象来解释。
总结：光学与电磁学是物理学中重要的分支领域，研究光的传播和电磁波的特性和行为。
光学研究光的反射和折射现象，电磁学研究电磁波的传播和性质。
光的特性包括粒子性和波动性，光的传播可以用光线和光波模型描述。
光的反射和折射现象可以用反射定律和折射定律来解释。
光学和电磁学
光学和电磁学吴大猷1．光学有关光现象的研究领先于电和磁现象的研究一个世纪。
最早知道的光传播的特征是直线传播以及由W．斯涅耳（1591-1676）于1621年实验发现的反射和折射定律。
但是，光理论发展的历史（在17～18世纪期间）是一段复杂的历史，其中包含了许多伟大人物的名字，像笛卡儿、惠更斯（1629-1695）、胡克（1635-1703）、牛顿、杨（1773-1829）、菲涅耳（1788-1827）等等，都卷入了微粒说和波动说之间的争论。
下面我们只能提供一个非常简要的梗概。
笛卡儿有一个关于事物的总纲要：宇宙的机械论观点。
他把以太概念作为具有机械性质的介质引入物理学。
他关于（微粒）光的折射定律的演绎暗示，它在（比方说）水中的速度大于在空气中的速度。
顺便说一句，牛顿的光微粒说也导致了同样的错误结论。
费马（1601-1665）于1657年提出了光传播的最小时间原理（Principle of Least Time）。
这个变分原理形式的数学定律具有普遍性和重要性，他是在物理学中以这种形式表达定律（或原理）的先驱；这个定律也优于笛卡儿的理论，因为它作了正确的假定，即光速在（比方说）水中比在空气中要小。
然而，该原理的推导是基于形而上学考虑而非物理学考虑的。
罗伯特·胡克是一位比牛顿稍年长的同代人。
他赞成光的波动说（1667年），而牛顿坚持微粒说。
牛顿于1666年发现棱镜分离太阳光成光谱，并于1671-1672年批评胡克的理论，由此在他们两人之间展开了一场争论，弄得关系紧张。
人们认为，这可能是造成牛顿后来不愿出版他的著作的因素之一。
牛顿拒绝接受波动说，是由于波动说不能说明光的直线传播，因为在托马斯·杨1801-1803年的实验之前，衍射现象尚不知道。
另一方面，偏振和双折射现象已由牛顿于1717年在光的两侧性（two sidedness）基础上得到“解释”，而且值得注意的是，他事实上利用偏振现象作为反对“波动说”的强有力证据，因为那时理解的波动说考虑的是纵向声波的那种波。
高三物理学史《电磁学的发展历史》课件(共52张PPT)
现象正式定名为电磁感应。
32
法拉第根据大量实验事实总结出了如下定律：
电路中感应电动势的大小，跟穿过这一闭合电路的磁 通变化率成正比。
感应电动势用 表示，即 （负号反映感应电动势的方向 与磁通量变化的关系）
这就是法拉第电磁感应定律。
直到70年代才逐渐被爱迪生发明的白炽灯所代替。此 外伏打电池也促进了电镀的发展，电镀是1839年由西 门子等人发明的。
23
3.2 电磁学的建立
电磁感应现象的发现，对科学技术的发展意义重大。
它揭示了电与磁相互联系和转变的又一重要性质，推 动了电磁学理论的的发展。
在应用方面，为大规模地利用电能开辟了广阔的道路
记载了电学方面的研究。
6
盖利克和起电机
盖利克 起电机
最早的静电起电机出现在17世纪，O.von.盖利克 利用摇柄使一个硫磺球（后改用玻璃球）迅速旋转 ，用人手（或皮革）与之摩擦起电。
到19世纪，这种摩擦起电机为感应起电机所取代。
7
18世纪电的研究——电流趣闻
斯蒂芬·格雷 （Stephen Gray）
闪电可以使罗盘的磁针旋转
24
奥斯特实验
