电磁学发展史

关于电磁学发展史第一页，共一百五十三页，2022年，8月28日一、磁与静电

希腊七贤中有一位名叫泰勒斯的哲学家。公元前600年前后，泰勒斯看到当时的希腊人通过摩擦琥珀吸引羽毛，用磁铁矿石吸引铁片的现象，曾对其原因进行过一番思考。据说他的解释是：“万物皆有灵。磁吸铁，故磁有灵。”这里所说的“磁”就是磁铁矿石。希腊人把琥珀叫做“elektron”（与英文“电”同音）。他们从波罗的海沿岸进口琥珀，用来制作手镯和首饰。当时的宝石商们也知道摩擦琥珀能吸引羽毛，不过他们认为那是神灵或者魔力的作用。第二页，共一百五十三页，2022年，8月28日

在东方，中国人民早在公元前2500年前后就已经具有天然的磁石知识。古人将磁石称为慈石来形容磁石“以为母也，故能引其子”的功能。据《吕氏春秋》一书记载，中国在公元前1000年前后就已经有的指南针，他们在古代就已经用磁针来辨别方向了。在13世经罗盘就已经在航海中得到了应用。那时的罗盘是把加工成针形的磁铁矿石放在秸秆里，使之能浮在水面上。第三页，共一百五十三页，2022年，8月28日

到了14世纪初，又制成了用绳子把磁针吊起来的航海罗盘。这种罗盘在1492年哥伦布发现美洲新大陆以及1519年麦哲伦发现环绕地球一周的航线时发挥了重要的作用。

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。当时通过磁学实验，发现了磁石有两极，并命名为N极和S极，并证实了异性磁极相吸，同性磁极相斥。还发现一根磁针断为两半时，第四页，共一百五十三页，2022年，8月28日

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。直到英国人吉尔伯特——作为伊丽莎白女王的御医，他在当医生的同时，也对磁进行了研究。他总结了多年来关于磁的实验结果，于1600年出了一本取名为《论磁学》的书。书中指出地球本身就是一块大磁石，并且详细地阐述了罗盘的磁倾角问题。吉尔伯特还认真研究了摩擦琥珀吸引羽毛的现象，指出这种现象不仅存在于

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琥珀上，而且存在于硫磺，毛皮，陶瓷，火漆，纸，丝绸，金属，橡胶等是摩擦起电物质系列。把这个系列中的两种物质相互摩擦，系列中排在前面的物质将带正电，排在后面的物质将带负电。

那时候，主要的研究方法就是思考，而他主张真正的研究应该以实验为基础，他提出这种主张并付诸实践，在这点上，可以说吉尔伯特是近代科学研究方法的开创者。第六页，共一百五十三页，2022年，8月28日1663年，盖里克发明摩擦起电机;1720年，英国牧师格雷研究了电的传导现象;1733年，杜非分别了两种电：松脂电和玻璃电；1746年，富兰克林提出了正电、负电的概念一直沿用至今。电这个神奇的精灵总是一闪而逝，与对它好奇，并热心研究它的人捉迷藏，但它还是没有逃过人类智慧——终于有一天，人们在莱顿瓶里捉住了它······第七页，共一百五十三页，2022年，8月28日1745年，荷兰莱顿城莱顿大学教授马森布洛克（Musschenbrock)发现了莱顿瓶，为贮存电荷找到了一个方法。莱顿瓶就是一个玻璃瓶，在瓶里和瓶外分别贴有锡箔。瓶里锡箔通过金属链与金属棒连接，棒的上端是一个金属球。法国人诺莱特在一座巴黎大教堂前邀请了法国路易十五的皇室成员临场观看：七百名修道士手拉手排成一行，排头的修道士用手握住莱顿瓶，当莱顿瓶充电后，让排尾的修道士触摸莱顿瓶的引线。顿时，七百名修道士几乎同时跳了起来。在场的人目瞪口呆，从而展示了电的巨大威力。第八页，共一百五十三页，2022年，8月28日

在公元前的中国，打雷被认为是神的行为。说是有五位司雷电的神仙，其长者称为雷祖，雷祖之下是雷公和电母。打雷就是雷公在天上敲大鼓，闪电就是电母用两面镜子把光射向下界。到了亚里斯多德时代就已经比较科学了。认为雷的发生是由于大地上的水蒸气上升，形成雷雨云，雷雨云遇到冷空气凝缩而变成雷雨，同时伴随出现强光。认为雷是静电而产生的是英国人沃尔，那是1708年的事。1748年，富兰克林基于同样的认识设计了避雷针。

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富兰克林（1706-1790）美国人，在全家17个孩子中排行15，其父是小手工业者，家境贫困。他在10岁时缀学，

12岁当印刷所学徒，阅读了许多书籍，后来成为科学家和政治家。他科学兴趣广泛，研究了火炉的改良，植物的移植，传染病的防治，研究了极光现象，写出了《电学的实验和研究》的著作。他还是独立宣言和美国宪法的起草人之一，为祖国的独立和解放作出了贡献的政治活动家。美国独立战争期间，已经年老的富兰克林代表初创的美国出使法国，利用英法之间的矛盾争取了法国的援助。第十页，共一百五十三页，2022年，8月28日1743年创立美国哲学学会；1751年协助创办宾夕法尼亚大学，1756年当选为英国皇家学会会员。自己写的墓志铭：“印刷工富兰克林”。富兰克林40岁时，观看了电学实验，从而对电有了兴趣。其中有一个想法，天上的电和地电是统一的吗?1752年7月，一个电闪雷鸣的上午，他将一个风筝放到空中，风筝下有一根铁丝，铁丝下栓一根麻绳，麻绳的下一端拴丝线，绳线接触处栓了一把钥匙。同时他还把从云端“吸取”的电荷收集在莱顿瓶中，并进行其它实验。第十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日

现象：麻绳上得纤维向四周自立，犹如“怒发冲冠”，铜钥匙可以给莱顿瓶充电，与摩擦电性质完全相同。小插曲：为了验证“地电”与“天电”的相同处，富兰克林想到雷可以击死动物，于是他就实验用“地电”去击杀火鸡，结果被电打昏了。苏醒后，却不介意地说：“我本想用电杀死一只火鸡，结果差点电死了一个傻瓜。”然而，风险是的确存在的。1753年，俄国的利赫曼在做大气放电实验时不幸中电身亡，为科学献身。富兰克林的工作，揭开了雷电的奥秘，统一了“天电”和“地电”，震惊了科学界；富兰克林还将其发现转化为应用——避雷针诞生了。

第十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日从定性到定量——库仑定律的发现

1．电力作用的猜测

1759年，德国柏林科学院院士爱皮努斯（F.U.T.Aepinus)在书中假设电荷之间的斥力和吸力随带电物体的距离的减小而增大。1760年，D.伯努利首先猜测电力会不会跟万有引力一样，服从平方反比定律。他的想法在当时具有一定的代表性。2．富兰克林的空罐实验用丝线将一小块软木悬挂在带电金属罐外的附近，软木受到吸引。但把它悬挂在罐内时，不论在罐内何处，它都不受电力。富兰克林写信将这一现象告之他的英国朋友普利斯特利（化学家，氧气的发现者），普利斯特利想到:1687年牛顿曾证明:万有引力若服从平方反比定律，则均匀的物质球壳对壳内物体应无作用。第十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日

