电磁场大作业(2)

1、1873年,英国物理学家麦克斯韦出版了巨著《A Treatise on Electricity and Magnetism》,集中总结了他的电磁场理论。提出了电磁场方程组,预言了电磁波的存在,指出了电磁波与光波的同马克吐温介绍一性。搜索此原文,精读并撰写学习体会。
西贝柳斯  1845年,关于电磁现象的三个最基本的实验定律:库伦定律,安培——毕奥——萨伐尔定律,法拉第定律已被总结出来。法拉第的“电力线”和“磁力线”概念已发展成“电磁场概念”。
电磁波与光波的同一性,是麦克斯韦电磁场理论的必 然结果,而空间的位移电流又是他的理论的不可缺少的前提。赫兹因此 认为:要证明电磁波就是光波,首先就得确定电磁波速度是否等于光速。
麦克斯韦以前的物理学家认为电波只在导体中传播,即便达到这种 认识也是付出过许多代价的。最早认识到电流是一种波动形式的是美国 物理学家亨利(J.Henry,1797~1878 年)。他在 1837 年就提出载流 导线表面存在着一种电流波,并预言,如果在一根导线正中部输入电流, 电流波将从导线的两个端面反射回来,以致在导线中形成驻波。33 年后,贝佐尔德(W.vonBe-zold,1837~1907 年)做了一个电流驻波实 验。其实验装置是一个带有火花隙的线圈,火花隙的两端与一长导线相 接。实验时用莱顿瓶通过放电的方式给线圈输
入电流,由于线圈具有选 频作用,它从电火花的宽频谱中选择出一个带宽狭小的电流波,结果又 将它传入长导线,在导线中形成电流驻波。贝佐尔德把一块均匀撒布着 石松子的玻璃板放在这根导线上,石松子在电流驻波的影响下形成疏密 有致的图案。他根据图案测量出电流波长为 15 厘米。他所测量的电流驻 波实际上是沿导线传播的电磁驻波。其方法对赫兹有一定的影响。
完成电磁波速等于光速的证明并不等于完成了电磁波和光波同一性 的证明,但它是这种同一性证明中最重要的一步。同一性证明还应当包 括在电磁波中显示光波的所有性质。问题十分复杂,路只能一步一步地 走。英国著名电磁学家、麦克斯韦理论的追随者洛吉(O.Lodge,1853~1936)曾试图用一种直接的办法一下子就证明电磁波是光波,可是失败 了。他在 1882 年企图通过级联变压器把电磁能变成光。这种级联变压器 的每一级都能从前面一级拾取高频成分,越到后面输出的电磁波的频率 就越高。洛吉希望在最后一级输出端之间看见光的产生,然而没有看见, 因为最后一级输出的电磁波的最高频率才 1 亿周,离释放可见光的最低 频率还很远。
历史;从赫兹实验证明电磁波的存在到现在,历史也 已走完了一百个春秋。现在我们已进
入超大规模集成电路的时代,人类 正按照莫尔定律(Moore’sLaw)——集成电路上的元件数平均每两年翻 番的规律——发展着自己的电子工业。历史虽则不堪回首,但却应当回 顾。因为我们还能从法拉第、麦克斯韦和赫兹等人身上学习到那种非同 凡响的思想,那种无与伦比的原创力。我们应当从科学发展史和科学思 想史的角度,出他们的思想、方法和风格在潜科学和未来学中的地位, 为人类今天的精神文明和物质文明的创造性活动奉献一件久经锤炼并将 永葆锋芒的锐利武器。 正是真情妙悟著文章,早年研究纯数学同时又是极优秀的数学家的麦克斯韦本着用为法拉第观点提供数学方法的思想,认真分析了法拉第的场和力线。最终用数学的形式将电与磁结合起来。于是诞生了我们熟知的麦克斯韦方程组。为了让更多的人了解电磁场理论,麦克斯韦于1873年正式出版了集电磁学理论之大成的巨著一一《电磁学通论》。
2、“场”的概念是哪位科学家首先提出?(1850,M. Faraday),搜索资料详细叙述。
“场”的概念最先是由法拉第在1837年提出的,他指出:电荷与电荷、磁极与磁极之间的相互作用不是超距的,而是通过带电体或者磁性物质周围的场而发生的。
