電磁學簡史 (2)優秀PPT.ppt

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1、現在學習的是第1頁，共27頁v約公元前約公元前300年年 歐幾里德用歐幾里德用“光學光學”(optics)這個詞來表示視覺和景觀。這個詞來表示視覺和景觀。v1660年年 居里克建造第一臺電機。這是一個轉動摩擦發電機。居里克建造第一臺電機。這是一個轉動摩擦發電機?，F在學習的是第2頁，共27頁v1664年年 胡克在胡克在Micrographia中提出光的波動理論。他把光看作是中提出光的波動理論。他把光看作是在介質中縱向振動的高速線性傳播。單獨的波包在介質中在介質中縱向振動的高速線性傳播。單獨的波包在介質中呈球形展開。呈球形展開。v1665年年 格里馬耳迪的格里馬耳迪的 Prysico-mathes

2、is de lumine coloribus et iride 中描述了光的衍射實驗，并表述了他的光波動中描述了光的衍射實驗，并表述了他的光波動理論。理論?，F在學習的是第3頁，共27頁v1704年年 牛頓的光學研究在他的牛頓的光學研究在他的光學光學中中達到頂峰。在該書中牛頓用他自己達到頂峰。在該書中牛頓用他自己的微粒理論來描述光。的微粒理論來描述光。v1690年年 惠更斯在光的性質惠更斯在光的性質 中首次給中首次給出光速的數值，出光速的數值，2.3 x 108 m/s?，F在學習的是第4頁，共27頁v1728 英國天文學家布拉德利發現光偏移現象，證明光速有英國天文學家布拉德利發現光偏移現象，證明

3、光速有限的早期發現是正確的。限的早期發現是正確的。v1733 法國物理學家杜費伊發現電荷有兩種，同性互斥，異性相法國物理學家杜費伊發現電荷有兩種，同性互斥，異性相吸。吸?，F在學習的是第5頁，共27頁v1745 克萊斯特克萊斯特(Kleist)發明用于儲存電發明用于儲存電 荷的萊頓瓶荷的萊頓瓶(Leyden jar)。v1746 沃森提出電荷守恒。沃森提出電荷守恒。v1747 富蘭克林提出用具有兩種帶電狀態的單一流體來描述富蘭克林提出用具有兩種帶電狀態的單一流體來描述電流。他認為物質都多少具有電流，并獨立提出電荷電流。他認為物質都多少具有電流，并獨立提出電荷守恒，引入正負電荷的概念。守恒，引入正

4、負電荷的概念?，F在學習的是第6頁，共27頁v1772 卡文迪什卡文迪什(Henry Cavendish)發表發表“嘗試用彈性流體嘗試用彈性流體方法解釋電的某些基本現象方法解釋電的某些基本現象”。v1777 庫侖庫侖(Charles Augustin de Coulomb)發現庫侖定律，為電發現庫侖定律，為電和磁的研究開辟了新方向。和磁的研究開辟了新方向?，F在學習的是第7頁，共27頁v1800 伏打伏打(Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta)發明發明“伏打電池伏打電池”，世界上第一個電池。電壓單位，世界上第一個電池。電壓單位Volt以他的名以他的

5、名字命名。字命名。v1807 戴維的演講戴維的演講“關于電的某些化學作用關于電的某些化學作用”將電性與化學的將電性與化學的關系拉近。關系拉近?，F在學習的是第8頁，共27頁v1812 泊松提出宏觀電荷中性是物質的自然狀態的概念，并泊松提出宏觀電荷中性是物質的自然狀態的概念，并描述充電作為兩種電荷分離的手段。他也指出勢能函描述充電作為兩種電荷分離的手段。他也指出勢能函數在電學系統的潛在用途。數在電學系統的潛在用途。v1814 菲涅爾獨立發現光的干涉現象，并按照波動理論解釋菲涅爾獨立發現光的干涉現象，并按照波動理論解釋它的存在原因。它的存在原因?，F在學習的是第9頁，共27頁v1820年年6月月21日