普利斯特利重复了上述实验，并将空罐实验与牛顿推理类比。在1767年《电学历史和现状极其原始实验》一书中他写到：“难道我们就不能从这个实验得出结论：电的吸引与万有引力服从同一定律，即平方反比关系，因为很容易证明，假如地球是一个球壳，在壳内的物体受到一边的吸引力，决不会大于另一边的吸引。”但是，普利斯特利的结论并没有得到科学界的重视，因为他没有进行的论证，只是处于猜测阶段。第十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日3.罗比逊实验

罗比逊（JohnRobiso，苏格兰人），受爱皮努斯的影响，设计了一个杠杆装置，利用活动杆所受重力和电力的平衡，从支架的平衡角度求电力与距离的关系。并得出结论：在实验误差范围内，电力服从平方反比定律。

4.库仑的引力实验

（1）

库仑生平(C.A.Coulomb,1736-1806)，法国人，青年时是军事工程师，1764年起服军役，1776年因身体原因回到巴黎，从此致力于科学研究。1779年因研究磁石问题获奖励，

1781年因关于摩擦的研究获法国科学院奖励，同年因论述扭力的论文被选为法国科学院院士。第十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日2.同种电荷的斥力测量——库仑的扭秤实验由于金属丝的扭力正比于扭转角，将扭丝悬挂起来，通过扭转角的大小即可测量电荷间作用力的大小，其精度可达万分之一格令，1785年库仑据此制成电秤，用以测定电力，叫作库仑扭秤。但对于异种电荷，由于两球相吸，接触后电荷中和，无法继续进行实验。3.异种电荷的引力测量——库仑电摆实验和单摆类比：由于地球对物体的作用力反比于两者之间距离的平方，所以地面上的单摆的摆动周期正比于摆锤离地心的距离，即T∝r{∵T=2π(L/g)1/2和g≈GM/r2，将后式g代入前式}。若电荷间的引力也遵循距离平方的反比关系，则由带电体间引力产生的物体的摆动，其摆动周期T必定也正比于两带电体之间的距离r，从而设计电摆实验。第十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日

库仑通过对实验结果的分析与处理，得出电的引力和斥力都遵守平方反比规律，并于1785年在法国科学院发表论文，提出著名的库仑定律。

库仑定律的建立使电磁学进入了定量的研究，使电磁学真正成为一门科学。

类比的研究方法：如果不是与万有引力进行类比，单靠实验具体数据的积累，严格的库仑定律的形式将很难得到。由此我们可以看到类比在科学研究中的作用。第十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日

贾法尼

（1737-1798）的研究:

意大利人，解剖学教授。1780年他与学生解剖青蛙，发现电火花会使蛙腿抽搐，后来他又发现当用铜钩倒挂蛙腿，再用铁梁横挑，蛙腿也会痉挛。1791年发表了论文《论肌肉运动中的电力》。他是发现电流的第一人，但认为是一种动物电。意大利帕维大学教授伏达，否定了伽伐尼动物说。他认为，电来自两种不同金属的接触，青蛙只不过是起了验电器的作用。

二、由静电到“动电”（电流）第十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日

通过用各种金属进行实验，意大利帕维亚大学教授伏达（1745～1827

证明了锌，铅，锡，铁，铜，银，金，石墨是个金属电压系列，当这个系列中的两种金属相互接触时，系列中排在前面的金属带正电，排在后面的金属带负电。他把铜和锌做为两个电极置于稀硫酸中，从而发明了第一个直流电源伏达电池。电压的单位“伏特”就是以他的名字命名的。电池的发明，提供了产生恒定电流的电源，使电学从静电走向动电，为人们研究电流的各种效应提供了条件。从此电学进入了飞速发展时期。第十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日

伏达和贾法尼的争辩：伏达反复重做贾法尼的实验，仔细观察后发现电并不是发生于动物组织内，而是由于金属或是木炭的组合而产生的。于是伏达完全不使用动物的组织，仅用不同的金属相接触，使用莱顿瓶及金箔检电器进行实验，发现在接触面上会产生电压，称为接触压。这种装置可以同时用不同的几种的金属，提高实验效果，但是总无法产生连续不断的电流。

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伏达同时注意到贾法尼的实验中也是使用不同的金属，而实验中的青蛙腿可以看作一种潮湿的物质，所以就使用能够导电的盐水液体代替动物组织试验之，终于因此发现了电池的原理，做出了著名的伏达电堆与伏达电池。在伏达之前，人们只能应用摩擦发电机，运用旋转以发电，再将电存放在莱顿瓶中，以供使用，这种方式相当麻烦，所得的电量也受限制。伏达电池的发明改进了这些缺点，使得电的取得变成非常方便，现在电气所带来的文明，伏达电池是一个重要的起步，他带动后续电气相关研究的蓬勃发展，后来利用电磁感应原理的第二十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日

电动机，和发电机研发成功也得归功于它，而发电机之后电气文明的开始，导致第二次产业革命改变人类社会的结构。

贾法尼和伏达是朋友，贾法尼相当坚持自己的看法，伏达的反对意见触使贾法尼更进一步的研究，这一次他乾脆不用任何金属做导体，剥出一条青蛙腿的神经，一端缚在另一条腿的肌肉上，另一端和脊髓相接，结果腿仍然会有抽搐现象，证明了表现在青蛙腿上的电刺激，可以仅仅来自动物本身，这就是所谓的贾法尼电池、贾法尼电流。贾法尼创造出动物电，导致电生理学的建立。

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欧姆定律

欧姆（1787-1854）：德国人，家境贫困，中断大学学业后当了中学老师。后被慕尼黑大学任命为教授。欧姆是在傅立叶的热传导理论的启发下进行的电学研究。他将付里叶在热学中提出的热流、热阻，类比电学中的电流、电阻，温度差类比电势差。认为导线中两点之间的电流也许正比于这两点间的某种推动力之差（欧姆称之为电张力）。

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为了证实上述类比的正确性，欧姆做了很多实验研究。开始欧姆所用电源是伏打电堆，由于这种电源不稳定，给实验工作带来很大困难。1821年，塞贝克（T.J.Seebeck)发明了温差电偶。欧姆采纳波根道夫的建议，采用温差电偶做电源，从而得到稳定的电源，为后来实验的成功提供了条件。

通过实验验证，在1826年发现了欧姆定律，使与电流相关的物理量可以测定和推出。人们为纪念他，将电阻的单位定为“欧姆”。

第二十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日三点补充：1、从1820年起，他开始研究电磁学。欧姆的研究工作是在十分困难的条件下进行的。他不仅要忙于教学工作，而且图书资料和仪器都很缺乏，他只能利用业余时间，自己动手设计和制造仪器来进行有关的实验。1826年，欧姆发现了电学上的一个重要定律——欧姆定律，这是他最大的贡献。这个定律在我们今天看来很简单，然而它的发现过程却并非如一般人想象的那么简单。欧姆为此付出了十分艰巨的劳动。在那个年代，人们对电流强度、电压、电阻等概念都还不大清楚，特别是电阻的概念还没有，当然也就根本谈不上对它们进行精确测量了；况且欧姆本人在他的研究过程中，也几乎没有机会跟他那个时代的物理学家进行接触，他的这一发现是独立进行的。欧姆独创地运用库仑的方法制造了电流扭力秤，用来测量电流强度，引入和定义了电动势、电流强度和电阻的精确概念。

