电磁学建立.ppt

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1、电磁学的建立和发展电磁学的建立和发展1.电磁现象的早期研究电磁现象的早期研究2.电磁学的建立电磁学的建立3.电磁感应现象的发现与研究电磁感应现象的发现与研究4.电磁场理论的建立电磁场理论的建立一 电磁现象的早期研究电磁现象的早期研究在在古古代代，人人们们对对静静电电和和静静磁磁现现象象已已分分别别有有一一些些认认识识。公公元元前前7 7世世纪纪，古古希希腊腊哲哲学学家家泰泰勒勒斯斯已已经经发发现现用用毛毛织织物物摩摩擦擦过过的的琥琥珀珀能能吸吸引引某某些些轻轻小小物物体体。ElectricityElectricity（电电）这这个个字字的的起起源源就就来来自自希希腊腊文文的的“琥琥珀珀”(el

2、ecelec trontron)。我我国国东东汉汉时时期期，王王充充在在论论衡衡一一书书中中提提到到 顿顿牟牟掇掇芥芥 等等问问题题，也也是是说说摩摩擦擦过过的的琥琥珀珀能能吸吸引引轻轻小小物物体体。指指南南针针是是我我国国四四大大发发明明之之一一。我我国国在在北北宋宋初初就就知知道道利利用用人人工工磁磁化化方方法法制制成成指指南南针针。当当时时还还发发现现磁磁偏偏角、磁倾角等问题。角、磁倾角等问题。首首先先对对电电和和磁磁现现象象进进行行系系统统实实验验研研究究的的是是英英国国的的威威廉廉吉吉尔尔伯伯特特（William William GilbertGilbert，154416031544

3、1603）。他他认认识识到到电电力力和和磁磁力力是是性性质质不不同同的的两两种种力力。他他第第一一个个将将琥琥珀珀和和毛毛皮皮摩摩擦擦后后吸吸引引轻轻小小物物体体的的性性质质叫叫做做“电电”。16001600年年，吉吉尔尔伯伯特特发发表表了了论论磁磁、磁磁 体体 和和 地地 球球 作作 为为 一一 个个 巨巨 大大 的的 磁磁 体体 （De De magnetemagnete，magneticisquemagneticisque corporibuscorporibus et et de de magnomagmagnomag netenete telluretellure，简简称称磁磁石石论

4、论）。他他总总结结了了前前人人对对磁磁的的研研究究，周周密密地地讨讨论论了了地地磁磁的的性性质质，记记载载了了大大量量实实验验，使使磁磁学学从从经经验验转转变变为为科科学学。书书中他也记载了电学方面的研究。中他也记载了电学方面的研究。(一)吉尔伯特与吉尔伯特与第第一一卷卷介介绍绍了了他他的的磁磁性性“小小地地球球”实实验验，得得出出结结论论：地地球球本本身身就就是是一一个个巨巨大大的的磁磁体体，其两极位于地理的南极和北极附近；其两极位于地理的南极和北极附近；第第二二卷卷详详细细地地论论述述了了电电现现象象的的实实验验研研究究与与结论，还把电与磁的性质进行了比较；结论，还把电与磁的性质进行了比较

5、；第三卷记载了天然磁石的定向性；第三卷记载了天然磁石的定向性；第第四四卷卷说说明明了了磁磁偏偏角角与与不不同同地地点点和和高高度度的的关系；关系；第第五五卷卷介介绍绍了了测测定定磁磁倾倾角角的的仪仪器器及及各各地地磁磁倾角的大小；倾角的大小；第第六六卷卷试试图图用用物物体体的的磁磁力力来来解解释释行行星星运运动动，当然，他没有成功。当然，他没有成功。磁石论磁石论共分六卷。共分六卷。（二）（二）莱顿瓶的发明莱顿瓶的发明 17201720年年，格格雷雷(S.GrayS.Gray，16751736)16751736)研研究究了了电电的的传传导导现现象象，发发现导体与绝缘体的区别。随后，他又发现导体的

6、静电感应现象。现导体与绝缘体的区别。随后，他又发现导体的静电感应现象。17341734年年法法国国人人杜杜菲菲（Charles-Francois Charles-Francois dudu FayFay，1696169617391739）在在实实验验中中发发现现带带电电的的玻玻璃璃和和带带电电的的琥琥珀珀是是相相互互吸吸引引的的，但但是是两两块块带带电电的的琥琥珀珀或或者者两两块块带带电电的的玻玻璃璃则则是是相相互互排排斥斥的的。杜杜菲菲根根据据大大量量的的实实验验事事实实断断定定电电有有两两种种：一一种种是是与与琥琥珀珀带带的的电电性性质质相相同同，叫叫做做“琥琥珀珀电电”；一一种种是与玻璃