在1820年4月发现电流的磁效应：当电流 通过导线时，引起导线近旁的磁针偏转。
丹麦物理学家奥斯特 (Hans Christian Oersted，
1777—1851)
通电导线周围和永磁体周围一样都存在磁场。 25
同年7月21日以《关于磁针上电冲突作用的实验》 为题发表了他的发现。
安培研究电流相互 作用的仪器 28
即两个电流元之间的作用力跟它们之间距离的平方成反比 ，这就是著名的安培定律。
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第二次工业革命 电、磁、光学现象的大统一 粒子 ~ 场
§3.1 早期人类的电、磁知识
古希腊 泰勒斯
磁石吸铁；摩擦后的琥珀吸引轻小物体
管子》 古中国 《管子》 “上有慈石者，下有铜金” 古中国（约战国时期） 古中国（约战国时期） 司南
《韩非子.有度》：“立司南，以端朝夕” 《鬼谷子.谋篇》：“郑子取玉，必载司南，为其不惑也”
1660年摩擦起电机 摩擦起电机（德国 奥托·冯·盖里克 酿酒 摩擦起电机 商、工程师 大硫磺球 、布帛摸抚 ）
认识到电力和地球引力不同 1745年 莱顿瓶 莱顿瓶（克莱斯特、马森布洛克） 贮存 静电
静电作用的经验规律
1720年 格雷 电的传导；导体的静电感应 静电感应 1733年 杜菲 区分松脂电（负电）和玻璃 电（正电） 同性相斥、 同性相斥、异性相吸 富兰克林 天电和地电的同一性，避雷针 电的单流体假说 电荷守恒原理 电荷守恒
早期对电磁现象的理解
泰勒斯 “万物有灵” 万物有灵”
卢克莱修 磁石中发射不可见的细小粒子，进入
铁中，引起两者的吸引作用 西汉刘安 《淮南子》 刘安 淮南子》 “阴阳相薄为雷，激扬为电” 陈显微（ 陈显微（宋） “磁石吸铁，皆阴阳相感，阻碍相通之理”
1544-1603） 威廉 吉尔伯特 （1544-1603）
奥斯特（丹麦，1777-1851） 电流的磁效应 奥斯特 1820年，电流驱动磁针转动 电流驱动磁针转动，电流的磁效应沿着 电流驱动磁针转动 磁效应沿着 围绕导线的螺旋方向。 螺旋方向 围绕导线的螺旋方向 （安培右手法则） 毕奥-萨伐尔定律 毕奥 萨伐尔定律
Idl dB = 2 sin θ r
r r r Idl × r dB = r3
卡文迪什 1773年
空心金属球试验 示零法
库仑 1785年 电扭秤实验 静电斥力、引力， 以及磁力均符合平方反比定律
§3.3 稳恒电流的产生及其性质
一条蛙腿引发的论战
华尔士 1772 电鱼的放电实验 伽伐尼 1780年 蛙腿实验 年
雷雨天和晴天看到同样现象 两种不同金属或同一种金属做成的杆子给出同样的效应 结论：金属杆仅起了导体的作用，蛙腿神经中有电源 伽伐尼：“生物电！” 1791,《肌肉运动中的电力》 生物电！ 生物电
从类比中借鉴方法和思路：处理新现象的第一步 从类比中借鉴方法和思路 目的：将力线思想翻译成数学公式，利用热传导理 论和弹性理论。 （傅立叶 1824年《热的分析理论》：热传导方程） W.汤姆孙 W.汤姆孙 1842年《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》 等势面~等温面；电荷~热源；把力线思想与拉普拉 等势面~等温面；电荷~热源 斯、泊松等人的静电理论结合起来 1847年《论电力、磁力和伽伐尼力的力学特征》 不可压缩性流体的流线连续性，类比电磁现象和流 不可压缩性流体的流线连续性 体力学