第二十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日2、灵巧的手艺是从事科学实验之本

欧姆的家境十分困难，但从小受到良好的熏陶——父亲是个技术熟练的锁匠，还爱好数学和哲学。父亲对他的技术启蒙，使欧姆养成了动手的好习惯，他心灵手巧，做什么都像样。物理是一门实验学科，如果只会动脑不会动手，那么就好像是用一条腿走路，走不快也走不远。欧姆要不是有这一手好手艺，木工、车工、钳工样样都能来一手，那么他是不可能获得如此成就的。在进行了电流随电压变化的实验中，正是欧姆巧妙地利用电流的磁效应，自己动手制成了电流扭秤，用它来测量电流强度，才取得了较精确的结果。

第二十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日3、乌云和尘埃遮不住科学真理之光

1827年，欧姆发表《贾法尼电路的数学论述》，从理论上论证了欧姆定律，欧姆满以为研究成果一定会受到学术界的承认也会请他去教课。可是他想错了。书的出版招来不少讽刺和诋毁，大学教授们看不起他这个中学教师。德国人鲍尔攻击他说：“以虔诚的眼光看待世界的人不要去读这本书，因为它纯然是不可置信的欺骗，它的唯一目的是要亵渎自然的尊严。”这一切使欧姆十分伤心，他在给朋友的信中写道：“伽伐尼电路的诞生已经给我带来了巨大的痛苦，我真抱怨它生不逢时，因为深居朝廷的人学识浅薄，他们不能理解它的母亲的真实感情。”

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当然也有不少人为欧姆抱不平，发表欧姆论文的《化学和物理杂志》主编施韦格（即电流计发明者）写信给欧姆说：“请您相信，在乌云和尘埃后面的真理之光最终会透射出来，并含笑驱散它们。”欧姆辞去了在科隆的职务，又去当了几年私人教师，直到七、八年之后，随着研究电路工作的进展，人们逐渐认识到欧姆定律的重要性，欧姆本人的声誉也大大提高。1841年英国皇家学会授予他科普利奖章，1842年被聘为国外会员，1845年被接纳为巴伐利亚科学院院士。1849年他当上了慕尼黑大学物理教授。1854年7月6日，欧姆在德国曼纳希逝世。1888年2月12日,欧姆被评为世界十大奇迹。为纪念他，电阻的单位“欧姆”，以他的姓氏命名。

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三、电生磁

自吉尔伯特开始以来的二百多年，电和磁一直是毫无关系的两门学科，围绕电与磁寻找自然现象之间的联系，成为一种潮流。1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，继泰勒斯2400年之后，建立了电与磁的联系。

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“顿牟缀芥，磁石引针”说明电现象和磁现象的相似性；电力与磁力都遵守平方反比定律，说明它们有类似的规律。但电与磁有没有联系呢？

17世纪初，吉尔伯特断言，他们之间没有因果关系；库仑也持相同观点。

1731年一名英国商人的一箱新刀在闪电过后带上了磁性；1751年，富兰克林发现缝纫针经过莱顿瓶放电后磁化了。

1774年，德国一家研究机构悬奖征解，题目是：“电力和磁力是否存在实际和物理的相似性？”第三十页，共一百五十三页，2022年，8月28日

奥斯特

(HansChristianOersted,1777～1851年)丹麦物理学家、化学家。1777年8月14日生于丹麦的路克宾。1794年他进入哥本哈根大学学习医学和自然科学，1799年获得博士学位。1801—1803年他旅游德国、法国等地，于1804年回国。1806年被聘为哥本哈根大学物理、化学教授，研究电流和声等课题。1824年倡仪成立丹麦自然科学促进会，1829年出任哥本哈根理工学院院长，直到1851年3月9日在哥本哈根逝世，终年74岁。第三十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日1819年冬，奥斯特在哥本哈根为一些科学工作者讲授电磁学方面的问题，当时他正在研究电流对磁针是否有作用的课题，但一直没有什么成效。1820年的一天，他突然想到以前的实验总是把电流的磁力想成是纵向力，是否这就是失败的原因呢？他猜测电流对磁针的作用力可能是横向的。一天他在讲课快结束时突然来了“灵感”，对听众说：“让我把导线与磁针平行放置来试试看！”于是在课堂上进行了这样一个实验：讲桌上放置一个伏打电堆，用金属丝把它的两极连起来，并将一个小磁针与导线平行地放置在导第三十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日

线的下方，在接通电源一瞬间，小磁针出人意料地转动了，并在垂直于导线的方向停了下来。教室的听众对此无动于衷，而奥斯特却激动万分。课后他留在教室里，进一步核对他刚刚发现的这个不寻常的现象。起初他想磁针的运动也许是因为电流使导线变热而产生的空气流动所引起的。为检验这一点，他把一块硬纸板放在导线与磁针之间以阻挡气流，但是毫无变化，现象仍与先前一样。然后他把伏打电堆转了180°，使导线中的电流反向，结果磁针也转了180°，磁针的北极指向了原来南极所指的方向。

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奥斯特抓住了小磁针的这一动。接着进行了3个月的连续实验，终于在1820年7月21日在法国杂志《化学与物理学年鉴》上发表了他的论文。该杂志不仅破例给以全文发表，还加上了这样不同寻常的按语：“年鉴的读者都知道，本刊从不轻易支持宣称有惊人发现的报告，至今我们都因为能够坚持这一方针而自诩。但是，至于说到奥斯特先生的文章，则其所得结果无论显得多么奇特，都有极详细的记录为证，以至无任何怀疑其谬误的余地。”这说明电流的磁效应的发现，在当时的科学界中，引起多么大的震惊和重视。奥斯特的这一伟大发现，被作为划时代的一页载入了史册。为了纪念他，从1934年起，磁场强度单位命名为奥斯特。

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奥斯特的发现和牛顿力学的基本原理是相互矛盾的。在牛顿力学中，自然界的力只能是作用于物体连线上的吸引或排斥力，即直接推拉性质的“中心力”。而奥斯特发现的却是一种“旋转力”。他称之为“螺旋线”，实际上就是关于磁的横向效应或电流所引起的涡流磁场的直观描述，是“场”的思想的开端。奥斯特第一个揭示出了电与磁之间的内在联系，为电流计、电报和电机的发明制造开辟了道路，并为电磁场理论的发展奠定了基础。

第三十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日毕奥-萨伐尔定律

（电生磁的量化）

电流激发磁场的基本规律是电流元激发磁场的规律，叫做毕奥-萨伐尔定律。它是法国科学家毕奥(1774～1862)和萨伐尔(1791～1874)在研究长直导线中电流的磁场对磁极作用力的基础上提出的。

载流导线中的电流为I，导线半径比到观察点P的距离小得多，即为线电流。在线电流上取长为dl的定向线元，规定的方向与电流的方向相同，为电流元。第三十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日

