北郵電路與信號(hào)第2章電磁學(xué)的發(fā)展歷史-資料下載頁(yè)
2025-06-21 07:52本頁(yè)面
【正文】 負(fù)責(zé)籌建著名的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室， 1874年建成后擔(dān)任這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的第一任主任。 1879年11月 5日麥克斯韋因患癌癥在劍橋逝世，終年僅 48歲。 42 “ 把數(shù)學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)研究聯(lián)合使用所得到的物理知識(shí)，比之一個(gè)單純實(shí)驗(yàn)人員或單純的數(shù)學(xué)家能具有的知識(shí)更堅(jiān)實(shí)，有益和鞏固?！? 麥克斯韋 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論 ?1856年，麥克斯韋發(fā)表了第一篇關(guān)于電磁理論的論文，題為： 《 論法拉第力線 》 。 在這篇論文中，他發(fā)展了 姆生的類比方法。 ? 用麥克斯韋通過(guò)類比，明確了兩類不同的概念，一類相當(dāng)于流體中的力， E和 H就是；另一類相當(dāng)于流體的流量， D和 B屬于這一類。 ? 麥克斯韋進(jìn)一步討論了這兩類量的性質(zhì)。流量遵從連續(xù)性方程，可以沿曲面積分，而力則應(yīng)沿線段積分。 43 ?隔了 5年以后，麥克斯韋又回過(guò)來(lái)研究電磁理論，寫(xiě)了第二篇論文，題為 《 論物理力線 》 。 內(nèi)容分四個(gè)部分，分別載于1861年和 1862年的 《 哲學(xué)雜志 》 上。 ? 一個(gè)關(guān)于力線的機(jī)械模型，即電磁以太模型。 ? 創(chuàng)造性地提出位移電流和渦旋電場(chǎng)的兩大重要假設(shè)。 ? 提出光波就是電磁波的理論：“光本身乃是以波的形式在電磁場(chǎng)中按電磁規(guī)律傳播的一種電磁振動(dòng)。” 44 ? 1865年，麥克斯韋發(fā)表了關(guān)于電磁場(chǎng)理論的第三篇論文： 《 電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論 》 ，用場(chǎng)的觀點(diǎn)總結(jié)了電磁理論，構(gòu)建了全新的理論框架。 ?在這篇論文中，麥克斯韋提出了電磁場(chǎng)的普遍方程組，共 20個(gè)方程，包括 20個(gè)變量。 45 ?麥克斯韋認(rèn)為 變化的磁場(chǎng)在其周圍的空間激發(fā)渦旋電場(chǎng) ；變化的電場(chǎng)引起媒質(zhì)電位移的變化，電位移的變化與電流一樣在周圍的空間激發(fā)渦旋磁場(chǎng) 。 ?麥克斯韋明確地用數(shù)學(xué)公式把它們表示出來(lái)，從而得到了電磁場(chǎng)的普遍方程組 —— 麥克斯韋方程組。法拉第的力線思想以及電磁作用傳遞的思想在其中得到了充分的體現(xiàn)。 ?通過(guò)對(duì)這個(gè)方程組的數(shù)學(xué)運(yùn)算，麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，電磁波的傳播速度同光速一樣。而光不過(guò)是波長(zhǎng)在某一范圍的電磁波，從而把電、磁和光現(xiàn)象統(tǒng)一了起來(lái)。 46 ?麥克斯韋在電磁理論方面的工作可以和牛頓在力學(xué)理論方面的工作相媲美。 ?對(duì)麥克斯韋的功績(jī)，愛(ài)因斯坦作了很高的評(píng)價(jià)。 ? 他在紀(jì)念麥克斯韋的文集中寫(xiě)道 ：“自從牛頓奠定理論物理學(xué)的基礎(chǔ)以來(lái)，物理學(xué)的公理基礎(chǔ)的最偉大的變革，是由法拉第和麥克斯韋在電磁現(xiàn)象方面的工作所引起的”?！斑@樣一次偉大的變革是同法拉第、麥克斯韋和赫茲的名字永遠(yuǎn)聯(lián)在一起的。這次革命的最大部分出自麥克斯韋。” 47 1886 赫茲的電磁波實(shí)驗(yàn) ? 1886年 10月，赫茲用放電線圈做火花放電實(shí)驗(yàn)，偶然發(fā)現(xiàn)近旁未閉合的絕緣導(dǎo)電線圈中有電火花跳過(guò)，便敏銳地想到這可能是電磁共振。 ?此開(kāi)始直到 1888年，赫茲集中力量持續(xù)進(jìn)行了有關(guān)電磁波特性的多方面實(shí)驗(yàn) 48 赫茲 (H. R. Hertz, 1857—1894) 德國(guó)物理學(xué)家 49 赫茲的電磁波實(shí)驗(yàn)裝置 用來(lái)檢測(cè)電磁波的 有缺口金屬環(huán)狀線圈 ? 1887年 11月 5日，赫茲在寄給亥姆霍茲一篇題為 《 論在絕緣體中電過(guò)程引起的感應(yīng)現(xiàn)象 》 的論文中， 總結(jié)了這個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。 ?接著，赫茲還通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了電磁波是橫波，具有與光類似的特性，如反射、折射、衍射等，并且實(shí)驗(yàn)了兩列電磁波的干涉，同時(shí)證實(shí)了在直線傳播時(shí)，電磁波的傳播速度與光速相同，從而全面驗(yàn)證了麥克斯韋的電磁理論的正確性。 50 ?1888年 1月，赫茲將這些成果總結(jié)在 《 論動(dòng)電效應(yīng)的傳播速度 》 一文中。赫茲實(shí)驗(yàn)公布后，轟動(dòng)了全世界的科學(xué)界。由法拉第開(kāi)創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取得決定性的勝利。 ?1888年，成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義，它不僅證實(shí)了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重要的是開(kāi)創(chuàng)了 無(wú)線電電子技術(shù) 的新紀(jì)元。 51 電磁學(xué)對(duì)通信技術(shù)發(fā)展的作用 ?電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)打開(kāi)了電應(yīng)用的新領(lǐng)域。 ? 1825年斯特金發(fā)明電磁鐵，為電的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。 ? 1837年惠斯通和莫爾斯分別獨(dú)立發(fā)明了電報(bào)機(jī)，莫爾斯還發(fā)明了一套電碼，利用他所制造的電報(bào)機(jī)可通過(guò)在移動(dòng)的紙條上打上點(diǎn)和劃來(lái)傳遞信息。 52 ? 1861年貝爾發(fā)明了電話，作為收話機(jī)，它仍用于現(xiàn)代，而其發(fā)話機(jī)則被愛(ài)迪生的發(fā)明的碳發(fā)話機(jī)以及休士的發(fā)明的傳聲器所改進(jìn)。 ? 1895年，意大利馬可尼成功地進(jìn)行了 電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。 53 ? 1899年 , 無(wú)線電報(bào)跨越英吉利海峽的試驗(yàn)成功； ? 1901年，跨越大西洋的 3200公里距離的試驗(yàn)成功。馬可尼以其在無(wú)線電報(bào)等領(lǐng)域的成就，于 1909年與布勞恩 (C. F. Braun, 18501918)一起獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。無(wú)線電報(bào)的發(fā)明，開(kāi)始了利用電磁波時(shí)代。 54 北京郵電大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 55
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