电动机的工作基础！ 电动机 （亨利 1831年）
安培定律和分子电流假说
1827年 安培定律 1827年
两个电流元之间的作用力为
r r r r µ0 I 2 dl2 × ( I1dl1 × R) dF12 = 3 4π R
安培： 安培：电流元间作用力是电磁现象的核心
不仅宏观电流直接产生了磁场，磁铁的磁 场也是由内部的“分子电流”产生的。 分子电流” 分子电流 （地球磁场；带电粒子的角动量）
麦克斯韦分子涡旋模型
分子涡旋具有弹性， 分子涡旋具有弹性，粒子受 电力作用产生位移时， 电力作用产生位移时，使涡 旋产生切向形变， 旋产生切向形变，磁力的转 动能发生变化； 动能发生变化；而电力表现 为位移回复的弹性位能。 为位移回复的弹性位能。
“在一个受到感应的电介质中， 在一个受到感应的电介质中， 在一个受到感应的电介质中 每个分子中的电都发生这样的 位移：一端为正电， 位移：一端为正电，另一端为 负电， 负电，而这些电仍然完全同分 子联系在一起， 子联系在一起，不会从一个分 子转移到另一个分子。 子转移到另一个分子。 “这种作用对于整个电介质是沿 某一方面产生了总的位移。这 一位移并不形成电流。 但当电流开始时，和当位移时 增时减因而形成不断变化时， 就会根据位移的增加或减少， 形成沿正方向或负方向的电流。” 。
北宋 虞翻：琥珀不取腐芥；都邛：“吴绫出火” 梦溪笔谈》 沈括 《梦溪笔谈》 导体绝缘体的描述 “内侍李舜家为爆雷所震， 银悉熔流于地，漆器曾不烧灼。”（明朝末年， 庄绰：雷火所及，金石销熔，而漆器不坏。） 庄绰 地磁倾角 “常微偏东，不全南也。” 避雷装置：庙宇“雷公柱” 避雷装置 天坛
欧姆定律 1826年 年
和傅里叶热传导规律类比： 温度差~“电张力” 引入电动势、电流强度、电阻刻划实验 a X = kw l 电路理论的基础
§3.3 电磁感应的发现
电流生磁 VS 磁场生电
科拉顿 1825年 将试验线圈和电流计放在两个房间 阿拉果 1822年 磁针摆动受到附近金属的阻尼 安培 1822年 论证分子电流的铜环实验（其实是线圈通断电瞬间 的宏观感应电流） 亨利 1829年 自感现象；1830年 电磁感应现象
1731年 雷闪过后，一箱刀叉带上磁性 1751年，富兰克林：莱顿瓶放电使缝纫针磁化 1774年，德国巴伐利亚电学研究所： “电力和磁力是否存在实际的和物理的相似性？” 多数科学家（如库仑、安培、毕奥） 仍认为电和磁无关。 奥斯特：自然力是统一的，且可以相互转化 奥斯特
奥斯特效应： 奥斯特效应：电磁学的起点
伏打 1794年 年 金属接触电： 金属接触电： 没有蛙腿，两种金属接触也会有
电产生；同种金属组成的杆的效应源于杆不同部 分状态的差异（温差电）
金属带电顺序：锌—铅—锡—铁—铜—银— 金属带电顺序 金—石墨 接触时，前面的倾向于带正电 伏打电堆和电池 1800年 年 第一个电池
奥斯特效应
电和磁有无关联？ 电和磁有无关联？
五年以后， 论物理力线》 2、五年以后，《论物理力线》
分四个部分，载于1861年和1862年的《哲学杂志》 “目的是研究介质中的应力和运动的某些状态的力学效果 ，并将它们与观察到的电磁现象加以比较，从而为了解力线 的实质作准备。” 两件事使麦克斯韦重新考虑他的研究方法： （1）伯努利的流体力学预言流线越密的地方压力越小，流速 越快；根据法拉第的力线思想，力线有纵向收缩、横向扩张 的趋势，力线越密，应力越大。 （2）电的运动和磁的运动也无法简单类比。 电的运动是平移运动，磁的运动更象是介质中分子的旋转 运动。 借用兰金（W.J. M.Rankine）的“分子涡流”假设 “分子涡流”假设： 假设在磁场作用下的介质中，有规则地排列着许多分子涡 分子涡 绕磁力线旋转，旋转角速度与磁场强度成正比 涡旋物 角速度与磁场强度成正比，涡旋物 旋，绕磁力线旋转 角速度与磁场强度成正比 质的密度正比于介质的磁导率。 质的密度正比于介质的磁导率
