磁场发现历史

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磁场发现历史

虽然很早以前,人类就已知道磁石和其奥妙的磁性。

最早出现的几个学术性论述之一,是由法国学者皮埃·德马立克于公元1269 年写成。

德马立克仔细标明了铁针在块型磁石附近各个位置的定向,从这些记号,又描绘出很多条磁场线。

他发现这些磁场线相会于磁石的相反两端位置,就好像地球的经线相会于南极与北极。

因此,他称这两位置为磁极。

几乎三个世纪后,威廉·吉尔伯特主张地球本身就是一个大磁石,其两个磁极分别位于南极与北极。

出版于1600 年,吉尔伯特的巨着《论磁石》开创磁学为一门正统科学学术领域。

于1824年,西莫恩·泊松发展出一种物理模型,比较能够描述磁场。

泊松认为磁性是由磁荷产生的,同类磁荷相排斥,异类磁荷相吸引。

他的模型完全类比现代静电模型;磁荷产生磁场,就如同电荷产生电场一般。

这理论甚至能够正确地预测储存于磁场的能量。

尽管泊松模型有其成功之处,这模型也有两点严重瑕疵。

第一,磁荷并不存在。

将磁铁切为两半,并不会造成两个分离的磁极,所得到的两个分离的磁铁,每一个都有自己的指南极和指北极。

第二,这模型不能解释电场与磁场之间的奇异关系。

于1820年,一系列的革命性发现,促使开启了现代磁学理论。

首先,丹麦物理学家汉斯·奥斯特于7月发现载流导线的电流会施加作用力于磁针,使磁针偏转指向。

稍后,于9月,在这新闻抵达法国科学院仅仅一周之后,安德烈·玛丽·安培成功地做实验展示出,假若所载电流的流向相同,则两条平行的载流导线会互相吸引;否则,假若流向相反,则会互相排斥。

紧接着,法国物理学家让·巴蒂斯特·毕奥和菲利克斯·沙伐于10月共同发表了毕奥-萨伐尔定律;这定律能够正确地计算出在载流导线四周的磁场。

1825年,安培又发表了安培定律。

这定律也能够描述载流导线产生的磁场。

更重要的,这定律帮助建立整个电磁理论的基础。

于1831年,麦可·法拉第证实,随着时间演进而变化的磁场会生成电场。

这实验结果展示出电与磁之间更密切的关系。

从1861年到1865之间,詹姆斯·麦克斯韦将经典电学和磁学杂乱无章的方程加以整合,发展成功麦克斯韦方程组。

最先发表于他的1861年论文《论物理力线》,这方程组能够解释经典电学和磁学的各种现象。

在论文里,他提出了“分子涡流模型”,并成功地将安培定律加以延伸,增加入了一个有关于位移电流的项目,称为“麦克斯韦修正项目”。

由于分子涡包具有弹性,这模型可以描述电磁波的物理行为。

因此,麦克斯韦推导出电磁波方程。

他又计算出电磁波的传播速度,发现这数值与光速非常接近。

警觉的麦克斯韦立刻断定光波就是一种电磁波。

后来,于1887年,海因里希·鲁道夫·赫兹做实验证明了这事实。

麦克斯韦统一了电学、磁学、光学理论。

虽然,有了极具功能的麦克斯韦方程组,经典电动力学基本上已经完备,在理论方面,二十世纪带来了更多的改良与延伸。

阿尔伯特·爱因斯坦,于1905年,在他的论文里表明,电场和磁场是处于不同参考系的观察者所观察到的同样现象。

后来,电动力学又与量子力学合并为量子电动力学。

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