电磁学的发展

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1、第四章电磁学的发展移动通信电场和磁场现象磁场1电荷和电场1）电荷正负性；量子性；守恒性；相对论不变性。2）库仑定律处在静止状态的两个点电荷，在真空（空气）中的相互作用力大小，与每个点电荷的电量成正比，与两个点电荷间距离的平方成反比，作用力的方向沿着两个点电荷的连线。真空中的电容率（介电常数）2磁场力磁场力的基本特性：对于场中运动的电荷具有作用力。二、法拉第场的思想瞬间产生的超距力？预先存在的某种空间分布--------场(用电、磁力线来表示）真空和以太三、麦克斯韦电磁场方程组电磁场麦克斯韦用严密的数学工具完整的表述了法拉第的电磁场思

2、想；证明了：1、变化的磁场可以产生电场，变化的电场可以产生磁场；即电磁波的存在。2、建立了一组描述空间中任意电磁场的方程组，空间中任意一点在任意时刻的电磁场情况都可以用这一组方程给出精确的描述。下面分别介绍一下电磁波的产生和描述以及分类麦克斯韦电磁场方程组电磁场麦克斯韦方程组高度概括了电磁场的基本规律，为解决各种实际的电磁场问题奠定了基础，并预言了电磁波的存在。电场的高斯定理磁场的高斯定理电场的环路定理——法拉第电磁感应定律全电流安培环路定理传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场。静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场。电，改变了人类

3、的生活凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源。例如：天线中的振荡电流分子或原子中电荷的振动变化的电场变化的磁场变化的电场变化的电场和变化的磁场由近及远的传播出去，就形成了电磁波。赫兹设计的电磁波发生和接收装置赫兹实验不仅证实了电磁波的存在，同时也迎来了无线电通信的新时代电磁波谱0.1mm0.76μm0.4μm10nm0.01nm无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线3×1012Hz395×1012Hz750×1012Hz30×1015Hz30×1018Hz10km1km0.1km1m1mm超长波长波中波短波超短波微波30×103Hz0.

4、3×106Hz3×106Hz300×106Hz0.3×1012Hz亚毫米波10m30×106Hz能引起人的视觉的电磁波不同的频率使人感觉到不同颜色可见光七彩颜色的波长和频率范围光色波长(nm)频率(Hz)中心波长(nm)红760~622660橙622~597610黄597~577570绿577~492540青492~470480兰470~455460紫455~400430光是电磁波麦克斯韦的电磁波理论把光学和电磁学“统一”了起来。可见光是能引起人的视觉的电磁波,引起视觉的主要是电磁波中的电场强度矢量。电磁学遗留的问题1、牛顿的时空框

5、架并不能确定物体是否运动或者保持静止，也就是绝对速度，但是磁场力则取决于速度？2、麦克斯韦方程组确定了光速为常数，到底相对于哪一个参照系？3、有没有绝对静止的参照系存在？以太是不是最佳候选者？这些问题构成了狭义相对论建立的背景基础。电磁学的研究给人类带来得贡献是非常巨大的,这个学科的发展大致也可以分为四个阶段:电学和磁学的单独发展,截止1785年库仑定律的发现;发明了稳恒电流的产生方法,电学从静电走向了动电,直接导致了奥斯忒发现电流的磁效应;电磁学得到迅速发展,从安培到法拉第发现电磁感应现象,并提出场的概念已替代超距力;麦克斯韦建立

6、统一的电磁场理论.库仑定律的发现和验证库仑定律是电磁学的基本定律之一。它的建立既是实验经验的总结，也是理论研究的成果。特别是力学中引力理论的发展，为静电学和静磁学提供了理论武器，使电磁学少走了许多弯路，直接形成了严密的定量规律。从库仑定律的发现可以获得许多启示，对阐明物理学发展中理论和实验的关系，了解物理学的研究方法均会有所裨益。18世纪中叶，牛顿力学已经取得辉煌胜利，人们借助于万有引力的规律，对电力和磁力作了种种猜测。德国柏林科学院院士爱皮努斯年对电力作了研究。他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少而增大，于是对静

7、电感应现象作出了更完善的解释。不过，他并没有实际测量电荷间的作用力，因而只是一种猜测。1760年，D．伯努利首先猜测电力会不会也跟万有引力一样，服从平方反比定律。他的想法显然有一定的代表性，因为平方反比定律在牛顿的形而上学自然观中是很自然的观念，如果不是平方反比，牛顿力学的空间概念就要重新修改。富兰克林的空罐实验（也叫冰桶实验）对电力规律有重要启示。1755年，他在给兰宁的信中，提到过这样的实验：“我把一只品脱银罐放在电支架（即绝缘支架）上，使它带电，用丝线吊着一个直径约为1英寸的木椭球，放进银罐中，直到触及罐的底部，但是，当取出时

8、，却没有发现接触使它带电，象从外部接触的那样。”在库仑进行实验之前,英国的科学家卡文迪什也做了相应的实验.他通过一根导线将内外球联在一起，外球壳带电后，取走导线，打开外球壳，用木髓球验电器试验内球是否带电。结果发现木髓球验电器没有指示