电流元在给定点所产生的磁感应强度的大小与成正比，与到电流元的距离平方成反比，与电流元和矢径夹角的正弦成正比。

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安德烈·玛丽·安培（André-MarieAmpère，1775年—1836年），法国物理学家，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和化学也有贡献。电流的国际单位安培即以其姓氏命名。1775年1月22日生于里昂一个富商家庭，1836年6月10日卒于马赛。1802年他在布尔让-布雷斯中央学校任物理学和化学教授；1808年被任命为法国帝国大学总学监，此后一直担任此职；1814年被选为帝国学院数学部成员；1819年主持巴黎大学哲学讲座；1824年担任法兰西学院实验物理学教授。1827年当选为英国伦敦皇家学会会员。他还是柏林、斯德哥尔摩等科学院的院士。

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安培还在童年时，他就显出了很好的数学才能，12岁时便拜著名数学家拉格朗日为老师，13岁时就发表了数学论文。

安培的可贵之处，在于他善于思索。有一次，他在街上边走边思考，突然想出了一个电学算式，急着想把式子列出来，正巧前面停着一辆马车，就把马车的车箱当黑板了，马车走他也走，马车越走越快，直到追不上马车时，他才停下来，这时街上许多人都已经被他的这种失常行为笑得前仰后合了。

第四十页，共一百五十三页，2022年，8月28日1820年奥斯特发表了关于电流磁效应的报告，这引起了法国学术界的震动。安培听了奥斯特的实验细节的报告后，第二天就重复了奥斯特的实验，并且发现了电流的方向和它的磁场的方向有着一定的规律，可以用右手来表示它们之间的关系，这就是安培定则或右手螺旋定则。

安培进一步想，既然电流周围产生了磁作用，假如把两根通电导线放在一起，那么这两股电流各自产生的磁场也会相互施加作用力。安培设计了这样的实验，证实了它们之间存在着相互作用，并且推算出了这种力所遵循的数学公式，于是一条完整的定律便诞生了，这就是安培定律。

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安培又进一步想，假如把直导线绕成螺旋形，那么磁场就会因为更密集而得到加强。他做了这样的线圈(即螺线管)，果然显示了较强的磁性；同时他又用右手判断了螺线管的磁场方向。

他又进一步想：既然通电的线圈类似一只磁铁，反过来，一个天然磁体不是也像一只通电线圈吗？那么，天然磁铁上的电流在哪里？安培注意到这样一个事实，那就是把一条形磁体折为两段，结果变成了两个独立的磁体，照此分下去，天然磁体的每一颗粉末也都是独立的磁体，都有N极和S极。

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安培便这样想：在原子、分子或分子团等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流(后人也叫它“安培电流”)，分子电流使每个物质微粒都形成了一个微小的磁体，环性的分子电流的磁场使它的两侧相当于两个磁极。这两个磁极是跟分子电流不可分割地联系在一起的。未磁化的物体分子电流的方向非常紊乱，对外不显示磁性。磁化后，分子电流的方向变得大致相同，于是对外显示出磁作用。

安培的假说提示了磁现象的电本质。后人评价安培说：“安培所做的研究，属于科学曾经作过的最卓越的工作之列。”“安培是电学领域里的牛顿。”

第四十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日安培最主要的成就是1820～1827年对电磁作用的研究:①发现了安培定则

奥斯特发现电流磁效应的实验，引起了安培注意，使他长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条受到极大震动，他全部精力集中研究，两周后就提出了磁针转动方向和电流方向的关系及从右手定则的报告，以后这个定则被命名为安培定则。

第四十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日②发现电流的相互作用规律接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引，电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。③发明了电流计

安培还发现，电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似，创制出第一个螺线管，在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计。

第四十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日④提出分子电流假说他根据磁是由运动的电荷产生的这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。提出了著名的分子电流假说。安培认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的存在，每个磁分子成为小磁体，两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的，它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁性。当外界磁场作用后，分子电流的取向大致相同，分子间相邻的电流作用抵消，而表面部分未抵消，它们的效果显示出宏观磁性。安培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实，它带有相当大的臆测成分；在今天已经了解到物质由分子组成，而分子由原子组成，原子中有绕核运动的电子，安培的分子电流假说有了实在的内容，已成为认识物质磁性的重要依据。

第四十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日⑤总结了电流元之间的作用规律——安培定律

安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验，并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律，描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这定律称为安培定律。安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学”，1827年安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著。

第四十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日

他在数学和化学方面也有不少贡献。他曾研究过概率论和积分偏微方程；他几乎与H.戴维同时认识元素氯和碘，导出过阿伏伽德罗定律，论证过恒温下体积和压强之间的关系，还试图寻找各种元素的分类和排列顺序关系。

第四十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日洛仑兹与洛仑兹力

洛仑兹，H．A．(HendrikAntoonLorentz,1853～1928)，荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆，并在该地上小学和中学，成绩优异，少年时就对物理学感兴趣，同时还广泛地阅读历史和小说，并且熟练地掌握多门外语。他虽然生长在基督教的环境里，但却是一个自由思想家。

第四十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日1870年洛仑兹考入莱顿大学，学习数学、物理和天文。1875年获博士学位。1877年，莱顿大学聘请他为理论物理学教授，这个职位最早是为J．D．范瓦耳斯设的，其学术地位很高，而这时洛仑兹年仅23岁。在莱顿大学任教35年，他对物理学的贡献都是在这期间作出的。

1912年洛仑兹辞去莱顿大学教授职务，到哈勒姆担任一个博物馆的顾问，同时兼任莱顿大学的名誉教授，每星期一早晨到莱顿大学就物理学当前的一些问题作演讲。后来他还在荷兰政府中任职，1919～1926年在教育部门工作，其间1921年起担任高等教育部部长。

第五十页，共一百五十三页，2022年，8月28日1911～1927年担任索尔维物理学会议的固定主席。在国际物理学界的各种集会上，他经常是一位很受欢迎的主持人。1923年国际科学协作联盟委员会主席。他还是世界上许多科学院的外国院士和科学学会的外国会员。

洛仑兹于1928年2月4日在荷兰的哈勃姆去世，终年75岁。为了悼念这位荷兰近代文化的巨人，举行葬礼的那天，荷兰全国的电信、电话中止三分钟。世界各地科学界的著名人物参加了葬礼。爱因斯坦在洛仑兹墓前致词说：洛仑兹的成就“对我产生了最伟大的影响”，他是“我们时代最伟大、最高尚的人”。

第五十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日科学成就

1．创立电子论

1892年，他开始发表电子论的文章，他认为一切物质的分子都含有电子，阴极射线的粒子就是电子，电子是很小的有质量的刚球，电子对于以太是完全透明的，以太与物质的相互作用归结为以太与物质中的电子的相互作用（1897年，汤姆生用实验发现电子）。这一理论成功地解释了塞曼效应，与塞曼一起获1902年诺贝尔物理学奖。这在个基础上，1895年他提出了著名的洛仑兹力公式。第五十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日2．提出洛仑兹变换公式

