物理学史——中国古代电磁学知识
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1、电磁学发展的历史回顾早在公元前770年的春秋时代,中国人就发现了天然磁石,在东汉时代中国人发明了指南针,公元前120年前西汉刘安等编篆的《淮南子》中描述了“阴阳相薄为雷,激扬为电”。
北宋时期陈微显描述了磁屏蔽现象,并有磁石治疗耳病的记载。
17世纪(牛顿年代)法国旅行家卡⋅戴马甘兰游离中国后对中国的避雷针进行了描述“中国屋宇顶上龙头中有伸出的金属龙舌,舌根有细铁丝直通地下,使房屋不受雷电的破坏作用”。
虽然中国人发明较早,却无人去深入总结。
在我们的教科书里全是洋名,不见华名,因为中国古人注重发现,但不大注重理论总结与宣传。
1800年伏打给英国皇家学会会长班克斯写信介绍了电池的原理和构造。
使之成为至今众所周知的伏打电池。
1820年初奥斯芯发现电流的磁效应,并进行了深入研究和总结,而且首先传到德国和法国,在电磁学领域里,无人不晓奥斯芯这个大名。
1820年10月毕奥和萨伐尔发表了关于载流长直导线的磁场的实验结果,经过数学家拉普拉斯的帮助,总结出电流元在空间某点处产生的磁感应强度的规律d d 0I r 2μI l 4πr=⨯B e e ,称之为毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律,简称毕-萨定律。
1824年12月安培发现两传导电流之间的相互作用,并从毕-萨定律出发,描述了磁场环路公式0L L d I μ⋅=∑⎰B l ,称之为安培环路定律。
1832年法拉第发现磁铁与导体之间的感应,并认为是在导体中产生了感生电动势d d U =-l t∂Φ∂⎰。
法拉第还在静电测量方面和电镀领域作出了显著贡献。
1834年楞茨却认为是在导体中产生了感生电流I 。
由于感生电动势U ∆与感生电流I 体现在欧姆定律sdU Idl σ=-方程的两端,哪一个是因? 哪是一个果?这正如当时哲学界所争论的鸡蛋与小鸡的因果关系一样,谁也说不清楚。
1840年法拉第做了静电感应实验,麻绳系着一电量为Q 的带电体,并放入金属桶内,结果发现,金属桶外壁的电量也为Q ,然后,他用多个较大的金属桶套在外层,测量结果是:最外层桶的带电量仍为Q ,这是著名的桶实验。
电磁学的发展历程如下:1. 公元前600年,早在公元前585年,希腊哲学家泰勒斯已记载了用木块摩擦过的琥珀能够吸引碎草等轻小物体,以及天然磁矿石吸引铁等现象。
2. 公元前770至公元前221年的春秋战国时期,我国便有“山上有慈石(即磁石)者,其下有铜金”,“慈石召铁,或引之也”等慈石吸铁的记载;3. 西汉刘安主持撰写的《淮南子》中有“若以慈石之能连铁也,而求其引瓦,则难矣”及“夫燧之取火于日,慈石之引铁,蟹之败漆,葵之向日,虽有明智,弗能然也。
故耳目之察,不足以分物理”。
说明西汉时人们就已经发现磁铁虽能吸引铁,但是无法吸引瓦的现象。
当时的人们虽观测到“取火于日”、“慈石之引铁”、“葵之向日”等现象,但尚无法理解其原理,因此有“虽有明智,弗能然也”。
4. 东汉著名学者王充(公元27-97年)在《论衡·乱龙》一书中有“顿牟掇芥,磁石引针,皆以其真是,不假他类。
”顿牟即琥珀(也有玳瑁的甲壳之说);芥指芥菜子,统喻干草、纸等的微小屑末。
掇芥”的意思是吸引芥子之类的轻小物体。
5. 西晋张华《博物志》中记载“今人梳头、脱著衣时,有随梳、解结有光者,亦有咤声。
”6. 16世纪的吉尔伯特是英国著名的医生,曾是英皇伊丽莎白一世的御医。
他不但医术高明,在物理学方面也成绩斐然。
他发表了《论磁》比较系统的阐述了其在电与磁方面的研究成果。
在其著作中记录了大量有关的磁现象,如磁石的吸引和推斥;烧热的磁铁磁性消失等。
他认为地球本身就是一个巨大的磁体,并用大磁石模拟地球做过著名的“小地球”试验。