7、带的电性质相同，叫做是与玻璃带的电性质相同，叫做“玻璃电玻璃电”。17451745年年普普鲁鲁士士（德德国国的的前前身身）的的一一位位副副主主教教克克莱莱斯斯特特(EwaldEwald GeorgGeorg von von KleistKleist，1700-1748)1700-1748)在在实实验验中中利利用用导导线线将将摩摩擦擦所所起起的的电电引引向向装装有有铁铁钉钉的的玻玻璃璃瓶瓶。当当他他用用手手触触及及铁铁钉钉时时，受受到到猛猛烈烈的一击，他由此发现了放电现象。的一击，他由此发现了放电现象。17461746年年，荷荷兰兰莱莱顿顿大大学学的的物物理理学学教教授授马马森森布布罗罗克克（P

8、ieter Pieter von von MusschenbrockMusschenbrock,1692169217611761）在在克克莱莱斯斯特特发发现现的的启启发发下下发发明了收集电荷的明了收集电荷的“莱顿瓶莱顿瓶”。马马森森布布罗罗克克看看到到好好不不容容易易取取得得的的电电很很容容易易地地在在空空气气中中消消失失，所所以以想想寻寻找找一一种种保保存存电电的的方方法法。有有一一天天，他他用用一一支支枪枪管管悬悬在在空空中中，用用起起电电机机与与枪枪管管连连着着，另另用用一一根根铜铜线线从从枪枪管管中中引引出出，浸浸入入一一个个盛盛有有水水的的玻玻璃璃瓶瓶中中，他他让让一一个个助助手手一

9、一只只手手握握着着玻玻璃璃瓶瓶，马马森森布布罗罗克克在在一一旁旁使使劲劲摇摇动动起起电电机机。这这时时他他的的助助手手不不小小心心将将另另一一只只手手碰碰到到枪枪管管上上，他他猛猛然然感感到到一一次次强强烈烈的的电电击击，喊喊了了起起来来。马马森森布布罗罗克克于于是是与与助助手手互互换换了了一一下下，让让助助手手摇摇起起电电机机，他他自自己己一一手拿水瓶子，另一只手去碰枪管。手拿水瓶子，另一只手去碰枪管。“我我想想告告诉诉你你一一个个新新奇奇但但是是可可怕怕的的实实验验事事实实，但但我我警警告告你你无无论论如如何何也也不不要要再再重重复复这这个个实实验验突突然然，我我的的手手受受到到了了一一下

10、下力力量量很很大大的的打打击击，使使我我的的全全身身都都震震动动了了手手臂臂和和身身体体产产生生了了一一种种无无法形容的恐怖感觉。一句话，我以为我命休矣！法形容的恐怖感觉。一句话，我以为我命休矣！”虽虽然然马马森森布布罗罗克克不不愿愿再再做做这这个个实实验验，但但他他由由此此得得出出结结论论：把把带带电电体体放放在在玻玻璃璃瓶瓶内内可可以以把把电电保保存存下下来来。只只是是当当时时搞搞不不清清楚楚起起保保存存电电作作用用的的究究竟竟是是瓶瓶子子还还是是瓶瓶子子里里的的水水，后后来来人人们们就就把把这这个个蓄蓄电电的的瓶瓶子子称称作作“莱莱顿顿瓶瓶”，这这个个实实验验称称为为“莱莱顿顿瓶瓶实实验

11、验”。这这种种“电电震震”现现象象的的发发现现，轰轰动动一一时时，极极大大的的增增加加了了人人们们对对莱莱顿瓶的关注。顿瓶的关注。莱莱顿顿瓶瓶的的发发明明，使使物物理理学学家家们们第第一一次次有有办办法法存存储储大大量量电电荷荷，并并对对其性质进行研究。其性质进行研究。法国人诺莱特在巴黎进行的莱顿瓶表演（法国国王路易十五法国人诺莱特在巴黎进行的莱顿瓶表演（法国国王路易十五及皇室成员临场观看）及皇室成员临场观看）（三）（三）两种电流质假说的提出与争论两种电流质假说的提出与争论 17471747年年，富富兰兰克克林林提提出出了了单单元元电电液液理理论论。认认为为带带电电的的两两物物体体是是通通过过

12、电电液液的的迁迁移移，其其一一具具有有比比正正常常情情况况少少一一些些的的电电液液，另另一一个个物物体体具具有有了了比比正正常常情情况况多多一一些些的的电电液液。相相互互接接触触后后，又又恢恢复复到到都都具具有有正正常常数数量量的的电电液液，则则两两个个物物体体都都不不显显电电性性。他他提提出出了了正正电电和和负负电电的的概概念念，他他认认为为缺缺少少电电液液，就就是是带带负负电电，可可以以用用“”号号表表示示；带带超超过过正正常常情情况况的的电电液液就就带带正正电电，用用“+”号号表表示示。正正、负负电电可可互互相相抵抵消消。正正、负负电电的的提提出出，为为定定量量研研究究电电现现象象提提供

13、供了了基基础础，使使人人们们第第一一次次可可以以用用数数学学来来表表示示带带电电现现象象，其重要性是显而易见的。其重要性是显而易见的。为为了了解解释释摩摩擦擦起起电电及及电电的的吸吸引引和和排排斥斥现现象象，法法国国人人杜杜菲菲（Charles-Francois Charles-Francois dudu FayFay，1696169617391739）认认为为存存在在两两种种流流质质，可可以以通通过过摩摩擦擦的的形形式式把把它它们们分分开开，使使两两个个物物体体带带异异种种电电荷荷而而相相互互吸吸引引，当当它它们们结结合合时时，又又彼彼此此中中和和。这这个个假假设设后后来来被被称称为杜菲的为

