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电磁辐射
林晓东
物理学导论
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电磁场
一、人类对电现象认识历程
※从摩擦起电认识电菏。
规定:丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷;毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷。
※ 18世纪时西方开始探索电的种种现象。美国的科学家富兰克林认为电是一种没有重量的流体,存在于所有物体中。当物体得到比正常份量多的电就称为带正电;若少于正常份量,就被称为带负电,所谓“放电”就是正电流向负电的过程(人为规定的),这个理论并不完全正确,但是正电、负电两种名称则被保留下来。
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※富兰克林提出了电流的概念,1752年,他在一个风筝实验中,将系上钥匙的风筝用金属线放到云层中,被雨淋湿的金属线将空中的闪电引到手指与钥匙之间,证明了空中的闪电与地面上的电是同一回事。
※在十八世纪电的量性方面开始发展,1767年蒲力斯特里()与1785年库仑( 1736-1806)发现了静态电荷间的作用力与距离平方成反比的定律,奠定了静电的基本定律。
※在1800年,意大利的伏特()用铜片和锡片浸于食盐水中,并接上导线,制成了第一个电池,他提供首次的连续性的电源,堪称现代电池的元祖。
※ 1831年英国的法拉第(M. Faraday)利用磁场的变化,展示感应电流的产生。1851年他又提出物理电力线的概念。这是首次强调从电荷转移到电场的概念。
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二、人类对磁现象认识历程
※从磁石能吸引铁。
《管子》:“山上有磁石者,其下有金铜。”
《吕氏春秋》:“慈招铁,或引之也。”
※经典磁学
法国物理学家库仑(Coulomb)于1785年确立了静电荷间相互作用力的规律——库仑定律之后,又对磁极进行了类似的实验后证明:同样的定律也适用于磁极之间的相互作用。这就是经典磁学理论。
经典磁学认为如同电荷一样,自然界中存在着独立的磁荷。相同的磁荷互相排斥,不同的磁荷互相吸引。
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在磁场的经典理论中,一个最基本的公式就是一个单独的没有任何尺寸大小的磁极在磁场中所受到的作用力的公式。一个单独的磁极在磁场中所受到的力和磁极本身的强度成正比,和磁极所在地点的磁场强度成正比。
经典磁场理论中,绝大多数的公式都是正确的,并且也一直沿用至今,但是在整个理论中最根本的问题是它采用了一个实际上并不存在的所谓单独的磁极的假设。这就是经典磁学理论中的所谓库伦方法的一个致命弱点。
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※现代磁学
丹麦物理学家奥斯特在1820年发现电流的磁效应现象。
法国物理学家安培提出,铁之所以显现强磁性是因为组成铁块的分子内存在着永恒的电流环,这种电流没有像导体中电流所受到的那种阻力,并且电流环可因外来磁场的作用而自由地改变方向。即“安培电流”或分子电流。
洛伦兹(Lorentz) 给出了一个运动中的电荷在电场和磁场中所受到的力的大小和方向。
现代磁学认为:环形电流元是磁极产生的根本原因,相同的磁极互相排斥,不同的磁极互相吸引。独立的磁荷是不存在的。由于电子围绕原子核的运动,所有的物质都具有某种特别的磁学效应。
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三、电磁场
1 电流的磁效应
在1820年4月,有一次晚上讲座,丹麦科学家
奥斯特演示了电流磁效应的实验。当电池与铂丝相
连时,靠近铂丝的小磁针摆动了。这一不显眼的现
象没有引起听众的注意,而奥斯特非常兴奋,他接连三个月深入地研
究,在1820年7月21日,他写成《论磁针的电流撞击实验》的论文,正
式向学术界宣告发现了电流磁效应。
奥斯特认为在通电导线的周围,发生一种“电流冲击”。这种冲击只能作用在磁性粒子上,对非磁性物体是可以穿过的。磁性物质或磁性粒子受到这些冲击时,阻碍它穿过,于是就被带动,发生了偏转。
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2 电磁感应
迈克尔·法拉第(Michael Faraday,1791-1867),
英国著名物理学家、化学家。在化学、电化学、电磁学
等领域都做出过杰出贡献。他家境贫寒,未受过系统的
正规教育,但却在众多领域中作出惊人成就。
铁匠家庭----13岁当学徒(书店)-----
经过戴维的推荐,1813年3月,24岁的法拉第担任了
皇家学院助理实验员。 1824年被选为皇家学会会员,
1825年接替戴维任皇家学院实验室主任,1833年任皇家学院化学教授。
曾谢绝担任皇家学会会长、皇家学院院长职务和英王室爵士称号。
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电磁学领域贡献:
1 研读奥斯特实验,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