1892年他研究过地球穿过静止以太所产生的效应，为了说明迈克孙-莫雷实验的结果，他独立地提出了长度收缩的假说，认为相对以太运动的物体，其运动方向上的长度缩短了。1895年，他发表了长度收缩的准确公式，即在运动方向上，长度收缩因子为。1899年，他在发表的论文里，计论了惯性系之间坐标和时间的变换问题，并得出电子与速度有关的结论。1904年，他发表了著名的变换公式（J．-H．庞加莱首先称之为洛仑兹变换）和质量与速度的关系式，并指出光速是物体相对于以太运动速度的极限。

第五十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日3．出色的物理教育家

洛仑兹还是一位教育家，他在莱顿大学从事普通物理和理论物理教学多年，写过微积分和普通物理等教科书。在哈勒姆他曾致力于通俗物理讲演。他一生中花了很大一部分时间和精力审查别人的理论并给予帮助。他为人热诚、谦虚，受到A．爱因斯坦、E．薛定谔和其他青年一代理论物理学家们的尊敬，他们多次到莱顿大学向他请教，爱因斯坦曾说过，他一生中受洛仑兹的影响最大。

第五十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日四、磁生电

运动电荷（电流）周围存在磁场，而电和磁又是有相互联系的，那么磁场是否可以产生电场呢？在法拉第工作的前后，还有不少物理学家热衷于该问题（电磁感应）的研究：瑞士物理学家科拉顿在1825年曾用一块磁铁在螺线管中移动，观察线圈中是否有感生电流产生。为了排除磁铁对灵敏电流计的影响，他把很长的导线把连接于螺线管的电流计放在另一个房间，他在两个房间跑来跑去进行实验和观察，因此未能观察到磁电感应现象。他同样没想到效应的暂态性。第五十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日1830年，美国物理学家亨利曾先于法拉第发现电磁感应现象，但他没有立即发表实验结果；1832年，俄国物理学家楞次受法拉第启发，开始做这方面的研究，并发现了感应电流方向的规律。迈克尔·法拉第(MichaelFaraday，1791-1867)

是世纪最伟大的实验物理学家，同时又是杰出的化学家和自然哲学家，他在电磁学研究方面的卓越贡献如同伽利略、牛顿在力学方面的贡献一样，具有划时代的意义。然而，这位伟大的科学家却只读过几年小学，凭着对科学的执著热爱，他发奋自学、努力奋斗，在长达半个多世纪的岁月里，他对科学真理孜孜不倦地追求，终于登上了科学的顶峰。第五十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日

法拉第于1791年9月23日出生于英国一个铁匠家庭，家境非常贫困，他们兄弟姐妹总共有10人。当他读到小学二年级的时候，就因生活贫困而被迫停学了。12岁的法拉第为了生活所迫上街卖报；13岁时，又到一家印书作坊当了订书童工。这个印书作坊为法拉第提供了一个很好的学习场所。他的学习热情非常高。白天，他拼死拼活抓紧时间干完大大超过他劳动能力的装订任务；夜晚他躺在简陋的童工屋里，拼命读书。他当了7年的装订工，学到了丰富的文化科学知识。他特别喜欢读《大英百科全书》中的电学文章。第五十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日

戴维（1778——1827）1778年12月17日，亨弗利·戴维出生在英格兰彭赞斯城附近的乡村；1794年他父亲去世，家境更加困难了，为了谋生糊口，作为长子的戴维被送到当地一位名叫柏拉兹的医生那里当学徒；1798年经瓦特介绍，戴维来到布里斯托尔，在帕多斯医生开设的气体疗病研究所实验室当管理员。1799年4月，气体疗病所发生了一件事，使戴维的名声大振：戴维制取了一氧化二氮（又名笑气）；第五十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日1801年初，经多人推荐，戴维被皇家科普协会（物理学家汤普逊即伦福德伯爵1799年创立）聘请。在科学的讲座上，戴维以他的超群智力和非凡口才获得了出乎意料的成功。人们蜂拥而来，有时竟达千人之多，把会场挤得水泄不通。他很快就赢得了杰出讲演者的名声，成为伦敦的知名人士。正如当时有人的评述：“他的讲演给人的感觉和所得到的热烈称赞，完全出乎想象之外。许多科学家、文学家、大学生及那些庄重的绅士、时髦的小姐急切地拥挤在会场，看着这文弱青年的简单操作，听着那富于表情的叙述。他那渊博的知识、生动的比喻和精巧的实验引起了惊奇的注目，获得了极高的赞赏。许多人恭维他，请他吃饭，送他礼物，几乎把戴维忙得难以招架。

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听众的热烈情绪，对戴维是个极大鼓励，他更加勤奋地进行化学研究。每天很早起床，早饭前从事2小时的阅读和著写，上午10时进入实验室工作到下午4时，晚上是讲座或各种社交活动。日复一日坚持下去。成绩和荣誉没有辜负勤奋的人，12年中戴维先后在电化学、建立酸的氢学说、发现碘元素、发明矿用安全灯、创制电弧灯等方面作出贡献；1303年他被选为英国皇家学会会员，1807年出任皇家学会秘书，1820年被选为皇家学会会长。1826年积劳成疾而病倒，1827年死于日内瓦，终年50岁。

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1812年的一天，一位顾客来作坊办事，听说他酷爱科学技术，就把自己的一张皇家研究所教授戴维举办的通俗化学讲座入场券给了他他听后深受教益。他整理了笔记，又给笔记精心加进彩色插图，接着用自己高超的装订技术装订成一本很漂亮的书。他忘掉了自己的地位和处境，忘掉了与戴维素昧平生，他渴望得到戴维的指导。1812年12月24日他写了一封要求给戴维当助手的信，信中写道：“我是印刷厂装订书的学徒，热爱科学，听过您的四次演讲。现将笔记整理呈上，作为圣诞节的礼物。如能蒙您提携，改变我目前的处境，将不胜感激。——法拉第”

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把书和信一并寄给了戴维。这一举动不仅使戴维感动，于是戴维满腔热忱地写了回信，1个月以后戴维又同意让他做了自己的助手。有人向戴维建议说：“让他刷洗瓶子好了，如果他是个好样儿的，就会干这份工作，假如他拒绝，那就是个无用之人。”戴维采纳了这一建议。于是，22岁的法拉第接受了刷洗瓶子的差事。这个工作的工资比当装订工时还低。实际上是当一名“杂工”。虽然有很多清理和洗刷仪器等勤杂工作，法拉第却能耳濡目染戴维和他的助手们有关科学的谈论以及他们的实验过程，他感到很高兴。戴维很快就看出了法拉第的才能，逐渐放手让他多参于实验甚至独立工作。第六十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日

戴维是博学多识的科学家，在当时已经很有名气。在戴维的一生中，更被人们称道的是他发现和培养法拉第的“伯乐”精神。法拉第在工作中任劳任怨，干好戴维交给他的一切工作，并且虚心地向戴维学习科学知识。1813年秋，戴维为了进行科学调查，与夫人一同去欧洲旅行。法拉第作为助手和侍从要为戴维夫妇做很多服务，但他却有机会结识了许多著名的科学家，如安培、切夫路尔、盖·吕萨克、和伏达，聆听他们的演讲和谈话，了解他们的科学研究活动，开阔了科学视野。从此他真正开始了他的科学研究工作。第六十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日