14、杜菲的“双流说双流说”。富富兰兰克克林林的的理理论论足足以以解解释释当当时时人人们们已已知知的的绝绝大大部部分分静静电电现现象象。现现在在我我们们知知道道，所所谓谓的的电电液液是是不不存存在在的的，比比较较容容易易迁迁移移的的是是带带负负电电的的载载体体电电子子，用用电电液液迁迁移移来来解解释释电电现现象象并并不不科科学学。尽尽管管这这样样，正正、负负电电的的概概念念和和电电荷荷守守恒恒的的观观念念是是至至今今仍仍然然有有效效的的科学观念，是富兰克林对电学的一大贡献。科学观念，是富兰克林对电学的一大贡献。（四）（四）富兰克林及其电荷守恒定律富兰克林及其电荷守恒定律 富富兰兰克克林林还还认认为为

15、摩摩擦擦只只能能使使电电液液从从一一个个物物体体转转移移到到另另一一个个物物体体上上，即即“电电不不是是摩摩擦擦玻玻璃璃管管而而 产产生生的的，而而只只是是从从摩摩擦擦者者转转移移到到了了玻玻璃璃管管，摩摩擦擦者者失失去去的的电电与与玻玻璃璃管管获获得得的的电电严严格格相相同同”。这这就就告告诉诉人人们们，在在任任一一绝绝缘缘体体系系中中电电的的总总量量是是不不变变的的，这这就就是是通常所说的通常所说的电荷守恒原理电荷守恒原理。富富兰兰克克林林所所做做的的另另一一项项重重大大贡贡献献是是统统一一了了天天电电和和地地电电。当当时时的的欧欧洲洲和和美美国国的的大大多多数数人人认认为为雷雷电电是是“

16、上上帝帝之之火火”，是是天天神神发发怒怒的的结结果果。为为破破除除这这种种迷迷信信 ，富富兰兰克克林林通通过过亲亲自自进进行行大大量量的的实实验验，证证明明了了雷雷电电的的电电与与摩摩擦擦电电本本质质上上是是一一样样的的。彻彻底底破破除除了了人人们们对对雷雷电电的的恐恐惧惧、迷迷信信心心理理。富富兰兰克克林林据据此此提提出出了了制制造造避避雷雷针针的设想，使建筑物免遭雷击。的设想，使建筑物免遭雷击。费城实验费城实验 在在 1752 1752 年年 7 7 月月的的一一个个雷雷雨雨天天富富兰兰克克林林做做了了著著名名的的费费城城实实验验：风风筝筝上上安安上上一一根根尖尖细细的的铁铁丝丝，用用来来

17、捕捕捉捉电电，并并用用麻麻绳绳与与这这铁铁丝丝相相连连，麻麻绳绳的的末末端端拴拴一一把把铜铜钥钥匙匙，钥匙塞在莱顿瓶中间。钥匙塞在莱顿瓶中间。富富 兰兰 克克 林林（Benjamin Benjamin FranklinFranklin，1706179017061790年年）是是1818世世纪纪美美国国的的实实业业家家、科科学学家家、社社会会活活动动家家、思思想想家家和和外外交交家家，美美国国独独立立宣宣言言和和美美国国宪宪法法的的起起草草人人之一。之一。富富兰兰克克林林出出身身于于相相当当贫贫寒寒的的家家庭庭，一一生生只只念念过过两两年年书书。但但他他利利用用业业余余时时间间刻刻苦苦自自学学，

18、广广泛泛地地接接受受了了多多方方面面的的知知识识，终终于于成成为为电电学学研研究究的的先先驱驱。他他曾曾说说过过；你你热热爱爱生生命命吗吗？那那么么别别浪浪费时间，因为时间是组成生命的材料。费时间，因为时间是组成生命的材料。（五）伽伐尼电流的发现（五）伽伐尼电流的发现 17801780年年，意意 大大 利利 科科 学学 家家 伽伽 伐伐 尼尼（Luigi Luigi Galvani,1737Galvani,17371798)1798)在在一一次次解解剖剖青青蛙蛙时时有有一一个个偶偶然然的的发发现现，一一只只已已解解剖剖的的青青蛙蛙放放在在一一个个潮潮湿湿的的铁铁案案上上，当当解解剖剖刀刀无无意

