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電磁學(xué)理論是如何一步步建立的

2020-11-03 | pdf | 0.15 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

  “Electricity”(電)這個(gè)單詞起源于希臘文的“琥珀”。中國(guó)西晉時(shí)期,《博物志》中也有摩擦起電的記載。電和磁的利用跟人類(lèi)生產(chǎn)和生活的聯(lián)系非常緊密,電學(xué)和磁學(xué)的研究促進(jìn)了世界科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,電磁學(xué)直接推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步。

  靜電學(xué)的發(fā)展

  自1660年蓋里克發(fā)明摩擦起電機(jī)后,電現(xiàn)象的研究變得可行了。1720年,格雷發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)體與絕緣體,發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)體的靜電感應(yīng)現(xiàn)象。1733年,杜菲經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)區(qū)分出兩種電荷,他分別稱(chēng)之為松脂電(即負(fù)電)和玻璃電(即正電),并由此總結(jié)出靜電相互作用的基本特征:同性相斥,異性相吸。萊頓瓶的發(fā)明使得電現(xiàn)象的研究更加深入。富蘭克林發(fā)現(xiàn)了尖端放電,發(fā)明了避雷針,研究了雷電現(xiàn)象,并從萊頓瓶的研究中,提出了電荷守恒原理。后來(lái)康頓在1734年用電流體假說(shuō)解釋了靜電感應(yīng)現(xiàn)象。至此,靜電力基本特性、電荷守恒和靜電感應(yīng)這三條靜電學(xué)基本原理已經(jīng)建立。 1760年,D·伯努利首先猜測(cè):電力會(huì)不會(huì)也跟萬(wàn)有引力一樣,服從平方反比定律?1767年普利斯特利猜測(cè)電荷間的相互作用應(yīng)該與引力規(guī)律有相似的特點(diǎn)。1785年,庫(kù)侖利用扭秤試驗(yàn)總結(jié)出:真空中兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間的作用力與它們的電荷量的乘積成正比,與它們之間距離的平方成反比,作用力的方向在它們的連線(xiàn)上。庫(kù)侖定律不斷經(jīng)受著實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn),目前已經(jīng)成為精確的實(shí)驗(yàn)規(guī)律之一。

  穩(wěn)恒電流的研究

  18世紀(jì)末,意大利學(xué)者伽伐尼和伏打的研究使得電學(xué)從靜電領(lǐng)域邁向電流領(lǐng)域。伽伐尼是一位解剖學(xué)教授,1780年9月的一天,他在解剖青蛙時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)電效應(yīng)。伽伐尼的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了歐洲各國(guó)研究動(dòng)物電的熱潮,意大利的自然哲學(xué)教授伏打重復(fù)了伽伐尼的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)伽伐尼的神經(jīng)電流說(shuō)并不正確。他拿來(lái)一只活青蛙,用兩種不同金屬構(gòu)成的弧叉跨接在青蛙身上,一端觸青蛙的腿,一端觸青蛙的脊背,青蛙就會(huì)抽搐;用萊頓瓶經(jīng)青蛙的身體放電,青蛙也會(huì)抽搐,說(shuō)明兩種不同金屬構(gòu)成的弧叉和萊頓瓶的作用是一樣的??梢哉f(shuō),這些現(xiàn)象是外部電流作用的結(jié)果。后來(lái),在伏打的外部電(金屬接觸說(shuō))和伽伐尼的內(nèi)部電(神經(jīng)電流說(shuō))之間出現(xiàn)了長(zhǎng)期的爭(zhēng)論。為了闡明自己的觀點(diǎn),伏打繼續(xù)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。他比較了各種金屬,按金屬相互間的接觸電動(dòng)勢(shì)把各種金屬排列成表,其中有一部分是:鋅一鉛一錫一鐵一銅一銀一金(一石墨)。只要將表中任意兩種金屬接觸,排在前面的金屬必帶正電,排在后面的必帶負(fù)電。這樣,伏打一舉就全面地解釋了伽伐尼和其他人做過(guò)的各種動(dòng)物電實(shí)驗(yàn)。1800年,伏打進(jìn)一步把鋅片和銅片夾在用鹽水浸濕的紙片中,重復(fù)地疊成一堆,形成了很強(qiáng)的電源,這就是著名的伏打電堆。把鋅片和銅片插入鹽水或稀酸杯中,也可以形成電源,叫做伏打電池。伏打電堆(電池)的發(fā)明,提供了產(chǎn)生恒定電流的電源,使人們有可能從各方面研究電流的各種效應(yīng)。1821年塞貝克發(fā)明溫差電偶,電源性能更加穩(wěn)定了。從此,電學(xué)進(jìn)人了一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期——研究電流和電磁效應(yīng)的新時(shí)期。

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