6、日 奧斯特在一次課堂演示實驗后注意到電流引起的磁針偏奧斯特在一次課堂演示實驗后注意到電流引起的磁針偏轉。隨后奧斯特證明這個效應具有反比關系。這個工作轉。隨后奧斯特證明這個效應具有反比關系。這個工作啟動了電學和磁學的統一進程。啟動了電學和磁學的統一進程。v1820年年6月月27日日 安培證實了奧斯特的實驗結果，并向法國科學院提交了更多安培證實了奧斯特的實驗結果，并向法國科學院提交了更多的實驗數據。他按照分子電流提出了磁性模型。他的陳述開的實驗數據。他按照分子電流提出了磁性模型。他的陳述開創了獨立于靜電學的電動力學。創了獨立于靜電學的電動力學?，F在學習的是第10頁，共27頁v1820年秋季年秋季

7、畢奧和沙伐畢奧和沙伐 推導出一小段載電導線產生的磁效應公式，即畢推導出一小段載電導線產生的磁效應公式，即畢奧沙伐奧沙伐 定律。定律。v1827 歐姆歐姆(Georg Simon Ohm)用公式表明電流與電動力和用公式表明電流與電動力和電阻之間的關系，即歐姆定律。電阻之間的關系，即歐姆定律?，F在學習的是第11頁，共27頁v1831 法拉第法拉第(Michael Faraday)開始研究電磁學。后發現電磁開始研究電磁學。后發現電磁感應現象感應現象(磁產生電磁產生電)v1833 高斯分別提出電靜力學和電動力學定律的公式，其中包括高斯分別提出電靜力學和電動力學定律的公式，其中包括“高斯定律高斯定律”(

8、庫侖定律的推廣形式庫侖定律的推廣形式)。所有這些工作直到。所有這些工作直到1867年才發表。年才發表?，F在學習的是第12頁，共27頁v1834年年 楞次發現楞次定律。楞次發現楞次定律。v18451848年年 基爾霍夫建立了穩恒電路的兩條定律基爾霍夫建立了穩恒電路的兩條定律,稱為基爾霍夫第一定稱為基爾霍夫第一定律和第二定律律和第二定律,為分支電路的運算奠定了基礎。為分支電路的運算奠定了基礎。v1852 斯托克斯斯托克斯(George Gabriel Stokes)命名并解釋了熒光現命名并解釋了熒光現象。象?，F在學習的是第13頁，共27頁v18551868 麥克斯韋完成科學巨著麥克斯韋完成科學巨著

9、電磁通論電磁通論，預示了宏，預示了宏觀電磁理論大廈的建成。觀電磁理論大廈的建成。理論揭示了電磁波的傳理論揭示了電磁波的傳播速率和光速之間的聯播速率和光速之間的聯系，建立了光的電磁理系，建立了光的電磁理論，使得光學和電磁學論，使得光學和電磁學得以統一。得以統一。麥克斯韋麥克斯韋(James Clerk Maxwell,1831-79，英國，英國)創立電磁場理論，對氣體分子運動論有很大貢獻。創立電磁場理論，對氣體分子運動論有很大貢獻。引入引入“麥克斯韋妖麥克斯韋妖(daemon)”來解釋統計熱力學來解釋統計熱力學(1871)，提出氣體分子速率分布定律，提出氣體分子速率分布定律(1872)?，F在學習

10、的是第14頁，共27頁v1875 洛倫茲洛倫茲(Heinrich Antoon Lorentz)在他的博士論文中，用在他的博士論文中，用麥克斯韋的理論推導出光的反射和折射定律。麥克斯韋的理論推導出光的反射和折射定律。v1888年年 赫茲用實驗證實電磁波存在。赫茲用實驗證實電磁波存在?，F在學習的是第15頁，共27頁v18851887 亥維賽亥維賽(Oliver Heaviside)用兩年時間寫作用兩年時間寫作電磁感應電磁感應及其傳播及其傳播。他用三個。他用三個(復復)矢量形式重新表達了麥克斯矢量形式重新表達了麥克斯韋的結果，得到該理論的現代形式韋的結果，得到該理論的現代形式Maxwell方程組。