19、意中中触触及及蛙蛙腿腿上上外外露露的的神神经经时时，死死蛙蛙的的腿腿猛猛烈烈地地抽抽搐搐了了一一下下。伽伽伐伐尼尼立立即即重重复了这个实验，又观察到同样的现象。复了这个实验，又观察到同样的现象。他他以以严严谨谨的的科科学学态态度度，选选择择各各种种不不同同的的金金属属，例例如如铜铜和和铁铁或或铜铜和和银银，接接在在一一起起，而而把把另另两两端端分分别别与与死死蛙蛙的的肌肌肉肉和和神神经经接接触触，青青蛙蛙就就会会不不停停地地屈屈伸伸抽抽动动。如如果果用用玻玻璃璃、橡橡胶胶、松松香香、干干木木头头等等代代替替金金属属，就就不不会会发发生生这这样样的的现现象象。他他认认为为这这是是一一种种生生物物

20、电电现现象象，并并于于17911791年年发发表表了了题题为为关关于于电电对对肌肉运动的作用肌肉运动的作用的论文。的论文。17911791年年意意大大利利物物理理学学家家亚亚历历山山德德罗罗 伏伏打打(Alessandro(Alessandro VoltaVolta，174517451827)1827)得得知知伽伽伐伐尼尼的的这这一一发发现现，引引起起了了他他的的极极大大兴兴趣趣，作作了了一一系系列列实实验验，甚甚至至还还在在自自己己身身上上做做实实验验。他他用用两两种种金金属属接接成成一一根根弯弯杆杆，一一端端放放在在嘴嘴里里，另另一一端端和和眼眼睛睛接接触触，在在接接触触的的瞬瞬间间就就有

21、有光光亮亮的的感感觉觉产产生生。他他用用舌舌头头舔舔着着一一枚枚金金币币和和一一枚枚银银币币，然然后后用用导导线线把把硬硬币币连连接接起起来来，就就在在连连接接的的瞬瞬间间，舌舌头头有有发发麻麻的的感感觉觉。这这些些实实验验证证明明：电电不不仅仅能能够够产产生生颤颤动动，而而且且还还会会影响视觉和味觉神经。影响视觉和味觉神经。17931793年年伏伏打打发发表表一一篇篇论论文文，总总结结了了自自己己的的实实验验，不不同同意意伽伽伐伐尼尼关关于于动动物物生生电电的的观观点点。伏伏打打在在伽伽伐伐尼尼实实险险的的基基础础上上，致致力力研研究究两两种种不不同同金金属属的的接接触触。他他得得出出了了新

22、新的的结结论论，认认为为两两金金属属不不仅仅仅仅是是导导体体，而而且且是是由由它它们们产产生生电电流流的的。用用伏伏打打自自己己的的话话来来说说：金金属属是是真真正正的的电电流流激激发发者者，而而神神经经是是被被动动的的。伏伏打打并并把把这这种种电电流流命命名名为为“金金属属的的”或或“接接触触的的”电电流流。他他为为了了尊尊重重伽伽伐伐尼尼的的最先发现权，把这种电流称为最先发现权，把这种电流称为“伽伐尼电流伽伐尼电流”。伏伏打打发发现现当当金金属属浸浸入入某某些些液液体体时时，也也会会发发生生同同样样的的电电流流效效应应。伏伏打打开开始始是是用用几几只只碗碗盛盛了了盐盐水水，把把几几对对黄黄

23、铜铜和和锌锌做做成成的的电电极极连连接接起起来来，就就有有电电流流产产生生。18001800年年3 3月月2020日日，伏伏打打宣宣布布了了一一个个重重要要的的发发现现，这这就就是是著著名名的的“伏伏打打电电池池”（左左图图）。他他用用3030块块、4040块块、6060块块或或更更多多的的铜铜片片（最最好好是是用用银银片片），每每一一片片都都和和一一块块锡锡片片（最最好好是是锌锌片片）接接触触，并并且且用用相相同同数数目目的的水水层层或或比比纯纯水水更更好好些些的的导导电电液液体体层层，好好食食盐盐水水或或碱碱水水等等，或或是是浸浸透透这这些些液液体体的的纸纸壳壳或或皮皮革革。银银片片和和锌

24、锌片片是是两两种种不不同同的的金金属属，盐盐水水或或其其他他导导电电溶溶液液作作为为电电解解液液，它它们们构构成成了了电电流流回回路路。这这是是一一种种比比较较原原始始的的电电池池，是是由由很很多多银锌电池连接而成的电池组。银锌电池连接而成的电池组。伏伏打打（Alessandro Alessandro Volta,1745Volta,174518271827）意意大大利利物物理理学学家家。17451745年年2 2月月1818日日生生于于科科莫莫。学学生生时时代代就就会会对对自自然然科科学学有有浓浓厚厚兴兴趣趣。1774177417791779年年任任科科莫莫大大学学预预科科物物理理学学教教授

25、授。1779177918151815年年任任帕帕多多瓦瓦大大学学哲哲学学系系主主任任。18191819年年退退休休后后回回到故乡科莫。到故乡科莫。18271827年年3 3月月5 5日在该地逝世。日在该地逝世。（六）伏打电堆的发明（六）伏打电堆的发明 伏伏打打证证明明这这个个堆堆的的一一端端带带正正电电，另另一一端端带带负负电电，当当时时引引起起极极大大的的轰轰动动。这这是是第第一一个个能能人人为为产产生生稳稳定定、持持续续电电流流的的装装置置，为为电电流流现现象象的的研研究究提提供供了了物物质质基基础础，也也为为电电流流效效应应的的应应用用打打开开了了前前景景，并并很很快快成成为为进进行行电

