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电力线是谁提出的(电磁波的秘密)

100次浏览     发布时间:2024-08-23 09:04:40    

十七至十九世纪,在光学的领域里,“微粒说”与“波动说”的争论进行得如火如荼,虽然“波动说”一直备受打压,却能一次次的绝处逢生,渐渐占据主导地位,与此同期,电磁学的大力发展最终确立了完善的电磁理论体系,而电磁波存在的证明成为“波动说”的最后一道杀手锏,将其推上光学的统治地位,“波动说”终于等到了它的高光时刻,与电磁波携手成为支撑起经典物理学大厦的重要支柱之一。

电磁学对于光学的意义非凡,它自身的发展也是波折重重。

很早的时候,磁与电是两门相互独立的学科,磁现象与电现象都属于自然界中的一种基本现象,不过,磁现象要比电现象发现得更早。

春秋战国时期,我国已有关于慈石吸铁的记载,之后更是有人利用慈石的特性制作出了指示南北的司南

大约公元前600年,希腊哲学家泰勒斯记载了用木块摩擦过的琥珀能够吸引灰尘、碎草等轻小物体的现象,他把这种不可理解的力量称之为“电”,“电”一词就是从希腊文“琥珀”一词转意而来的。

这一时期,人类对电和磁的认知还只停留在现象的表述上,并没有深入探究电与磁的本质。经过一个漫长的停滞期,直到公元1600年,英皇伊丽莎白一世的御医吉尔伯特出版了巨著《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》,他总结了前人对磁现象的研究,讨论了地磁的性质,并归纳出磁极间相互作用的原理,论述了电现象的实验研究与结论,总结出电的一些性质,从而使电磁学由经验转变为科学。

吉尔伯特是世界上第一个对电和磁进行科学实验和研究的人,被誉为“电学之父”和“磁学之父”,此后,人类开始走上对电磁现象系统研究的道路。

第一台摩擦起电机

大约在公元1660年,德国马德堡市的市长盖利克发明了第一台摩擦起电机,他用硫磺制成一个巨大的硫磺球,并在中间插入一根木柄使球体可以绕轴旋转,再用干燥的手掌摩擦转动球体,使之产生静电。

摩擦起电机发明之后,人们终于有条件可以对电现象进行详细的观察和细致的研究。

之后的十八世纪,电学进入了蓬勃发展的时期。

1729年,英国的化学家格雷在研究琥珀的电效应是否可以传递给其它物体时,发现了导体绝缘体的区别。

1733年,法国的化学家杜费宣布电是由两种流体组成:他把玻璃上产生的电叫做“玻璃电”,也就是正电,把琥珀或树脂上产生的电叫做“松脂电”,也就是负电

此外,他还发现金属也可以摩擦起电,并总结出静电学的第一个基本原理:带相同电荷的物体相互排斥,带不同电荷的物体相互吸引。

莱顿瓶

1745年,荷兰莱顿的教授莫欣普克发明了一个可以储存大量电荷的设备——莱顿瓶,从而实现了电的保存。

莱顿瓶的发明为电学的进一步研究提供了条件,人类开始对电的本质进行探索。

本杰明·富兰克林(Benjamin Franklin,1706年1月17日-1790年4月17日)

1746年,英国伦敦的一名物理学家柯林森通过邮寄的方式,赠送给美国费城的富兰克林一个莱顿瓶,并在信中向他详细介绍了使用方法,之后,富兰克林就用这个莱顿瓶进行了著名的风筝实验,他将天电引入到莱顿瓶中,利用从云中收集到的电荷进行电学实验。

富兰克林对电学的贡献是巨大的,首先,他证明了天上的电与地上的电是同一种电,并在此基础上发明了避雷针;其次,他提出了正电和负电的概念,并认为摩擦的作用是使电从一个物体转移到另一个物体,任何与外界绝缘的体系中,电的总量是不变的,这就是我们后来所说的电荷守恒定律

1785年,法国的工程师库仑通过他设计的扭秤实验,测量了两个电荷之间的作用力与它们之间距离的关系,得出“真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比”的结论,这就是库伦定律

库伦定律是电学发展史上第一个定量规律,标志着电学的研究从定性进入定量的阶段,为整个电磁学的发展奠定了基础。

时间进入到十九世纪,电学与磁学这一对失散多年的双生子,终于迎来了他们团聚的日子。

1820年,丹麦的物理学家奥斯特在经过六十多次的实验之后,首次发现了电流的磁效应

安德烈·玛丽·安培(André-Marie Ampère,1775年1月20日 — 1836年6月10日

不久之后,法国物理学家安培进而发现了电流产生磁力的基本规律,提出了安培定律

奥斯特与安培等人的研究,揭示了电生磁的自然现象,那么,磁是否会生电呢?

很快,人们就有了答案。

迈克尔·法拉第 (Michael Faraday,1791年9月22日~1867年8月25日)

1831年,草根出身的物理学家法拉第首次提出了电磁感应理论,揭示了电、磁现象之间的相互联系,进一步证实了电现象与磁现象的统一性,随后,他利用这个原理制造出世界上第一台感应发电机,预示着人类文明即将由蒸汽时代迈入电气化时代。

在进一步的深化研究中,法拉第又提出了磁力线、电力线的概念,创立了场论的思想,法拉第也因此被公认为电磁场理论的奠基人。

1873年,天才物理学家麦克斯韦完成了电磁理论最后一块关键的拼图,出版了科学著作《电磁学通论》,这本书系统的、全面的、完美的阐述了电磁场理论,建立起著名的麦克斯韦方程组,以简洁优美的数学语言,揭示了电场和磁场内在的完美对称。

另外,麦克斯韦方程组还预言了电磁波的存在,同时证明了电磁波的传播速度与真空中的光速相同,麦克斯韦由此断言,光是一种电磁波

海因里希・鲁道夫・赫兹(1857年~1894年)

1888年,德国物理学家赫兹用实验证实了麦克斯韦的电磁场理论,并且又验证了电磁波和光波的同一性,经典电磁理论最终确立,同时也确定了光的电磁理论基础。

电磁波的存在被证实,人类社会正式敲开了现代无线通信的大门。

麦克斯韦的电磁理论是物理学发展史上的一座里程碑,它不仅支配着一切宏观的电磁现象,还将光学现象统一到这个理论框架之内,实现了物理学史上第二次大的综合。

电磁理论再一次验证了光的“波动说”,给予“微粒说”致命一击,整个十九世纪,光的波动理论占据着光学的统治地位,微粒说一败涂地。

1892年,荷兰物理学家洛仑兹发表了一系列论文,创立了电子论,把物质的电磁性质归结为原子中的电子电流效应,将麦克斯韦的电磁理论应用到微观领域。

1905 年,爱因斯坦创立了狭义相对论,进一步发展了电磁理论,实现了电场和磁场以及电力和磁力的统一。

十九世纪末,物理学界已然建成了一个包括力学、热力学、统计力学、光学、电磁学诸学科在内的、宏伟完整的理论体系。

拔地而起的经典物理学大厦屹立在科学的土地上,值得所有的世人昂首仰望,科学家们都已心满意足,他们完成了一项举世瞩目的伟大工程,从此,物理学留给后人的只剩下一些敲敲打打的修补工作了。

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