电磁学发展

在21世纪的今天，电可以说和我们的生活密不可分了，极大的丰富和方便了我们的生活，改变了世界。电磁波、电灯、电话、电视、电影、计算机、电冰箱…，样样都是生活必须用品。没有电的话，日子不知怎么过。电磁学对人类的重要性也就不言而喻了。 通过对这学期物理思想与人文精神这门功课的学习，我对电磁学的理解更深了。也知道了电磁学在历史中扮演什么角色，对人类社会的影响，它是怎么改变这个世界的。当然这要感谢我们的老师的出色教学了。 18世纪富兰克林的对正负电荷命名，沿用至今，但是却有些不幸。因为常用的金属导线中流动的都是电子，而电子上所带的电，却被命名为负电。以致电线中的电流若是向左，其中电子其实是向右跑。「正数与负数之相互扺消」这事中，含有量的关系「电荷量」之测定，却要归功于法国人库伦。库伦发现了库伦定律:电荷与电荷之间，同性相斥，异性相吸。其力之方向在两电荷间之联机上。其大小与电荷间之距离之平方成反比，而与两电荷量之大小成正比。这是电学以数学来描述的第一步。这定律成了「静电学」之基础。如今所有电磁学，第一个课题必然是它。 安培证明了两根通电的导线之间也有吸力或斥力。这就是电磁学中第二个最重要的定理「安培定律」：两根平行的长直导线中皆有电流，若电流方向相同，则相吸引。反之，则相斥。力之大小与两线之间距离成反比，与电流之大小成正比。欧姆，发表了欧姆定律，厘清了电压、电流、电阻间的关系。这个定律是以后所有电路理论的开端。 亨利改良电磁铁，发明电报的原理。摩斯，发明了摩斯电码，制成了电报的第一个原型。电报开始发展成新兴工业。凯尔文，研究越洋电缆理论，促成大西洋两岸之电。贝尔发明电话。当时还没有一个便宜的发电方法。因此，用电量较小的通器材，就率先发达。对当时的一般民众而言，生活中用电还是少见的事。电报是紧急时才用的，而电话也只有

少数有钱人才装得起。 法拉第提出了「场」的概念：空中任意一点，虽然空无一物，但有电场或磁场之存在，这种「场」可使带电或带磁之物质受力。他1824年开始做实验，起初找不到什么结果。直到1831年，他用了四百多英尺的电线做了两个互相套合的线圈，才在无意中发现：在第一线圈中的电流关掉的瞬间，第二线圈中有瞬间的电流产生，甚至冒火花。他继续研究，发现第一线圈中的电流有变化时，第二线圈中才有电流。而第一线圈中的电流变化越快，第二线圈中的电流越大。法拉第接着又发现，一个移动的磁铁或通了电流的筒状线圈，也可以使附近的线圈中，产生感应电流。──这就是电磁学中第三个最重要的「法拉第定律」。 这个定律与库伦、安培都不同；它是动态的。第一线圈中的电流变化越快，第二线圈中的电流越大。或磁铁、有电流的筒状线圈，移动得越快，第二线圈中的电流也越大。这就是「发电机」的原理。但是，实用的发电机却不是那么简单，法拉第定律之后五十年才在美国做出来。 1882年，特斯拉制成第一部交流发电机。他们对交流电机之发展，使「西屋公司」成为电机工业之百年重镇。1896尼加拉瀑布水力发电开始。世界的电化，从此展开。麦克斯韦在1855年，发表了「法拉第之力线」一文，受到将退休的法拉第的鼓励。1862年，他由理论推导出：电场变化时，也会感应出磁场。这与法拉第的电感定律相对而相成，合称「电磁交感」。通过了数学，麦克斯韦写下了著名的「麦克斯韦方程式」，不但完整而精确地描述了所有的已知电磁场之现象，而且有新的「预言」。其中最重要的是「电磁波」：由于「电磁交感」，故电磁场可以在真空中以「波」的形式传递。计算之结果，这波之速度与光速一致，故光是一种「可见的」电磁波。这种波亦携带能量、动量等，并且遵从守恒律。「光是一种电磁波！」这句话现在是常识， 1886-88年的实验，不但证明电磁波存在，而且与光有相同波速，并有反射、折射等现象，也对电磁波性质定量测定。当然，也同时发

展出发射、接收电磁波的方法。──这是所有「无线通」的始祖。──此时麦克斯韦墓木已拱。 1901年，马可尼实验越洋广播成功，轰动一时，从此开始了广播工业。麦克斯韦的电磁理论，成为现在理工科的学生都要修的电磁学。简单的说来，电磁学核心只有四个部份：库伦定律、安培定律、法拉第定律与麦克斯韦方程式。并且顺序也一定如此。这可以说与电磁学的历史发展平行。其原因也不难想见；没有库伦定律对电荷的观念，安培定律中的电流就不容易说清楚。不理解法拉第的磁感生电，也很难了解麦克斯韦的电磁交感。 电磁学不仅渗透到物理科学的各个领域，成为研究各种物理过程的必不可少的基础，同时，它也是研究化学和生物学一些基元过程的基础。今天，人们已深切地感受到，无论是人类自身的生活，还是科学技术活动以及物质生产等各种纷繁复杂的过程，都不可能离开电磁过程。并且人们深信，在人类社会的未来，电磁理论的绚丽之花仍将盛开。当今时代，科技的发展日新月异，群体化、社会化、高速化的趋势和特征异常明显，我们随时可能面临新的危机，新的挑战，只要我们不断开拓、不断创新，科学的明天一定会更加美好。