26、电磁磁学学和和化化学学研研究究的的有有力力工工具具，促促使使电电学学研研究究有有一一个个巨巨大大的的进进展展。伏伏打打的的成成就就受受到到各各界界普普遍遍赞赞赏赏，科科学学界界用用他他的的姓姓氏氏命命名名电电势势，电电势势差差（电电压压）的的单单位位，为为“伏伏特特”（就是伏打，音译演变的），简称（就是伏打，音译演变的），简称“伏伏”。2 2 电磁学的建立电磁学的建立 从从1818世世纪纪中中期期开开始始，对对电电磁磁现现象象的的研研究究进进入入了了定定量量阶阶段段。电电荷荷间间的的相相互互作作用用规规律律被被发发现现。18201820年年，奥奥斯斯特特发发现现了了电电流流的的磁磁效效应应。1

27、919世世纪纪2020年年代代，安安培培发发表表了了“电电动动力力学学的的观观察察汇汇编编”和和电电动动力力学学理理论论等等集集当当时时电电理理论论研研究究之之大大成成的的著著作作。至至此此电电磁学理论基本建立。磁学理论基本建立。（一）（一）卡文迪许及其平方反比定律卡文迪许及其平方反比定律 1818世世纪纪中中叶叶，牛牛顿顿力力学学已已经经取取得得辉辉煌煌胜胜利利，人人们们借借助助于于万万有有引力的规律，对电力和磁力作了种种猜测。引力的规律，对电力和磁力作了种种猜测。德德国国柏柏林林科科学学院院院院士士爱爱皮皮努努斯斯(F.U.T.AepinusF.U.T.Aepinus，1724172418

28、02)17591802)1759年年对对电电力力作作了了研研究究。他他在在书书中中假假设设电电荷荷之之间间的的斥斥力力和和吸吸力力随随带带电电物物体体的的距距离离的的减减少少而而增增大大，于于是是对对静静电电感感应应现现象象作作出出了了更更完完善善的的解解释释。不不过过，他他并并没没有有实实际际测测量量电电荷荷间间的的作作用用力力，因而只是一种猜测。因而只是一种猜测。17601760年年，D D伯伯努努利利首首先先猜猜测测电电力力会会不不会会也也跟跟万万有有引引力力一一样样，服从平方反比定律。服从平方反比定律。富富兰兰克克林林的的空空罐罐实实验验（也也叫叫冰冰桶桶实实验验）对对电电力力规规律律

29、有有重重要要启启示示。17551755年年，他他在在给给兰兰宁宁(John(John Lining)Lining)的的信信中中，提提到到过过这这样样的的实验：实验：“我我把把一一只只品品脱脱银银罐罐放放在在电电支支架架（即即绝绝缘缘支支架架）上上，使使它它带带电电，用用丝丝线线吊吊着着一一个个直直径径约约为为1 1英英寸寸的的木木椭椭球球，放放进进银银罐罐中中，直直到到触触及及罐罐的的底底部部，但但是是，当当取取出出时时，却却没没有有发发现现接接触触使使它它带带电电，象从外部接触的那样。象从外部接触的那样。”富富兰兰克克林林的的这这封封信信不不久久跟跟其其他他有有关关天天电电和和尖尖端端放放电

30、电等等问问题题的的信信件件，被被人人们们整整理理公公开开发发表表流流传传甚甚广广，很很多多人人都都知知道道这这个个空空罐罐实实验验，不不过过也也和和富富兰兰克克林林一一样样，不不知知如如何何解解释释这这一一实实验验现现象象。富富兰兰克克林林有有一一位位英英国国友友人人，名名叫叫普普利利斯斯特特利利（Joseph Joseph Priest Priest leyley，1733180417331804），是是化化学学家家，对对电电学学也也很很有有研研究究。富富兰兰克克林林写写信信告告诉诉他他这这个个实实验验并并向向他他求求教教。普普利利斯斯特特利利专专门门重重复复了了这这个个实实验验，在在176

31、71767年年的的电电学学历历史史和和现现状状及及其其原原始始实实验验一一书书中中他他写道：写道：“难难道道我我们们就就不不可可以以从从这这个个实实验验得得出出结结论论：电电的的吸吸引引与与万万有有引引力力服服从从同同一一定定律律，即即距距离离的的平平方方，因因为为很很容容易易证证明明，假假如如地地球球是是一一个个球球壳壳，在在壳壳内内的的物物体体受受到到一一边边的的吸吸引引作作用用，决决不不会会大大于于另一边的吸引。另一边的吸引。”不不过过，普普利利斯斯特特利利的的结结论论并并没没有有得得到到科科学学界界的的普普遍遍重重视视，因因为为他他并并没没有有特特别别明明确确地地进进行行论论证证，仍仍