∂A r ε = − ∫ ⋅ dl ∂t
（矢势）A的线积分等价于磁场的面积分
§3.4
电磁场理论的建立
一. 法拉第力线思想
电极与磁极周围充满力线，纵向力 图收缩，横向力图扩张； 电介质对电力作用的影响，表明电 力不可能是超距作用 力线本身是一种物质，在真空中也 可以存在：场，物质的空间分布 场
二. W. 汤姆孙的类比研究
库仑定律的建立
平方反比关系的猜测 爱皮努斯（德国） 1759年 假设电荷间的斥力或引力随距离增大而减小 D. 伯努利 1760年 富兰克林空罐实验 1755年 普利斯特利（ 1767年）猜想平方反比力 （类比 类比引力） 类比
库仑定律的建立
平方反比关系的验证 罗比逊 1769年
转臂试验 （斥力平方反比）
三. 麦克斯韦电磁场理论 Maxwell的三部曲 Maxwell的三部曲
介绍：比W.汤姆孙小7岁（都获得过数学竞赛 奖） ；15岁发表几何学论文，注意斯托克斯 的工作；阅读《电学实验研究》 1、1856年《论法拉第的力线》 1856年 论法拉第的力线》 力线与流线 力线 流线，不中断；两类概念：一类如力 流线 ，E、 H, 另类如流量，D、B，流量服从连续 性方程，可以沿曲面积分，而力则应沿曲线 积分。
6个 定 律：
定律I : 沿面元边 界 电应力强度 的 总和等于 穿过 该面积 的磁感应 或磁力线 总数：
∫ A ⋅ dl = Φ
定律II : 任一点的磁 强 度 经一组 叫做 传导方程的线 性 方程与磁感应 相联 系
“在这6个定律中， 在这6个定律中， 在这 定律III : 沿任一面元边 界的磁 强度等于穿过该面的电流： 我要表达的思想， 我要表达的思想， ∫ H ⋅ dl = ∑ I 我相信是 定律IV : 电流的量与强度由一系列 传导方程 联 系： 电学实验研究》 《电学实验研究》 j = σE 中所提示的思想模 定律V :电 磁能等于电路中 电流与感应 所生磁通的乘积 式的数学基础。 式的数学基础。”
v=E/ µ
电磁场的动力学理论》 1865年 3、《电磁场的动力学理论》 1865年
已放弃分子涡旋的假设，但仍坚持近距作用 假设电磁作用 坚持近距作用，假设电磁作用 坚持近距作用 是由物体周围介质引起的。 是由物体周围介质引起的 “我提出的理论可以称为电磁场理论 电磁场理论，因为它必须涉及 电磁场理论 电体和磁体附近的空间，它也可以称为动力理论 动力理论，因为它假 动力理论 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。” “电磁场 电磁场是包含和围绕着处于电或磁状态的物体的那部 电磁场 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’（动能）和介 质因弹性从位移恢复时要作功的‘位能’。” 关于电磁感应：再次运用类比方法来说明电流的电磁动量（ “电应力状态”，矢势A）。 A 提出了电磁场的普遍方程组 电磁场的普遍方程组，共20个方程，含20个变量 。 电磁场的普遍方程组 赫兹 简化麦克斯韦方程组