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思想

电磁场理论

Electromagnetic Field Theory

近代物理学中第一个以“场”为基本对象的理论,也是电力与无线电的理论来源。

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把电与磁视为同一种场的理论。1820年奥斯特发现电流使磁针偏转,1831年法拉第发现电磁感应,1860年代麦克斯韦把电、磁与光统一于一组场方程。

年代
1820—1865
地点
哥本哈根—伦敦—爱丁堡
文明
西方
领域
能量与动力、自然哲学与科学方法

我们假想的介质中横波的速度……与光速如此精确地吻合……以至于我们几乎无法回避这样的推论,光就是引起电磁现象的同一种介质中的横向波动。

—— 麦克斯韦《论物理力线》第三部分,《哲学杂志》1862年1月;推论一句原文为斜体
法拉第1831年8月29日发现电磁感应所用的铁环线圈,伦敦皇家研究院藏,图为1922年技术刊物上的照片。
法拉第1831年8月29日发现电磁感应所用的铁环线圈,伦敦皇家研究院藏,图为1922年技术刊物上的照片。公有领域,维基共享资源 来源

历史

所谓电磁场理论,把电与磁的作用看作弥漫于空间的“场”的状态及其传播,物体之间的力由场来传递。1820年7月,哥本哈根的奥斯特用拉丁文短文向欧洲学界报告,通电导线能使附近的磁针偏转;几个月内,巴黎的安培测出两条电流之间的作用力,并给出数学表述。伦敦的法拉第是铁匠之子,十四岁起给书商做了七年装订学徒,因听戴维的讲座而进入皇家研究院。1821年,他让通电导线绕着磁极旋转;1831年8月29日,他在一个铁环上绕两组线圈,发现一组接通或断开电流的瞬间,另一组中会出现电流,这就是电磁感应,11月他向皇家学会作了报告。法拉第几乎不用数学,他以“力线”设想电磁作用分布在空间之中。麦克斯韦自1855年起把力线写成数学,1861至1862年的《论物理力线》借助分子涡旋模型算出电磁扰动的传播速度,与菲佐测得的光速几乎相同;1865年的《电磁场的动力学理论》抛开机械模型,给出完整的场方程,1873年又出版《电磁通论》。1887至1888年,赫兹在卡尔斯鲁厄用火花放电产生并接收到电磁波,证实了这一理论。

史论

电磁学常被用来说明科学走在技术前面,法拉第的感应实验早于实用发电机数十年,麦克斯韦的方程预言了电磁波,赫兹实验之后不到十年就有了无线电报。当然,技术也反过来塑造了这门科学,伏打电堆提供了稳定的电流,1858年首条跨大西洋电缆的失败促使人们研究信号传输和电学单位,麦克斯韦本人就参与过英国科学促进会测定电阻标准的工作。思想上的转变更为深远,牛顿以来物理学的基本图景是隔着空间相互作用的物体,场论让空间本身成为能量与作用的载体,相对论与量子场论都沿着这条路继续。至于法拉第与麦克斯韦的关系,麦克斯韦在《电磁通论》序言中写道,法拉第设想现象的方法“也是数学的,只是没有用通常的数学符号表达”。

关联

前因2

后果2

参考文献

考据说明证据较充分