32、然然停停留留在在猜猜测测的的阶阶段段，一一直拖了直拖了1818年，才由库仑正式提出。年，才由库仑正式提出。其其实实早早在在17731773年年，卡卡文文迪迪许许比比库库仑仑早早1212年年就就发发现现了了“库库仑仑定定律律”。可惜他没有发表他的研究结果。可惜他没有发表他的研究结果。他他在在17731773年年用用两两个个同同心心金金属属壳壳作作实实验验，外外球球壳壳由由两两个个半半球球装装置置而而成成，两两半半球球合合起起来来正正好好形形成成内内球球的的同同心心球球。卡卡文文迪迪什什这这样样描描述述他他的的装装置置：“我我取取一一个个直直径径为为12.112.1英英寸寸的的球球，用用一一根根实

33、实心心的的玻玻璃璃棒棒穿穿过过中中心心当当作作轴轴，并并覆覆盖盖以以封封蜡蜡。然然后后把把这这个个球球封在两个中空的半球中间，半正极接到半球，使半球带电。封在两个中空的半球中间，半正极接到半球，使半球带电。”卡卡文文迪迪什什用用一一根根导导线线将将内内外外球球联联起起来来，外外球球壳壳带带电电后后，取取走走导导线线，打打开开外外球球壳壳，用用验验电电器器试试验验内内球球是是否否带带电电。结结果果发发现现验验电器没有指示，证明内球没有带电，电荷完全分布在外球上。电器没有指示，证明内球没有带电，电荷完全分布在外球上。卡卡文文迪迪什什将将这这个个实实验验重重复复了了多多次次，确确定定电电力力服服从从

34、平平方方反反比比定定律律，指指数数偏偏差差不不超超过过0.020.02。卡卡文文迪迪什什这这个个实实验验的的设设计计相相当当巧巧妙妙。他他用用的的是是当当年年最最原原始始的的电电测测仪仪器器，却却获获得得了了相相当当可可靠靠而而且且精精确确的的结结果果。他他成成功功的的关关键键在在于于掌掌握握了了牛牛顿顿万万有有引引力力定定律律这这一一理理论论武武器器，通通过过数数学学处处理理，将将直直接接测测量量变变为为间间接接测测量量，从从而而得得到到了了电力的平方反比定律。电力的平方反比定律。（二）（二）库仑定律的建立库仑定律的建立 库库仑仑（Charlse-AugustinCharlse-August

35、in de de CoulombCoulomb 1736173618061806年年）是是法法国国工工程程师师和和物物理理学学家家。青青少少年年时时期期，库库仑仑受受过过良良好好的的教教育育。离离开开学学校校后后，库库仑仑当当过过军军事事工工程程队队的的工工程程师师，对对材材料料的的性性质质、物物体体上上应应力力和和应应变变的的计计算算十分在行。十分在行。17811781年年库库仑仑研研究究了了摩摩擦擦定定律律，研研究究了了丝丝线线和和金金属属丝丝的的扭扭转转，确确立立了了弹弹性性扭扭转转的的定定律律。根根据据这这些些成成果果，17841784年年库库仑仑制制成成了了测测量量力力的的仪仪器器-

36、扭扭秤秤。17851785年年，他他借借助助扭扭秤秤在在实实验验上上确确立立了了静静电电学学基基本本定定律律即即库库仑仑定定律律。同同年年，他他在在给给法法国国科科学学院院的的电电力力定定律律的的论论文文中中详详细细地地介介绍绍了了他他的的实实验验装装置置，测测试试经经过过和和实实验验结结果。果。库仑扭秤库仑扭秤（三）（三）奥斯特的发现奥斯特的发现 奥奥斯斯特特 丹丹麦麦物物理理学学家家奥奥斯斯特特(Hans(Hans Christian Christian OerstedOersted，177717771851)17771851)1777年年 8 8月月1414日日生生于于丹丹麦麦朗朗格格兰

37、兰德德岛岛一一个个药药剂剂师师家家庭庭1212岁岁开开始始帮帮助助父父亲亲在在药药房房里里干干活活，同同时时坚坚持持学学习习化化学学由由于于刻刻苦苦攻攻读读，1717岁岁以以优优异异的的成成绩绩考考取取了了哥哥本本哈哈根根大大学学的的免免费费生生他他一一边边当当家家庭庭教教师师，一一边边在在学学校校学学习习药药物物学学、天天文文、数数学学、物物理理、化化学学等等18061806年年任任哥哥本本哈哈根根大大学学物物理理学学教教授授，18211821年年被被选选为为英英国国皇皇家家学学会会会会员员，18231823年年被被选选为为法法国国科科学学院院院院士士，后后来来任丹麦皇家科学协会会长任丹麦皇

38、家科学协会会长 电电和和磁磁有有没没有有联联系系？这这是是先先人人经经常常思思索索的的问问题题。1717世世纪纪初初，吉吉尔尔伯伯特特就就断断言言，它它们们之之间间没没有有因因果果关关系系，库库仑仑也也持持同同样样观观点点。然然而而实实际际事事例例不不断断吸吸引引人人们们注注意意。例例如如：17311731年年有有一一名名英英国国商商人人诉诉述述，雷雷闪闪过过后后，他他的的一一箱箱新新刀刀叉叉竟竟带带上上了了磁磁性性。17511751年年富富兰克林发现在莱顿瓶放电后，缝纫针磁化了。兰克林发现在莱顿瓶放电后，缝纫针磁化了。电电真真的的会会产产生生磁磁吗吗？这这个个疑疑问问促促使使17741774