1815年回国后继续在皇家学院工作，长达50余年。他的工作异常勤奋，研究领域十分广泛。1818～1823年研制合金钢期间，首创金相分析方法。1823年从事气体液化工作，标志着人类系统进行气体液化工作的开始。采用低温加压方法，液化了氯化氢、硫化氢、二氧化硫、氢等。1824年起研制光学玻璃，这次研究导致在1845年利用自己研制出的一种重玻璃（硅酸硼铅），发现磁致旋光效应。1825年在把鲸油和鳝油制成的燃气分馏中发现苯。

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他最出色的工作是电磁感应的发现和场的概念的提出。1821年在读过奥斯特关于电流磁效应的论文后，为这一新的学科领域深深吸引。他刚刚迈人这个领域，就取得重大成果──发现通电流的导线能绕磁铁旋转，从而跻身著名电学家的行列。因受苏格兰传统科学研究方法影响，通过奥斯特实验，他认为电与磁是一对和谐的对称现象。既然电能生磁，他坚信磁亦能生电。经过10年探索，历经多次失败后，1831年8月26日终于获得成功。这次实验因为是用伏打电池在给一组线圈通电（或断电）的瞬间，在另一组线圈获得的感生电流，他称之为“伏打电感应”。尔后，同年10月17日完成了在磁体与闭合线圈相对运动时在闭合线圈中激发电流的实验，他称之为“磁电感应”。经过大量实验后，他终于实现了“磁生电”的夙愿，宣告了电气时代的到来。

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作为19世纪伟大实验物理学家的法拉第。他并不满足于现象的发现，还力求探索现象后面隐藏着的本质；他既十分重视实验研究，又格外重视理论思维的作用。1832年3月12日他写给皇家学会一封信，信封上写有“现在应当收藏在皇家学会档案馆里的一些新观点”。那时的法拉第已经孕育着电磁波的存在以及光是一种电磁振动的杰出思想，尽管还带有一定的模糊性。为解释电磁感应现象，他提出“电致紧张态”与“磁力线”等新概念，同时对当时盛行的超距作用说产生了强烈的怀疑：“一个物体可以穿过真空超距地作用于另一个物体，不要任何一种东西的中间参与，就把作用和力从一个物体传递到另一个物体，这种说法对我来说，尤其荒谬。凡是在哲学方面有思考能力的人，决不会陷人这种谬论之中”。

第六十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日1837年他发现电介质对静电过程的影响，提出了以近距“邻接”作用为基础的静电感应理论。不久以后，他又发现了抗磁性。在这些研究工作的基础上，他形成了“电和磁作用通过中间介质、从一个物体传到另一个物体的思想。”于是，介质成了“场”的场所，场这个概念正是来源于法拉第。正如爱因斯坦所说，引入场的概念，是法拉第的最富有独创性的思想，是牛顿以来最重要的发现。牛顿及其他学者的空间，被视作物体与电荷的容器；而法拉第的空间，是现象的容器，它参与了现象。所以说法拉第是电磁场学说的创始人。他的深邃的物理思想，强烈地吸引了年轻的麦克斯韦。麦克斯韦认为，法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用电动力学更为合理，他正是抱着用严格的数学语言来表述法拉第理论的决心闯入电磁学领域的。

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法拉第坚信：“物质的力借以表现出的各种形式，都有一个共同的起源”，这一思想指导着法拉第探寻光与电磁之间的联系。1822年，他曾使光沿电流方向通过电解波，试图发现偏振面的变化，没有成功。这种思想是如此强烈，执着的追求使他终于在1845年发现强磁场使偏振光的偏振面发生旋转。他的晚年，尽管健康状况恶化，仍从事广泛的研究。他曾分析研究电缆中电报信号迟滞的原因，研制照明灯与航标灯。

第六十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日法拉第名言：

希望你们年青的一代，也能象蜡烛为人照明那样，有一分热，发一分光，忠诚而脚踏实地地为人类伟大的事业贡献自己的力量。

科学家不应是个人的崇拜者，而应当是事物的崇拜者。真理的探求应是他唯一的目标。只有无知，没有不满。

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法拉第一生致力于科学研究事业，不恋钱财、不图虚荣，为科学事业贡献了毕生精力，1867年8月25日，这位对科学作出巨大贡献的老人坐在他的椅子上安安静静地去世了。他被安葬在海洛特公墓，遵照他的遗嘱，他的墓碑上只刻下三行字：

迈克尔·法拉第生于1791年9月22日殁于1867年8月25日第七十页，共一百五十三页，2022年，8月28日1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流发电机；

1866年，德国的西门子发明了自励式直流发电机;

1869年，比利时的格拉姆制成了环形电枢，发明了环形电枢发电机。这种发电机是用水力来转动发电机转子的;1882年，美国的戈登制造出了输出功率447KW，高3米，重22吨的两相式巨型发电机;

1896年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂开始劳动营运，3750KW，5000V的交流电一直送到40公里外的布法罗市;

1889年，西屋公司在俄勒冈州建设了发电厂;1892年成功地将15000伏电压送到了皮茨菲尔德。

第七十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日1834年，俄罗斯的雅可比试制出了由电磁铁构成的直流电动机;1838年，这种电动机开动了一艘船，电动机电源用了320个电池;1836年，美国的文波特和英国的戴比德逊也造出了直流电动机，用作印刷机的动力设备。由于这些电动机都以电池作为电源，所以未能广泛普及；

1887年，特斯拉两相电动机作为实用化感应电动机的发展计划开始启动；

1897年，西屋公司制成了感应电动机，设立专业公司致力于电动机的普及。

第七十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日亨利与自感亨利(JosephHenry,1797～1878年)，美国物理学家。他于1797年生于纽约州的奥尔巴尼。亨利仅读过小学和初中，但由于勤奋学习，考进了奥尔巴尼学院，在那里他学习化学、解剖学和生理学，准备当一名医生，可是，毕业以后他却在奥尔巴尼学院当上了一名自然科学和数学讲师。1832年，亨利成为新泽西学院（即现今的普林斯顿大学）的自然哲学教授，一直到1846年离开那儿为止。自1846至1878年间，他是新成立的斯密森研究所的秘书和第一任所长，负责气象学研究。他生前的最后十年，曾任美国科学院院长。1878年他在华盛顿特区逝世。

第七十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日1830年8月，亨利在电磁铁两极中间放置一根绕有导线的条形软铁棒，然后把条形铁棒上的导线接到检流计上，形成闭合回路。他观察到，当电磁铁的导线接通的时候，检流计指针向一方偏转后回到零；当导线断开的时候，指针向另一方偏转后回到零。这就是亨利发现的电磁感应现象。这比的发现几乎早一年，遗憾的是亨利没有及时公开发表自己的实验结果。

1832年亨利在论文《在长螺线管中的电自感》中公布了自己的一个新发现：一只线圈的电流不仅能在另一只线圈中感生出电流，而且也能在自身中感生出电流。在这个线圈中实际观测到的电流则为原电流的许多倍，这种现象叫自感。

