经典电磁场理论的建立

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1、经典电磁场理论的建立1、电磁场理论的建立1755年，普里斯特列(PriestleyJ,1733—1804)通过类比，猜测到电荷间的电力也与物质间的引力一样，服从平方反比定律。10年后，库仑与卡文迪许不约而同地通过扭秤实验总结出电相互作用和磁相互作川的平方反比定律。库仑定律与万有引力定律的惊人相似。促使人们将引力领域的超距作用思想移接到电磁领域中。由此开始，超距作用的思想和方法便在电磁领域中迅速扩展，并取得了一系列丰硕成果。其中又以法国的安培所取得的成就最为世人瞩FI。安培实际上是想仿照力学的理论结构来建立电磁理论的。

2、因此，他认为最核心的概念应该是与质点相对应的作为实体的电流元以及它们之间能超距作用的有心力。他把自己的理论取名为“电动力学”。安培的电动力学，作为将当吋所知道的一切电磁现象用超距有心力的作用來说明的理论，的确十分出色。但是，运用建立在超距有心力基础上的安培理论來解释i831年法拉第发现的电磁感应现象时，却显得力不从心。1845年，德国的纽曼(NeumannFE,1798〜1895)发展了安培的电动力学思想，并成功地解释了电磁感应定律。纽曼考虑了两个载流线圈的情况，他把其中一个叫施感线圈，另一个叫被感线圈。当施感电流线

3、圈运动时，两个线圈的相互作用将发生变化，他假设被感电流线圈中的感应电动势与两线圈相互作用能的变化率成正比，并根据楞次定律而加上一个负号，于是：dA~dt•cU式中dl是被感电流的线元，积分沿被感电流回路1进行，而矢量A定义为：A=i式中A是一个电流的位置函数，纽曼称之为电动力学势。一年后，德国电动力学的另一位创始人韦伯在安培定律的基础上提出了所谓的韦伯电作用定律：2rd2r+7^式中ei、e2表示电量。c表示光速。它将库仑的静电力、安培的电动力和法拉第的电磁感应力统一在一个公式屮，1847年亥姆霍兹创立了能量守恒与转

4、化定律，在电磁学领域深刻阐述了能量原理。韦伯和纽曼的理论提供了当吋欧洲大陆上关于电磁理论所做的几乎全部工作的山发点。正当精通数学的大陆派物理学家们遵循超距作用思想满怀信心地向电磁学理论高峰攀登的时候，海峡对岸的一位只有初等数学知识但富有哲学头脑的物理学家却悄无声息地开辟了电磁学研宂的新方向。他就是法拉第。2、法拉第关于场的思想法拉第是伟大的物理学家，生于1791年9月22日，他的父亲是一个铁匠。由于家境贫寒，他12岁就去伦敦谋生，当了一年报童，后又到一家书店当装订工。由于一个偶然的机会，法拉第成了英国大化学家戴维的助

5、手，并在化学领域取得了一系列成果，1820年以后，法拉第从化学领域转到物理学方面。提出场的观点是法拉第对于物理学发展作出的最伟大贡献之一。从法拉第开始到现在，对场的本质认识基本上有三种看法：一种是力场，如磁力场，电力场和重力场等；另一种是实体场，如汄为场是物质的一种表现形式；再一种就是实在场，即场为实在或万物之本源，如认为物质是场的凝聚或密度大的地方。法拉第对场的认识过程经历了前两个阶段。法拉第关于力场的概念是在他用在空间中传递和分布的磁力线观点解释电磁感应现象的过程中形成的。法拉第通过一系列实验后认识到，电力和磁力

6、可以脱离发射它的物体而独立地存在于空间，并有传递的时间和过程。法拉第于1832年3月12H交给英国皇家学会存档的密封信淸楚地表明了这一点(该信于1938年才启封公开)：“前不久在皇家学会上宣读了题为《对电作的实验工作》的两篇论文，文中所介绍.的一些研究成果，以及巾于其他观点与实验而产生的一些问题，使我得出结论：磁作用的传播需要时间，即当一个磁铁作用于另一个远处的磁铁或者一块铁时，产生作用的原因是逐渐地从磁体传播开去的；这种传播需要一定时间,而这个时间显然是非常短的。我还认为，电感应也是这样传播的。我认为磁力从磁极出发

7、的传播类似于水面上波纹的振动或者空气粒子的声振动……”实体场概念意味着场是一种实体。法拉第实体场概念的形成还与他从传统原子论的相信者转变为波斯考维奇原子论的推崇者透切相关。按照波斯考维奇的原子论，原子是不可分和不可变的最小单元，与以道尔顿为代表的传统原子论不同的是，他认为原子有质量，但无大小和形状。从波斯考维奇原子论出发，法拉第意识到原子具有非原子性(粒子性)。并进而认为波斯考维奇的原子仅仅是“力或动力的中心，而不是物质的粒子，力就留在力心上”。他假定，原子之间是由力气(atmosphereofforce)构成的空间

8、，如果这个空间“必定是导体”，就可解释不相接触的粒子构成的物体具有导电性和导磁性的原因。不由力气构成的空间则是绝缘的，它可以解释绝缘现象。法拉第的实体场概念是沿着这样的研宄顺序提出来的：磁力线一一电化学一一光的偏振性一一导磁性和导电性一一批判传统的原子概念转而相信波斯考维奇的力心原子一一磁场一一场。离子的发现在他对传统原子论的信仰上投下阴影，光