39、年年德德国国一一家家研研究究机机构构悬悬奖奖征征解解，题题目目是是：“电电力力和和磁磁力力是是否否存存在在实实际际和和物物理理的的相相似似性性？”许许多多人人纷纷纷纷作作实实验验进进行行研研究究，但但是是，在在伏伏打打发发明明电电堆堆以以前前，这这类类实实验验很很难难成成功功，因因为为没没有有产产生生稳稳恒恒电电流流的的条条件件。不不过过，即使有了伏打电堆，也不一定能立即找到电和磁的联系。即使有了伏打电堆，也不一定能立即找到电和磁的联系。18191819年年冬冬，奥奥斯斯特特在在哥哥本本哈哈根根开开设设了了一一个个讲讲座座，讲讲授授电电磁磁学学方方面面的的课课题题。在在备备课课中中，奥奥斯斯特

40、特分分析析了了前前人人在在电电流流方方向向上上寻寻找找磁磁效效应应都都未未成成功功的的事事实实，想想到到磁磁效效应应可可能能像像电电流流通通过过导导线线产产生生热和光那样是向四周散射的，即是一种横向力，而不是纵向的。热和光那样是向四周散射的，即是一种横向力，而不是纵向的。18201820年年春春，奥奥斯斯特特安安排排了了一一个个这这方方面面的的实实验验，他他采采用用讲讲演演时时常常用用的的电电池池槽槽，让让电电流流通通过过一一根根很很细细的的铂铂丝丝，把把一一个个带带玻玻璃璃罩罩的的指指南南针针放放在在铂铂丝丝下下面面，实实验验没没有有取取得得明明显显的的效效果果18201820年年4 4月月

41、的的一一天天晚晚上上，奥奥斯斯特特在在讲讲课课中中突突然然出出现现了了一一个个想想法法，讲讲课课快快结结束束时时，他他说说：让让我我把把导导线线与与磁磁针针平平行行放放置置来来试试试试看看当当他他接接通通电电源源时时，他他发发现现小小磁磁针针微微微微动动了了一一下下这这一一现现象象使使奥奥斯斯特特又又惊惊又又喜喜，他他紧紧紧紧抓抓住住这这一一现现象象，连连续续进进行行了了3 3个个月月的的实实验验研研究究，终终于于在在18201820年年7 7月月2121日日发发表表了了题题为为关关于于磁磁针针上上的的电电流流碰碰撞撞的的实实验验的论文。的论文。奥奥斯斯特特从从实实验验总总结结出出：电电流流的

42、的作作用用仅仅存存在在于于载载流流导导线线的的周周围围；沿沿着着螺螺纹纹方方向向垂垂直直于于导导线线；电电流流对对磁磁针针的的作作用用可可以以穿穿过过各各种种不不同同的的介介质质；作作用用的的强强弱弱决决定定于于介介质质，也也决决定定于于导导线线到到磁磁针针的的距距离离和和电电流流的的强强弱弱；铜铜和和其其他他一一些些材材料料做做的的针针不不受受电电流流作作用用；通通电的环形导体相当于一个磁针，具有两个磁极，等等。电的环形导体相当于一个磁针，具有两个磁极，等等。奥斯特奥斯特奥斯特实验奥斯特实验 奥奥斯斯特特发发现现的的电电流流磁磁效效应应，是是科科学学史史上上的的重重大大发发现现它它立立即即引

43、引起起了了那那些些懂懂得得它它的的重重要要性性和和价价值值的的人人们们的的注注意意。在在这这一一重重大大发现之后，一系列的新发现接连出现。发现之后，一系列的新发现接连出现。（四）（四）安陪定律的建立安陪定律的建立 奥奥斯斯特特发发现现电电流流磁磁效效应应的的消消息息传传到到德德国国和和瑞瑞士士后后，正正在在日日内内瓦瓦的的法法国国科科学学家家阿阿拉拉果果（AragoArago）闻闻讯讯赶赶回回巴巴黎黎，向向法法国国科科学学院院报报告告并并演演示示了了奥奥斯斯特特的的实实验验，引引起起法法国国科科学学界界的的极极大大兴兴趣趣。毕毕奥奥（J.J.B.BiotB.Biot，1774186217741

44、862）和和萨萨伐伐（Felix Felix SavartSavart，1791184117911841）更更仔仔细细地地研研究究了了直直线线载载流流导导线线对对磁磁针针的的作作用用，确确定定这这个个作作用用力力正正比比于于电电流流强强度度，反反比比于于电电流流与与磁磁极极的的距距离离，力力的方向垂直于这一距离。的方向垂直于这一距离。安安培培(AmpreAmpre，Andr-MarieAndr-Marie，17751836)17751836)则则从从电电流流与与电电流流之之间间的的相相互互作作用用进进行行探探讨讨，他他把把磁磁性性归归结结为为电电流流之之间间的的相相互互作作用用，为为了了定定量