11、方程組。在這個過程中，他發明了場論的近代微積分表示法，包在這個過程中，他發明了場論的近代微積分表示法，包括梯度、散度和旋度。括梯度、散度和旋度。Maxwell方程組的現代形式方程組的現代形式(微分形式微分形式)現在學習的是第16頁，共27頁麥克斯韋電磁理論的重大意義：麥克斯韋電磁理論的重大意義：vMaxwell方程組是宏觀電磁現象的總規律，所有之前總結出來的實驗原理和實驗定律，如電荷守恒定律，庫侖定律，安培定律，法拉第電磁感應定律，楞次定律，畢奧沙伐定律，在引入了“場”的物理概念后，經過了高度的數學抽象和綜合，最后歸結為Maxwell方程組。v麥克斯韋麥克斯韋的電磁理論不僅在理論上是物理科學的

12、重大突破和完美綜合，而且從技術上產生出驚人結果。一方面通過電工學使整個文明社會步入電氣時代電氣時代，使工業自動化成為可能；另一方面，通過電磁波的預言和發現，直接把人類引導到無線電世紀，而這構成了信息與傳媒社會信息與傳媒社會的必不可少的物質基礎?，F在學習的是第17頁，共27頁教材內容的簡單概括v第一章：矢量分析（數學基礎、場論的基本知識：什么是矢量、什么是標量、什么是場、三度（散度、梯度、旋度）是什么）v第二章：電磁場中的基本物理量和基本實驗定律（E、H、D、B、J、等電磁學基本概念和數學表示；庫侖定律、安培定律等實驗定律的老調重談）現在學習的是第18頁，共27頁v第三章：靜電場分析（如何從實驗

13、定律經過數學演繹得到靜電場下的基本公式D及E0；并由這2個基本公式導出泊松方程=-/以及拉普拉斯方程=0）v第四章：靜電場邊值問題的解法（如何從上面的泊松方程和拉普拉斯方程出發解題。本章的方法也可用于靜磁場下的問題求解以及時變電磁場下的問題求解）現在學習的是第19頁，共27頁v第五章：靜磁場分析（如何從實驗定律經過數學演繹得到靜磁場下的基本公式B0及HJ）v第六章：時變電磁場（第三章和第五章的綜合與發展：時變情況下，電場與磁場不再相互獨立，四個基本公式需要修正）v第七章：正弦平面電磁波（Maxwell方程組的一個初步應用，電磁波的基本概念）現在學習的是第20頁，共27頁v第八章：導行電磁波（微

14、波傳輸線基礎，不講，在后續課程微波技術與天線中講授）v第九章：電磁波輻射（天線理論基礎，不講，在后續課程微波技術與天線中講授）現在學習的是第21頁，共27頁參考書（見教學光盤）vBSGuru,電磁場與電磁波中譯本，機械工業出版社。vRPFeymann,費曼物理學講義中譯本，第二卷，上?？茖W技術出版社。v麻省理工學院電磁學教材，英文版現在學習的是第22頁，共27頁必須的數學工具v矢量分析(以后進一步學習的話還需要張量分析)v多變量微積分(偏微分、重積分)、場論v數學物理方程(偏微分方程)、特殊函數v復變函數現在學習的是第23頁，共27頁科學計算軟件Mathematica5.0v美國美國Wolfr

15、am Research 公司公司研究開發的一個功能強大的計研究開發的一個功能強大的計算機數學系統。它提供了范圍算機數學系統。它提供了范圍廣泛的數學計算功能，支持在廣泛的數學計算功能，支持在各個領域工作的人們所需要的各個領域工作的人們所需要的各種計算。各種計算。v具有強大的科學計算和作圖功能。具有強大的科學計算和作圖功能。v易學易用。易學易用?，F在學習的是第24頁，共27頁Mathematica軟件繪制的電偶極子的電力線和等電位面現在學習的是第25頁，共27頁教學光盤內容現在學習的是第26頁，共27頁教材勘誤v25頁頁v46頁頁v65頁頁v72頁頁v78頁頁v129頁頁v154頁頁v172頁頁v242頁頁現在學習的是第27頁，共27頁