电磁学

电磁学

电磁学dian cixue

经典物理学的一个分支。它主要研究电荷、电流产生电场、磁场的规律，电场和磁场的相互联系，电磁场对电荷、电流的作用，以及电磁场对物质的各种效应等。概括地说，电磁学是研究电磁现象的规律和应用的学科。电磁过程是自然界的基本过程，电磁作用是物质的基本相互作用之一，如摩擦力、弹性力、粘滞力等宏观范围内的接触力都是原子之间的电磁作用的结果。因此，电磁学渗透到物理学的各个领域，成为研究物质过程必不可少的基础。此外，它也是研究化学、生物学某些基元过程以及技术学科的重要基础。电磁学的完善，促进了电工技术、电子技术及生产和科技领域的飞跃发展。迄今，无论人类生活、科学技术活动，还是物质生产活动都离不开电与磁。
电磁学的发展经历了一个漫长的历史。公元前585年希腊哲学家泰勒斯(Thales)记载了摩擦过的琥珀能够吸引轻小物体，天然磁矿石能吸引铁的现象。在我国春秋战国时期，已有磁石吸铁的记载。北宋时发明了指南鱼或指南针，并用于航海。西汉末有玳瑁吸附细小物体的记载。晋朝(公元3世纪)有关于摩擦起电引起放电现象的记载。1785年C.A.库仑用他设计的著名的扭称实验，测定了两静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离平方成反比，与它们的电量乘积成正比的关系——库仑定律，从此电学研究从定性进入到定量的科学行列。18世纪后期，意大利物理学家A.伏打发明了电池，为提供持续电流创造了条件。1920年丹麦的自然哲学家H.C.奥斯特发现了电流的磁效应，第一次揭示了磁与电存在着联系，从而把电学与磁学联系起来，开拓了电磁学研究的新纪元。A.M.安培关于载流螺线管与磁铁等效性的实验，两平行载流导线相互作用的实验，D.F.A.阿喇戈关于钢和铁在电流作用下的磁化现象，J.B.毕奥和F.萨伐尔关于长直载流导线对磁极作用力的实验等等，由这些实验分析，人们得出了电流（元）产生磁场和磁场对电流（元）作用力的规律。1831年英国物理学家M.法拉弟发现电磁感应现象，并建立了电磁感应定律。将闭合线圈中的磁通量变化与闭合线圈中的感应电动势联系起来。1834年，俄国物理学家Э.Х.楞次给出了感应电流的方向。法拉弟是一个对电磁学做出重要贡献的实验物理学家，1833年成功地证明了摩擦起电和伏打电池产生的电本质相同的原理，1834年发现电解定律，1845年发现磁光效应，并统一解释物质的顺磁性和抗磁性，他还详细研究了极化现象和静电感应现象，并首次用实验证明了电荷守恒定律。卓越的英国物理学家J.C.麦克斯韦在前人实践和理论的基础上，对整个电磁现象做了系统的研究，他认为感生电动势来源于变化磁场所产生的涡旋电场，从而建立了磁场与电场的一种联系——随时间变化的磁场产生电场。此外，他还提出了位移电流的概念，即随时间变化的电场产生磁场的电磁的另一种联系。在此基础上，麦克斯韦总结出描写电磁场的一组完整的方程式，即麦克斯韦方程组。1865年麦克斯韦进而推论电磁场以波的形式传播，电磁波在真空中传播的速度等于光速。麦克斯韦认为，光是电磁波的一种形态。1888年德国物理学家H.R.赫兹用实验证实了电磁波的存在，在这以后的大量实验证明了麦克斯韦理论的正确性。
电磁学的研究方法是从实验到理论，从特殊到一般的方法。例如从直接的或间接的实验，分别得出库仑定律、毕一沙定律、电磁感应定律等，最后综合上升到普遍适用的麦克斯韦方程组。电磁学的每一重要进展，都极大的推动了生产力的前进，而科学技术又反过来使电磁学理论更臻完善。例如，由于电磁效应的发现出现了电磁铁，随之带来电报、电话的发明。磁场给电流以作用力的理论，使电流计设计成功，为G.S.欧姆发现电路定律提供了条件。电磁感应定律导致发电机、变压器的出现，它们和电动机一起极大地改变了工业生产的面貌。电磁场理论为电子技术的应用和发展奠定了基础，为社会的发展起到重要的作用。