他发现除琥珀以外,还有十几种物体,玻璃、硫磺、树脂、水晶等经过摩擦,也可以吸引轻小物体。
吉尔伯特第一次使用了“电(electric)”这个词,英语的“电”来自于希腊文“琥珀(ƞλεκτορν)”。
7. 17世纪,德国马德堡市市长、物理学家格里凯制造出一种摩擦起电器,使用步摩擦可以连续转动的硫磺球,从而可以得到大量电荷。
后来,不断有人制造出各种静电起电器。
问苍天巧借雷电向暴君争取民权富兰克林及其电荷守恒定律和电的本质的发现从远古开始,无论是中国还是西方都有对电、磁现象观察的记载。
16世纪后半叶以 后,实验风气逐渐兴起,人们发明了产生电荷和储存电荷的起电机、莱顿瓶,发现了电 流,制成了最早的电源一一电堆。
这不仅加深了人们对电现象和磁现象的认识,并且为进 一步探索电磁现象的规律作好了物质准备。
在静电学发展过程中不得不提到一位美国物理学家的重要贡献,那就是本节的主人公一一富兰克林。
本杰明.富兰克林(BenjaminFranklin,1706-1790)一个贫穷的制烛工人家庭,在家里十七个孩子中排行 是美国政治家、物理学家,同时也是出版商、印刷 商、、、;更是杰出的及。
他是时重要的领导人之 与了多项重要文件的草拟,并曾出任美国驻大使,成 法国支持美国独立。
富兰克林富兰克林的初期创造才能表现在许多发明上,尤 的是改进火炉和双焦眼镜。
但他的最大成就是在电学方面, 是发现了电荷守恒定律。
1746年,居于美国费城的富兰克林收到了英国皇家学会朋友赠送 的一只莱顿瓶及使用方法,这样莱顿瓶带来的电学知识很快就传播到了北美。
富兰克林利 用莱顿瓶做了大量的静电方面的实验,他发现,两个带有不同性质电荷的带电体相互接触 后可以呈现中性。
根裾这种相消性和数学上的正、负数的概念,他把“阳电”称为正电,把“阴电”称为负电,并进一步从电荷的相消性,推出如下结论 :①正电和负电,在本质上 不应有什么差别;②摩擦起电过程中,总是形成等量的异种电荷;③摩擦起电过程中,一 方失去的电荷与另一方得到的电荷在数量上相等。
于是,在上述推论的基础上,他总结出 一个普遍的原理:电荷既不能创生也不能消灭,只不过是从某一个带电体转移到另外一个 带电体;在电荷转移过程中,电荷的总量是不变的。
这就是电荷守恒定律的最原始的表述 方式。
电荷守恒定律是物理学中一条比较普遍的守恒定律,富兰克林为电磁学大厦建立了 第一块颇为重要的奠基石。
电磁学物理学史引言:电磁学是物理学的一个重要分支,研究电荷和电流的相互作用以及由此产生的电磁现象。
电磁学物理学史可以追溯到古希腊时期,随着时间的推移,人们对电磁学的认识逐渐深入,相继提出了一系列重要的理论和定律,为现代电磁学的发展奠定了基础。
1. 静电学的发展静电学是电磁学的起源,最早的有关电现象的记录可以追溯到古希腊的萨摩斯岛上的塞弗诺斯。
他观察到琥珀摩擦后可以吸引小物体,这是人们第一次对电现象进行了描述。
在17世纪,英国物理学家威廉·吉尔伯特将这种现象称为“电”,并首次提出了电的两种性质:树脂电和玻璃电。
而后,法国物理学家居福斯·卡鲁将这一概念发展为正负电荷的概念,并提出了电荷守恒定律。
2. 电流与磁场的关系18世纪末,意大利物理学家奥斯特和丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·厄斯特德发现,电流可以产生磁场。
奥斯特进一步研究了电流通过导体时的磁场规律,并提出了奥斯特定律,即安培定律。
安培定律揭示了电流与磁场的相互作用关系,为后来的电磁学理论奠定了基础。
3. 麦克斯韦方程组的建立19世纪中叶,苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出了电磁学的统一理论,他将电学和磁学统一为电磁学,并建立了麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组描述了电荷、电流和电磁波之间的关系,成为现代电磁学的基石。