45、量研研究究电电流流之之间间的的相相互互作作用用，他他设设计计了了四四个个极极其其精精巧巧的的实实验验，并并在在这这些些实实验验的的基基础础上上进进行行数数学学推推导导，得得到到普普遍遍的的电电动动力力公公式式，为为电电动动力力学学奠奠定定了了基基础础。这这四四个个实实验验用用的的都都是是示示零法，得到了精确可靠的结果。零法，得到了精确可靠的结果。安安 培培(AmpreAmpre，Andr-MarieAndr-Marie，177517751836)1836)是是法法国国物物理理学学家家、数数学学家家17751775年年1 1月月2222日日生生于于里里昂昂一一个个商商人人家家庭庭父父亲亲为为他他

46、安安排排了了按按照照自自己己的的意意愿愿来来学学习习的的环环境境他他自自幼幼聪聪明明好好学学，具具有有惊惊人人的的记记忆忆力力，尤尤其其是是在在数数学学方方面面有有非非凡凡的的天天赋赋1212岁岁学学习习了了微微积积分分，1313岁岁发发表表关关于于螺螺旋旋线线的的论论文文1818岁岁时时，除除了了拉拉丁丁语语，还还通通晓晓意意大大利利语语和和希希腊腊语语18051805年年定定居居巴巴黎黎，担担任任法法兰兰西西学学院院的的物物理理教教授授，18141814年年参参加加了了法法国国科科学学会会，18181818年年担担任任巴巴黎黎大大学学总总督督学学，18271827年年被被选选为为英英国国皇

47、皇家家学学会会会会员员。他他还还是是柏柏林林科科学学院院和斯德哥尔摩科学院院士。和斯德哥尔摩科学院院士。第第一一个个实实验验证证明明电电流流反反向向，作作用用力力也也反反向向。安安培培用用一一无无定定向向秤秤检检验验对对折折的的通通电电导导线线有有无无磁磁力力作作用用。所所谓谓无无定定向向秤秤，实实际际上上是是两两个个方方向向相相反反的的通通电电线线圈圈，悬悬吊吊在在水水银银槽槽下下。如如果果两两个个线线圈圈受受力力不不均均衡衡，就就会会发发生生偏偏转转。实实验验结结果果是是：当当对对折折导导线线通通电电时时，无无定定向向秤秤丝丝毫毫不不动动，证证明明强强度度相相等等、方方向向相相反反的的两两

48、个个靠靠得得很很近近的电流对另一电流产生的吸力和斥力在绝对值上是相等的。的电流对另一电流产生的吸力和斥力在绝对值上是相等的。第第二二个个实实验验证证明明磁磁作作用用的的方方向向性性。安安培培仍仍用用无无定定向向秤秤，将将对对折折导导线线中中的的一一根根绕绕成成螺螺旋旋状状，结结果果也也是是没没有有作作用用，说说明明弯弯曲曲的的电电流流和和直直线线的的电电流流是是等等效效的的，因因此此可可以以把把弯弯曲曲电电流流看看成成是是许许多多小小段段电电流流（即即电电流流元元）组组成成，它它的的作作用用就就是是各各小小段段电电流流的的矢矢量和。量和。第第三三个个实实验验研研究究作作用用力力的的方方向向。安

49、安培培把把圆圆弧弧形形导导体体架架在在水水银银槽槽上上，经经水水银银槽槽通通电电。改改变变通通电电回回路路或或用用各各种种通通电电线线圈圈对对它它作作用，圆弧导体都不动，说明作用力一定垂直于载流导体。用，圆弧导体都不动，说明作用力一定垂直于载流导体。第第四四个个实实验验检检验验作作用用力力与与电电流流及及距距离离的的关关系系。安安培培用用三三个个相相似似的的线线圈圈，其其半半径径之之比比分分别别等等于于其其距距离离之之比比。通通电电后后，中中间间的的线线圈圈丝丝毫毫不不动动，说说明明第第一一个个线线圈圈和和第第三三个个线线圈圈对对第第二二个个线线圈圈的的作作用用相相互互抵抵消消。由由此此得得出

50、出结结论论：载载流流导导线线的的长长度度与与作作用用距距离离增增加加相相同同倍倍数数时时，作作用不变。用不变。安培研究电流相互作用的仪器安培研究电流相互作用的仪器 在在上上述述实实验验的的基基础础上上，安安培培于于18201820年年1212月月4 4日日推推出出了了反反映映电电流流间间的的相相互互作作用用的的公公式式，即即两两个个电电流流元元之之间间的的作作用用力力跟跟它它们们之之间距离的平方成反比，这就是著名的安培定律间距离的平方成反比，这就是著名的安培定律。安培最初发表的公式如下：安培最初发表的公式如下：安培定律目前的表达式为：安培定律目前的表达式为：安安培培还还进进一一步步探探索索了了