协方差场是指物体在空间中的分布情况。场是用空间位置函数来表征的。在物理学中,经常要研
3c技术究某种物理量在空间的分布和变化规律。场是一种特殊物质,看不见摸不着,但是它确实存在。比如引力场,磁场等等。爱因斯坦在狭义相对论中否定以太的存在,但是广义相对论的建立体现了爱因斯坦思想的明显改变。他指出:广义相对论是一种场论,如果用常数代替那些描述广义相对论以太的函数,同时不考虑任何决定以太的原因,那么广义相对论以太就可以在想象中变为洛仑兹以太。场是物质存在的一种基本形式。这种形式的主要特征在于场是弥散于全空间的。
在物理里,场是一个以时空为变量的物理量。场可以分为标量场、矢量场和张量场三种,依据场在时空中每一点的值是标量、矢量还是张量而定。例如,经典重力场是一个矢量场:标示重力场在时空中每一个的值需要三个量,此即为重力场在每一点的重力场矢量分量。更进一步地,在每一范畴(标量、矢量、张量)之中,场还可以分为“经典场”和“量子场”两种,依据场的值是数字或量子算符而定。
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场被认为是延伸至整个空间的,但实际上,每一个已知的场在够远的距离下,都会缩减至无法量测的程度。例如,在牛顿万有引力定律里,重力场的强度是和距离平方成反比的,因此地球的重力场会随着距离很快地变得不可测得(在宇宙的尺度之下)。
  奶茶结婚了 物质可以改变磁力线的分布;力线的存在与物体无关;具有传递力的能力;在时间中传播.由此可以看出,他的力线思想正在逐渐上升为场的思想.法拉第把人们的注意力由电荷、磁体以及它们之间的相互作用引向空间,描写物理现象最重要的不是带 电体,也不是粒子,而是带电体之间与粒子之间的空间中的场.他为我们描绘了这样一幅电磁作用图景:在带电体、磁体、电流周围的空间中,充满着一种介质,可以传递电、磁作用,这就是电场、磁场,而电磁场最直观的描述就是力线.麦克斯韦提出磁波”新概念.这是他为建立电磁场理论而迈出的关键性的一步,从而实现了重大突破.1865年发表的《电磁场的动力学理论》,则在实验事实及动力学基础上构筑了一座全新的电磁学理论大厦.他说:“我所提出的理论可以称为电磁场理论,因为它涉及电体或磁体邻近的空间”, 而电磁场则是指“包括和环绕那处于电或磁情况的物体的那一部分空间”.在这篇论文中,他列出了含有20个变量的20个方程,包含了全部已知的电磁学内容. 从法拉第到麦克斯韦,场的概念经过一番奋斗终于在物理学中取得了它的地位.麦克斯韦在自己的理论中提出能量定域在电磁场中,从而赋予场以最为重要的实在性 ——能量..“在一个现代的物理学家看来,电磁场正和他所坐的椅子一样地实在.” 麦克斯韦电磁场理论从超距作用过渡到以场为基本变量,是科学认识的一个革命性变革,因为电磁场可以独立于物质源而以波动形式存在,
静电的相互作用就不可再解释为超距作用了.引力也是如此.因此牛顿的超距作用就退让给了以有限速度传播着的场了.电磁场波动方程证明电磁波是一种横波,它的传播速度是仅仅根据电磁学测量就能确定下来的恒量,这个数值又与真空中的光速十分接近.麦克斯韦大胆断言: “光本身是一种电磁干扰,它是波的形式,并按照电磁定律通过电磁场传播.”这样电磁场理论就把电、磁、光学规律统一起来,完成了人类认识史上又一次“大综合”.电磁场理论又为狭义相对论提供了雏型.可以毫不夸张地说,它是物理学发展史上的一座里程碑.但它的思想太不平常了,只能逐渐地被物理学家们接受,一直到赫兹成功地实现电磁波——脱离了源而独立存在的电磁场以后,对电磁场理论的抵抗才被完全摧垮.难怪爱因斯坦赞扬说:“法拉第和麦克斯韦的电磁场理 论……是牛顿时代以来物理学的基础所经历的最深刻的变化。

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