麦克斯韦方程组表明,变化的磁场会产生电场,而变化的电场也会产生磁场,从而揭示了电磁波的存在。
4. 电磁波的发现根据麦克斯韦方程组的预测,若电场和磁场发生变化,将会产生电磁波。
而电磁波的存在在19世纪末由德国物理学家海因里希·赫兹通过实验证实了。
赫兹成功地产生了电磁波,并用探测器接收到了这些波的信号,这一发现为无线电通信的出现打下了基础。
5. 电磁学的应用电磁学的理论和定律不仅深刻影响了物理学的发展,而且在现代科技中有着广泛的应用。
电磁学的应用包括电力系统、电子技术、通信技术、雷达、电磁波疗法等等。
电磁学的发展简史物理2009-12-02 20:43:20 阅读172 评论0 字号:大中小我国古代和古希腊,人类从生产实践和日常生活中便了解到电和磁的一些现象和知识。
:春秋时代(公元前六百多年)十三世纪前后。
欧洲学术复兴。
通过实验研究自然规律蔚然成风。
当时得到磁学实验,发现了磁石有两极,并命名为N极和S极,并通过实验证实了异性磁极相吸,同性磁极相斥。
一根磁针断为两半时。
每一半又各自成为一根独立的小磁针。
但这股实验风气,立即遭到教廷中那些僧侣的反对,被压了下去。
电和磁的研究又进入了停顿期。
十六世纪。
英国:吉尔伯特:发现了电和磁有一些不同的性质。
制作了第一只实验用的验电器1660年,德国工程师盖利克,发明了第一台较大的摩擦起电机,使较大量电荷的获得成为可能。
1729年,英国:格雷:发现了导体和绝缘体具有不同的导电特性,这为电荷的输运奠定了基础。
1733年,法国:杜费:发现了两种性质完全不同的电荷。
1745年:荷兰:物理学家穆欣布罗克:发明了莱顿瓶,为电荷的储存提供了有效的手段,也为电的进一步研究提供了条件。
1747年:美国:富兰克林:在杜费的基础上,引入了正电和负电的规定,为定量研究电现象提供了一个基础,具有重大的意义。
他还认为。
摩擦的作用是使电从一个物体转移到另一物体,而不是创造电荷;任何一与外界绝缘的体系中,电的总量使不变的。
这就是通常所说的电荷守恒原理。
电荷的获得、储存和传递为定量研究电现象提供了充分的条件。
在认识了电荷分为正负两种,同性相斥异性相吸后,人们很快便转向研究电荷之间相互作用利的定量规律。
1750年,德国:埃皮诺斯:发现了两电荷之间的相互作用力随其距离的减小而增大的现象,但他没有深入的研究下去给出定量的规律。
1766年:德国:普里斯特利:通过一系列实验证明,带电的空心金属容器内表面上没有电荷,而且对内部空间没有任何电力作用,他做了猜测,认为电荷之间的作用力与万有引力相似,即与他们之间距离的平方成反比。
中国古代的电磁学成就中国古人对电和磁的知识的积累及其技术成就,在世界物理学史中占有极为重要的地位。
古代人在雷电、静电、静磁学方面的知识以及在罗盘的制造方面远远地走在欧洲人前面。
除了用的传统方式解释磁体极性、磁偏角之外,在其他方面的科学发现和技术成就也是令人惊叹的。
对尖端放电现象的观察和研究,使古人发明了避雷器,用于高大建筑的顶端,防止雷击。
特别是磁的研究与应用对中国古代的生产、军事、航海测量等技术的发展产生了重要作用。
一、摩擦起电我国古代人在电学知识方面很早就有了“琥珀拾芥”的记载,对静电和雷电现象也有许多值得称道的见解。
琥珀是一种透明的树脂化石,在古籍中也写作“虎魄”、“虎珀”。
玳瑁是一种类似龟的海生爬行动物,其甲壳也叫玳瑁;汉代王充等人称它为“顿牟”。
静电现象的最早记载见之于西汉成书的《春秋考异邮》:“玳瑁吸喏”。
“喏”即草屑一类轻小绝缘体。
王充在《论衡·乱龙篇》中写道:“顿牟掇芥,磁石引针,皆以其真是、不假他类。
”东晋郭璞在《山海经图赞》中写道:“磁石吸铁,玳瑁取芥,气有潜通,数亦宜会,物之相投,出乎意外”。
