理论教育 电学的兴起:知识就是力量证明

电学的兴起:知识就是力量证明

时间:2023-05-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:亚历山德罗·伏特是18世纪末19世纪初杰出的实验电学家之一,1762年起,17岁的他就开始致力于电学研究。这两条假定成为麦克斯韦创造新理论的核心和基石。它是第一个场论,成为狭义相对论和现代场论的先导,是科学认识上的一次重大变革。自戴维之后,电化学取得了迅速的进步,而实验电学即以电化学和由法拉第等人开创的电磁学为双翼,旋即高高地飞腾起来。

电学的兴起:知识就是力量证明

1800年以前,电的来源是使用玻璃圆筒或者玻璃板的摩擦起电机。人们借助这样的装置做了许多工作,特别是在化学方面和创立静电学的一种基本理论方面。

17世纪初,吉尔伯特对静电现象的观察与研究虽然引起了人们对静电现象的关注,但他只是提出了问题,并未能开拓近代电学发展的道路。从17世纪初到18世纪末的近两个世纪之内,近代电学的发展是比较缓慢的。

1731年格雷发表了静电传输实验报告,1734年杜菲在格雷实验的基础上发现了同电相斥异电相吸的原理。到了18世纪40年代初,人们对于静电知识便日益丰富起来,从格里凯起电机在1660年发明,经过80余年的积累和发展,早期静电学终于初具实验与理论基础。

普里斯特利是最早对电流的化学效应进行系统研究的人之一。但由于摩擦起电机产生的放电是难以控制的,因此,尽管在18世纪末以前,这一直是人类唯一可以得到的电能源,并在实验室里得到了广泛的应用,但是仍然不能进行商业应用。

意大利生物学家伽伐尼通过不断的实验,不仅初步证实了“动物电”的存在,更重要的是,它导致了电流的最初发现,直接推动了电学的发展,特别是导致了电化学的诞生,而伏特即是电化学的伟大开拓者

亚历山德罗·伏特是18世纪末19世纪初杰出的实验电学家之一,1762年起,17岁的他就开始致力于电学研究。1775年,他在格里凯起电机的基础上,发明了一种新的起电盘,并通过不断的实验,使用不同的金属串联起来,形成了一种能够得到持续而稳定电流的新电源,即“伏打电池”或者“伏打电堆”。(www.daowen.com)

1820年4月,奥斯特在课堂上偶然发现了通电导线使磁针偏转的现象。奥斯特的发现震动了整个欧洲的科学界。法国科学院院士安培在此基础上继续实验,提出了著名的安培力公式与安培定律,并将电磁学纳入牛顿力学的框架,把电流的相互作用叫做电动力,把1820至1827年间提出的理论叫电动力学。

在安培等人探索用磁感应出电途径的道路上,时任英国皇家研究院实验室主任的法拉第经过十多年的努力,于1831年获得重大突破,发现了电磁感应现象。1851年,他对电流的磁感应定律作了较完善的表述:形成电流的力量正比于切割的磁力线数,并创造了电力线和磁力线的新概念。

电磁学在19世纪得到了显著的发展,逐渐构成了完善的体系。已经确立了库仑定律高斯定律、安培定律、法拉第定律,提出了场和力线的概念。在理论上,1828年格林提出了势的概念,对电磁学的数学理论作出重大贡献;1845年诺依曼借助于势的理论,导出了电磁感应定律的数学形式。1846年韦伯指出,两个电荷之间的作用力不仅取决于它们之间的距离,而且还与它们的相对速度和相对加速度有关。1847—1853年,汤姆逊提出了铁磁质内磁场强度磁感应强度的定义,导出了磁能密度和载流导线的磁能公式。这一切为英国物理学家麦克斯韦电磁场理论的创立准备了必要的条件。1861年,麦克斯韦在对感应电动势作深入分析时,意识到变化的磁场会在空间激发出“涡旋电场”。这一年的年底他提出了另一个十分重要的假定,即“位移电流”的概念。这两条假定成为麦克斯韦创造新理论的核心和基石。1864年,麦克斯韦在皇家学会宣读了著名的论文《电磁场的动力理论》。

电磁场理论始于法拉第,最终由麦克斯韦完成。它是第一个场论,成为狭义相对论和现代场论的先导,是科学认识上的一次重大变革。麦克斯韦将经典物理学理论推到高峰。自戴维之后,电化学取得了迅速的进步,而实验电学即以电化学和由法拉第等人开创的电磁学为双翼,旋即高高地飞腾起来。

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