静电学与静磁学的发展

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1、静电学与静磁学的发展17世纪科学发展的背景   电磁现象的研究和其他自然科学的研究一样，在16世纪末，开始迅速发展，一改两千多年来的徘徊局面。如果孤立地只看一两门学科本身，这种现象就难于理解了。实际上科学技术发展的动力必然来源于社会需要，而发展的可能性又来源于历史上知识的积累。因此我们先粗略地介绍一下17世纪科学发展的重要背景是有益的。    欧洲经历了自公元5世纪起，长时期在教会神权统治下的“黑暗时期”，生产发展缓慢，学术空气沉闷。11至13世纪，教会为了加强其统治发动了“十字军东征”，一方面给人民带来苦难，激化了封建统治与人民的矛盾；另一方面却沟通了东西方的文化与贸易交往，东方的某

2、些生产技术如纺织、印染、金属加工等也传到西方。中国的指南针、火药、造纸和印刷术等也都陆续传到欧洲。到14、15世纪时，以纺织工业为代表的欧洲手工业开始发展，相应的冶金、机械制造等技术也进步了。为了开拓市场和寻找新的资源，远洋航海和探险也随之兴起。美洲新大陆的发现、环球航行的完成，产生了航海贸易和开辟殖民地的浪潮，这个浪潮又反过来加速了欧洲工业的发展。新兴的工场主及商人的经济力量日趋雄厚。他们要求自由贸易，反对神权至上的封建统治；他们要求研究科学以发展生产，反对神学至上的思想禁锢。这些要求都成为科学技术进步的强大动力。    科学上首先打破神学统治的是在天文方面。1512年波兰人哥白尼(

3、NicolausCoperinicus1473一1543)发表了地球绕太阳运行的“日心说”，从而推翻了上帝创世的“地心说”神话。意大利的伽里略(GalileoGalilei1564—1642)又发明了望远镜，用观察、实验、数学相结合的方法证实了哥白尼的学说，因而遭到教会的惨酷迫害。    在科学方法论上，英国的著名学者F．培根(FrancisBecon156l-1526)系统地阐述了自己的哲学观点和方法论。他认为科学的目的是给人类生活提供新的发现和力量，“人是自然的主人”，“知识就是力量”都是他的名言。他主张研究的步骤是搜集材料、科学实验、进行归纳、再推广到一般。这与教会经院哲学中纯粹

4、玩弄逻辑推论的方法是对立的，人们称之为“归纳法”。在这之后，1630年法国数学家笛卡尔(RenatusDescartesl596—1650)强调理性演绎方法，主张用知识代替信仰、用逻辑代替崇拜，肯定了理性认识及数学的作用，则又从另一方面反对了经院哲学，人们称之为“演绎法”。科学方法论的提出，有助于克服工作中的盲目性，使研究成为自觉的、有目的、有步骤、有系统的工作，对以后的科学的发展有重要影响。    英国的牛顿(1saacNewton1642—1727)是伟大的物理学家和数学家。他继承并发展了哥白尼、伽里略、开普勒、第谷等人开创的研究工作，和培根等人的科学方法，主张从运动现象去研究自然

5、界的力，然后从这些力去说明其他现象。他发明了“流形”(即微分)，及“反流形”(即积分)，用定量方式的数学方程来描述力学中的运动规律。在1687年他发表了《自然哲学的数学原理》，书中总结他的工作，建立了经典力学的逻辑体系。他提出万有引力的平方反比定律，星体的引力可以将质量集中于中心当做质点看待等，不仅在天文及力学上有重要作用，对以后物理学和电学也起了重要作用。2.2.电磁现象定性的研究    近代电磁的研究，可以认为开始于W．吉尔伯特(WilliamGilbert1504—1603)，他是英国皇家的御医和物理学家，他主张用实验的方法研究物理，并且时常在英国宫廷中向女王表演他的电学和磁学实

6、验。1600年他写成了《论磁石、磁体、大磁石——地球》一书。书中系统地讨论了地球的磁性，认为地球是个大磁石，他还提出可以用磁倾角判断地球上各处的纬度。书中还讨论了摩擦带电的现象，并且创造了英文中的“电(electricity)”字。吉尔伯特发现可以经过摩擦而带电的物体不限于琥珀，他列举出硫磺、玻璃、火漆等物都有这个性质。他发现带电物体之间的作用力，要受到带电体之间其他物体的影响，与磁石之间的作用力不同。吉尔伯特对摩擦带电现象提出解释，认为这是由于摩擦时将物体中的—种流体擦掉，而只剩下大气包围着带电体了。    应该提到磁屏蔽现象的发现，记载在中国1644年刘献廷所著的《广阳杂记》一书中

7、。刘和他的朋友讨论用什么可以隔开磁石间的吸力时，一个幼童插话说：用铁就可以隔开。经过刘和友人们的试验证明果然是事实。这件事带有很大的偶然性，所以没有进一步的发展，也很少受到人们注意。    1650年德国科学家居里凯(OttovornGuericke1602—1686)制成了摩擦起电机。一个在支架上可以旋转的大硫磺球，用人手在球上摩擦就使硫磺球带电。这个发现发表在他的一本著作《关于虚空的新马德堡实验》中，该书于1672年出版。1705年德国工程