明代李时珍说:“玳瑁拾芥,如草芥,即禾草也。
”类似记载,举不胜举。
需要指出的是,芥子比草芥稍重,只要静电力足够大,干燥的芥子也能被琥珀吸引。
从以上种种记载可见:人们根据吸引现象将电和磁并列为同一类,这是后来电磁学的思想先导。
在西方古代,电和磁是被分别认识的。
除了琥珀、玳瑁之外,古代人还发现了毛皮、丝绸和其他多种物质的静电现象。
它们之所以被发现,是由于静电火花和放电声音引起人们的注意。
西晋张华在其著《博物志》中最早记述了静电闪光和放电声。
他写道:“今人梳头、脱著衣时,有随梳、解结有光者,亦有咤声。
”这里描述了两个静电实验:一是用梳子梳头发;二是猛然解脱毛皮或丝绸质料衣服。
在这两个实验中都能发现静电闪光和听到放电声。
《晋书·五行志》记载了这样一件事:晋永康元年(300),晋惠帝司马衷纳羊氏为后。
中国古代在电磁学方面的成就可以追溯到两千多年前的战国时期。
以下是一些中国古代在电磁学方面的成就:
司马光发现了磁铁的指南针作用:在北宋时期,司马光发现磁铁可以用来制作指南针,从而可以指示方向,这对中国古代的航海和军事具有重要意义。
胡安国在唐朝时期制造了静电机:胡安国在唐朝时期制造了一种可以产生静电的机器,被认为是世界上最早的静电机。
王夫之提出了磁性理论:王夫之是中国古代著名的天文学家和数学家,他提出了磁铁的两极性和磁力线的概念,为后来的电磁学理论奠定了基础。
钱元瓘发现了电感现象:钱元瓘是宋朝时期的科学家,他发现了电感现象,即电流通过导线时会在导线周围产生磁场。
章钜龙发现了电磁感应现象:章钜龙是明朝时期的科学家,他发现了电磁感应现象,即导体在磁场中会产生感应电流。
这些成就虽然在当时还没有被应用于实际的电器制造和电磁学理论的建立,但它们为后来的科学家和工程师提供了重要的启示和基础,对电磁学的发展产生了深远的影响。
问苍天巧借雷电,向暴君争取民权——富兰克林及其电荷守恒定律和电的本质的发现从远古开始,无论是中国还是西方都有对电、磁现象观察的记载。
16世纪后半叶以后,实验风气逐渐兴起,人们发明了产生电荷和储存电荷的起电机、莱顿瓶,发现了电流,制成了最早的电源——电堆。
这不仅加深了人们对电现象和磁现象的认识,并且为进一步探索电磁现象的规律作好了物质准备。
在静电学发展过程中不得不提到一位美国物理学家的重要贡献,那就是本节的主人公——富兰克林。
本杰明.富兰克林(Benjamin Franklin, 1706-1790)出生于美国马萨诸塞州波士顿一个贫穷的制烛工人家庭,在家里十七个孩子中排行十五,是美国政治家、物理学家,同时也是出版商、印刷商、记者、作家、慈善家;更是杰出的外交家及发明家。
他是美国独立战争时重要的领导人之一,参与了多项重要文件的草拟,并曾出任美国驻法国大使,成功取得法国支持美国独立。
富兰克林富兰克林的初期创造才能表现在许多发明上,尤其著名的是改进火炉和双焦眼镜。
但他的最大成就是在电学方面,其中他对静电学的最重要贡献是发现了电荷守恒定律。
1746年,居于美国费城的富兰克林收到了英国皇家学会朋友赠送的一只莱顿瓶及使用方法,这样莱顿瓶带来的电学知识很快就传播到了北美。
富兰克林利用莱顿瓶做了大量的静电方面的实验,他发现,两个带有不同性质电荷的带电体相互接触后可以呈现中性。
根裾这种相消性和数学上的正、负数的概念,他把“阳电”称为正电,把“阴电”称为负电,并进一步从电荷的相消性,推出如下结论:①正电和负电,在本质上不应有什么差别;②摩擦起电过程中,总是形成等量的异种电荷;③摩擦起电过程中,一方失去的电荷与另一方得到的电荷在数量上相等。
于是,在上述推论的基础上,他总结出一个普遍的原理:电荷既不能创生也不能消灭,只不过是从某一个带电体转移到另外一个带电体;在电荷转移过程中,电荷的总量是不变的。
这就是电荷守恒定律的最原始的表述方式。