第七十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日楞次与楞次定律楞次（Lenz,HeinrichFriedrichEmil）1804年2月24日诞生于爱沙尼亚。16岁以优异成绩考入家乡的道帕特大学。1828年被挑选为俄国圣彼得堡科学院的初级科学助理，1830年被选为圣彼得堡科学院通讯院士，1834年选为院士．曾长期担任圣彼得堡大学物理数学系主任，后来由教授会选为第一任校长。1833年，楞次在圣彼得堡科学院宣读了他的题为“关于用电动力学方法决定感生电流方向”的论文，提出了楞次定律——一条由电磁感应得出感应电动势方向的电磁学定律。亥姆霍兹证明楞次定律是电磁现象的能量守恒定律。1865年寒假，楞次在意大利罗马中风去世。第七十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日

五、麦克斯韦方程组

19世纪中期，描述电场、磁场的性质以及电、磁场相互关系的库仑定律、高斯定理、安培定律、法拉第电磁感应定律已相继建立，法拉第关于力线和场的概念已经提出，创立电磁场理论的条件已趋成熟。麦克斯韦洞悉已有的电磁场理论，发现内部的不对称性和矛盾，大胆提出“位移电流”和“涡旋电场”假说，并用一组方程概括了原有的各个电磁学定律，对电磁场理论进行了一次大综合，实现了科学认识的革命性变革。第七十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日第七十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日

卡文迪许(HenryCavendish,1731～1810年)英国化学家、物理学家。1731年10月10日生于法国尼斯。1742—1748年他在伦敦附近的海克纳学校读书。1749—1753年期间在剑桥彼得豪斯学院求学。在伦敦定居后，卡文迪许在他父亲的实验室中当助手，做了大量的电学、化学研究工作。他的实验研究持续达50年之久。1760年卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员，1803年又被选为法国研究院的18名外籍会员之一。1810年3月10日，卡文迪许在伦敦逝世，终身未婚。第七十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日

卡文迪许生前在物理学方面发表的论文为数极少，一直到麦克斯韦审阅整理并出版了他的手稿后，人们才知道他在电学方面作出了很多重要发现。他发现一对电荷间的作用力跟它们之间的距离平方成反比，这就是后来库仑导出的库仑定律内容的一部分；他提出每个带电体的周围有“电气”，与电场理论很接近；卡文迪许演示了电容器的电容与插入平板中的物质有关；电势的概念也是卡文迪许首先提出的，这对静电理论的发展起了重要作用；他还提出了导体上的电势与通过电流成正比的关系。

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卡文迪许在热学理论、计温学、气象学、大地磁学等方面都有研究。1798年他完成最后的实验时，已年近七十。在物理学上他最主要的成就是通过扭秤实验验证了牛顿的万有引力定律，确定了引力常数和地球平均密度。卡文迪许验证万有引力定律的实验采用自己设计的“扭秤”为工具，后人称为著名的“卡文迪许实验”。

第八十页，共一百五十三页，2022年，8月28日科学怪人

据说卡文迪许很有素养，但是没有当时英国的那种绅士派头。他不修边幅，几乎没有一件衣服是不掉扣子的；他不好交际，不善言谈，终生未婚，过着奇特的隐居生活。卡文迪许为了搞科学研究，把客厅改作实验室，在卧室的床边放着许多观察仪器，以便随时观察天象。他从祖上接受了大笔遗产，成为百万富翁。不过他一点也不吝啬。有一次，他的一个仆人因病生活发生困难，向他借钱，他毫不犹豫地开了一张一万英镑的支票，还问够不够用。卡文迪许酷爱图书，他把自己收藏的大量图书，分门别类地编上号，管理得井井有序，无论是借阅，甚至是自己阅读，也都毫无例外地履行登记手续。第八十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日

卡文迪许可算是一位活到老、干到老的学者，直到79岁高龄、逝世前夜还在做实验。卡文迪许一生获得过不少外号，有“科学怪人”，“科学巨擘”，“最富有的学者，最博学的富豪”等。

有一次卡文迪许出席宴会，一位奥地利来的科学家当面奉承卡文迪许几句，他听了起初大为忸怩，继而手足无措，终于坐不住站了起来，冲出室外径自坐上马车回家了。卡文迪许沉默寡言，对慕名来访的客人常常一言不发陪坐在旁，脑中想着科学问题，使一些帮闲文人尴尬扫兴。他一生致力于科学研究，成果丰硕，但只发表过两篇并不重要的论文。

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人们为纪念这位大科学家，特意为他树立了纪念碑。卡文迪许一生勤俭，逝世后留下了大笔遗产，其中一部分由它的家族在1871年捐赠给剑桥大学创办卡文迪许实验室，这个实验室曾经对物理科学的进步作出了巨大的贡献，先后培养出26名诺贝尔奖获得者。

第八十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日1810年卡文迪许逝世后，他的侄子齐治把卡文迪许遗留下的20捆实验笔记完好地放进了书橱里，谁也没有去动它。谁知手稿在书橱里一放竟是70年，一直到了1871年，另一位电学大师麦克斯韦应聘担任剑桥大学教授并负责筹建卡文迪许实验室时，这些充满了智慧和心血的笔记获得了重返人间的机会。麦克斯韦仔细阅读了前辈在100年前的手搞，不由大惊失色，连声叹服说：“卡文迪许也许是有史以来最伟大的实验物理学家，他几乎预料到电学上的所有伟大事实。这些事实后来通过库仑和法国哲学家的著作闻名于世。”此后麦克韦决定搁下自己的一些研究课题，呕心沥血地整理这些手稿，使卡文迪许的光辉思想流传了下来。真是一本名著，两代风流，不啻为科学史上的一段佳话。

第八十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日第八十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日人物简介

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（JamesClerkMaxwell1831--1879)是19世纪伟大的英国物理学家、数学家。1831年11月13日生于苏格兰的爱丁堡，自幼聪颖，父亲是个知识渊博的律师，使麦克斯韦从小受到良好的教育。10岁时进入爱丁堡中学学习14岁就在爱丁堡皇家学会会刊上发表了一篇关于二次曲线作图问题的论文，已显露出出众的才华。1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理。

第八十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日1850年转入剑桥大学三一学院数学系学习，1854年以第二名的成绩获史密斯奖学金，毕业留校任职两年。1856年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。1860年到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授。1861年选为伦敦皇家学会会员。1865年春辞去教职回到家乡系统地总结他的关于电磁学的研究成果，完成了电磁场理论的经典巨著《电磁学通论》，并于1873年出版，1871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪什试验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪什实验室，1874年建成后担任这个实验室的第一任主任，直到1879年11月5日在剑桥逝世。

第八十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日

麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。

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麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。他在前人成就的基础上，对整个电磁现象作了系统、全面的研究，凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文：《论法拉第的力线》（1855年12月至1856年2月）；《论物理的力线》（1861至1862年）；《电磁场的动力学理论》（1864年12月8日）。对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。

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据此，1865年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并计算了电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。1888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁学通论》，系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。在热力学与统计物理学方面麦克斯韦也作出了重要贡献，他是气体动理论的创始人之一。1859年他首次用统计规律得出麦克斯韦速度分布律，从而找到了由微观两求统计平均值的更确切的途径。

