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电磁理论的创立
作者:彦清风收集整理  来源:本站整理  发布时间:2006-10-30 13:15:50  发布人:admin

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  大家好,又在智慧闪光版见面了。这回给大家介绍一下电磁学的创立过程。大家会看到,近现代物理学的特点就是已经不是一个人可以完成一套理论的创立了,各种理论都是众多科学家合作的结果。还有,相信大家看完会感到科学每前进一步的艰辛。书本上的一句话:闭合电路一部分导体在磁场中做切割磁感线运动会产生感应电流……法拉第为了发现它却花了10年时间!由此可见一斑。

                               ——彦清风


  人类对于电与磁的关系的研究是由奥斯特发现通电导线周围的小磁针有偏转引起的。1820年奥斯特公布这一发现后,立即震动了英国科学。,皇家科学会里很多人便开始做不同的实验,验证磁与电的关系,这包括法拉第的导师——戴维先生,可是都没有成功。这一切被细心的法拉第看在眼里,他立刻自己设计了一个实验:在水槽里直立一根条形磁铁,水上漂浮一个带有一段通电导线的软木塞,当导线通过电流时,软木塞就会围绕磁铁“公转”,并且电流越大,转速越快——这就是第一个简单马达。

  1824年1月,法拉第被推举进入皇家学会。成为皇家学会会员后,他的第一个目标就是把磁变为电。可是,他试验了N种方案,却没有变出一丝电来。10年过去了,法拉第仍努力着。一天,他误把一根条形磁铁落入了一个线圈,他立刻感觉电流指示计似乎微弱地动了一下,可他仔细去看,却没有看见什么——也许是自己在过度劳累之后产生的幻觉?他把磁铁从线圈里抽出来,在这瞬间,他确实看到了自己10年来一直想看到的——电流计确实动了。他激动得不顾一切地像捣药一样不住上下运动着磁铁,电流计也随着他的运动左右偏转,直到他累得不行了才拿起手中的笔,郑重记下:“1831年10月17日,磁转变成了电……”随后他又于10月28日制造出人类历史上第一部发电机。一门专门研究磁与电的新学科就要诞生了。但是,电与磁究竟是什么关系呢?到底怎样转化呢?法拉第无法解释,只是做出了关于“场”的预言,等待另一位理论物理学家去解决了。

  如此过去了23年。这天,法拉第正在翻阅科学杂志,突然,一篇论文跳入眼帘——《论法拉第的力线》——而作者却是自己不熟悉的一个名字:麦克斯韦。法拉第一口气读完全文,发现麦克斯韦这篇论文解释了他很久没有解决的难题。他不禁想问:这位年轻人是谁呢?

  先让我们介绍一下麦克斯韦。他出生于1831年11月13日,从小就表现出非凡的数学天赋,15岁发表的讨论二次曲线的论文发表在《爱丁堡皇家学会学报》上,16岁进入爱丁堡大学,19岁进入剑桥大学,23岁以数学优等第二名的成绩毕业,24岁写出上面的《论法拉第的力线》……

  而自从法拉第看了麦克斯韦的文章,就一直想见见这位真正“知己”的年轻人。可是却一直杳无音信。1860年,法拉第已经是79岁高龄,他已经没有多少时间了,他希望在临终前看到自己理论的成果。

  一天,他正在花园里散步,远处走来一男一女,男的走近躬身问到:

  “您可是尊敬的法拉第先生?”

  “是的,我就是那个普普通通的迈克尔·法拉第。”法拉第总在自己名字前加上这么一个定语。

  “我是您的学生麦克斯韦。”

  “你就是写论文谈我的力线的麦克斯韦先生么?”

  “是的,在您面前,在您的学识面前,我不过是小孩子……”

  当法拉第确定面前就是麦克斯韦时,他一把甩掉拐杖,两人拥抱在一起(真是物理与数学划时代的拥抱呀,呵呵)。随后,两人携手进入书房,探讨起来。

  法拉第经过多年实验已经证明:磁能变电,变出电流,变出电场。电流和电场还不一样:前者能使导线发热,能电解水,叫传导电流;后者虽然也有电流的某些性质,但很不明显,麦克斯韦叫它“位移电流”。可是,“位移电流”能否激发磁场呢?法拉第多年实验也没有结果。而这个难题终于由麦克斯韦用数学公式推导出来了。1865年——麦克斯韦发表了一组描述电磁场运动规律的方程——电磁理论正式诞生。他证明:变化的电场可以产生磁场,而变化的磁场又可以产生电场,电场→磁场→电场,两个场不断运动,法拉第的预言得到了完美的阐述和严密的数学证明。更妙的是,麦克斯韦用自己的方程推导出电磁波的速度恰好等于光速,这又证明光的本质是电磁波,连牛顿的光学理论也被麦克斯韦推进了!而法拉第这位电磁学鼻祖,在电磁理论确立的后年——1867年,满意地离开了人世——他终于在临终前看到了这座与牛顿经典力学大厦一样伟大的电磁学高楼的落成。

  电磁学的创立被认为是继牛顿后物理学的又一高峰!

  (以下图为乔希亲笔完成,其罕见程度足以使其身价倍增……)

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