第九十页，共一百五十三页，2022年，8月28日1866年他给出了分子按速度的分布函数的新推导方法，这种方法是以分析正向和反向碰撞为基础的。他引入了驰豫时间的概念，发展了一般形式的输运理论，并把它应用于扩散、热传导和气体内摩擦过程。1867年引入了“统计力学”这个术语。麦克斯韦是运用数学工具分析物理问题和精确地表述科学思想的大师，他非常重视实验，由他负责建立起来的卡文迪什实验室，在他和以后几位主任的领导下，发展成为举世闻名的学术中心之一。他善于从实验出发，经过敏锐的观察思考，应用娴熟的数学技巧，从缜密的分析和推理，大胆地提出有实验基础的假设，建立新的理论，再使理论及其预言的第九十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日

结论接受实验检验，逐渐完善，形成系统、完整的理论。特别是汤姆孙W卓有成效地运用类比的方法使麦克斯韦深受启示，使他成为建立各种模型来类比研究不同物理现象的能手。在他的电磁场理论的三篇论文中多次使用了类比研究方法，寻找到了不同现象之间的联系，从而逐步揭示了科学真理。

麦克斯韦严谨的科学态度和科学研究方法是人类极其宝贵的精神财富。

第九十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日父亲的影响在科学史上，一些重大的理论，常常要靠许多人的前赴后继、不辞劳苦的努力，才能创立起来。19世纪，导致物理学爆发一场革命的电磁理论的创立，就是这样的。从奥斯特、安培发现电流的磁效应开始，经过法拉第的奠基，到理论的完成，前后经历了半个多世纪。最后完成这个理论的人，是英国杰出的物理学家、数学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。第九十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日

麦克斯韦比法拉第小40岁。1831年11月13日，他生在苏格兰古都爱丁堡，跟电话发明家贝尔（1847～1922）是同乡。法拉第发现电磁感应恰好也在1831年。这一年就成了电学史上值得纪念的一年。麦克斯韦的父亲约翰·克拉克·麦克斯韦，是个热衷于技术和建筑设计的律师，对麦克斯韦的一生影响很大。约翰·克拉克·麦克斯韦思想开通，讲究实际，非常能干。家里的大小事情，从修缮房屋、剪裁衣服到制作玩具，他样样都会做。他在爱丁堡附近的乡下有座庄园，麦克斯韦的童年就是在这座庄园里度过的。

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这个孩子从小喜欢思考问题，很受父母宠爱。小家伙跟着父母出去玩，一张小嘴总要不停地提出各种各样的问题。沿途所见，从路边的桑树、脚下的石块，直到行人的穿着表情，都成了他发问的内容。有些幼稚可笑的问题，常常把过路人也逗乐了。一次他们看见路旁停着一辆空马车，两岁的麦克斯韦突然问父亲：“爸爸，你看那辆马车为什么不走呢？”父亲信口回答：“它在休息。”“它为什么要休息呢？”“大约累了吧，”父亲敷衍说。“不，”儿子纠正说，“它是肚子痛！”“不是肚子痛，是累了。”

“不是累了，是肚子痛！”儿子一口咬定。父亲忍不住笑了起来。后来，麦克斯韦稍大一点，提的问题更有意思了，比如“树木为什么向天上长”呀，

第九十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日“蚂蚁会不会说话”呀。有一天，麦克斯韦的姨妈给他带来一篮苹果。小家伙缠住她问：“苹果为什么是红的？”姨妈被这个突然的问题难住了，一时不知道怎样回答才好。为了摆脱窘境，她就叫麦克斯韦去吹肥皂泡玩，谁知道个主意更糟了。肥皂泡在阳光下呈现出美丽的五颜六色，使得麦克斯韦又惊又喜，向她提出了更多的关于颜色的问题。父亲见儿子对自然感兴趣，非常高兴，后来就带他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座，当时他的个头还没有讲台高呢！约翰·克拉克·麦克斯韦本人是皇家学会的活跃分子，儿子跟随他经常出入科学界，受到不少熏陶。

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麦克斯韦童年的欢乐是短暂的。他八岁那年，母亲患肺结核不幸去世。这种病在今天是不难治好的，但是在一个世纪以前的当时，却是不治之症。因为那时没有特效药，一个人得了肺病，就等于判了死刑。和麦克斯韦同时代的英国女作家夏洛蒂·勃朗特（《简·爱》作者）三姊妹，贝尔的两个兄弟，都是因为患肺病夭折的。母亲去世以后，麦克斯韦的父亲挑起了哺养、教育儿子的全部担子。他既是父亲，又兼做母亲，操了不少心。幼年丧母本来是不幸的，麦克斯韦失去母爱，性情渐渐变得孤僻、内向。他最大的快乐，是形影不离地跟着父亲走，给父亲当个小小的帮手。父子两人朝夕相处，相依为命，关系非常亲密。

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麦克斯韦10岁那年，进了爱丁堡中学。中学的生活充满了喧闹和戏剧性。他是在学期中间插班的，第一天上课就受到全班的嘲笑。几个调皮学生看到这个新来的同伴怯生、腼腆，直向他扮鬼脸。由于麦克斯韦童年一直在父亲乡下的庄园里生活，讲话有很重的乡土音。当老师点名叫他回答问题的时候，他刚一开口就引起哄堂大笑。有一次，大约因为发音太怪，连一位文质彬彬的女教师都忍不住笑出泪来。从此老师就很少提问他了。更糟的是，他的衣服全是父亲做的，与众不同。19世纪英国的服装很讲究。妇女把华丽当做时髦。男人却讲究戴高筒礼帽，不论老少，脖子上还要围一条紧绷绷的硬领。麦克斯韦的父亲认为这不但系起来不方便，而且也不卫生。他不顾习俗，给儿子来了个小小的服装改革。这个多才多艺的律师亲自设计、亲手剪第九十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日

裁，替麦克斯韦做了一套简便的紧身服，可以不用穿外套，并且甩掉硬领的累赘。麦克斯韦的皮鞋也是父亲做的，大约是为了缝合的方便，皮鞋头是方的，鞋帮上还有金属纽扣。没料到，这些“奇装异服”却给麦克斯韦招来了许多屈辱。他在班上成了一只名副其实的“丑小鸭”，处处被排挤，受讥笑。每次放学回家，他不是紧身服被人扯破，就是腰带不翼而飞。父亲看到这种情景，痛惜地摇摇头，决定取消这不走运的“服装改革”，儿子尽管眼泪汪汪，却顽强地要坚持穿到底，因为他相信父亲的设计是无可非议的，他不愿向暴力屈服。

第九十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日数学才华

麦克斯韦照样穿着父亲做的衣服进出课堂。他为了保持服装的整洁，常常要用拳头自卫。同学们发现这个新生并不是可以随便欺侮的，就有意孤立他。麦克斯韦本来就怕羞，现在更不愿意和大家往来了。在班里，面对着同学们的热嘲冷讽，他沉默着，但是却从来没有低过头。在忍无可忍的时候，他就用尖刻、辛辣的话来进行回击。下课以后，他总爱独自坐在树下读歌谣，画一些只有他自己才看得懂的图画。要不，他就一个人躲在教室的角落里，专心致志地演算父亲给他出的数学题。同班同学都不理解他，老师也认为他是个古怪的孩子。大家暗中给他取了个外号，叫他“瓜