邮票上的物理学史--赫兹和电磁波

德国物理学家H.赫兹(1857～1894年)(图1,西德1957年;图2,东德1957年)虽然只活了短短37年,却作出了两大发现:一是在实验上证实了麦克斯韦预言的电磁波;二是发现了光电效应.     

邮票上的物理学史——麦克斯韦的电磁理论

法拉第丰硕的实验成果和他新颖的场的观念为电磁现象的统一理论准备了条件．完成这一历史任务的是卓越的英国物理学家麦克斯韦（１８３１～１８７９年）．图１的邮票是圣马力诺１９９１年发行的纪念无线电百年系列邮票中的第一张．溯本探源,无线电的发明当然得从麦克斯韦电磁理论的提出算起．图中的花体字母是Ｃ＝Ｊ＋Ｄ,它是原来形式的麦克斯韦方程组的第一个方程．图２是发行这张邮票的首日邮戮．在麦克斯韦建立他的电磁理论之前,诺埃曼、韦伯等德国物理学家,继承了安培的超距作用观点,对电磁现象的研究作出过不少贡献,形成了电动力…     

邮票上的物理学史(20)--麦克斯韦的电磁理论

法拉第丰硕的实验成果和他新颖的场的观念为电磁现象的统一理论准备了条件.完成这一历史任务的是卓越的英国物理学家麦克斯韦(1831～1879年).图1的邮票是圣马力诺1991年发行的纪念无线电百年系列邮票中的第一张.溯本探源,无线电的发明当然得从麦克斯韦电磁理论的提出算起.图中的花体字母是C＝J+D,它是原来形式的麦克斯韦方程组的第一个方程.图2是发行这张邮票的首日邮戮.     

建立麦克斯韦方程组的其他途径

麦克斯韦方程组是电磁场遵从的基本规律,是经典电磁现象的理论基础.十九世纪六十年代,麦克斯韦根据库仑、安培和法拉第等人分别在特定条件下获得的实验定律,经过分析推广到普遍情形,发现存在着不协调的因素,在此基础上作了两个重要的假设:变化的磁场产生涡旋电场,变化的电场产生涡旋磁场,从而建立了电磁场的统一理论,其基础就是电磁场普遍遵从的麦克斯韦方程组. 在麦克斯韦以后,许多物理学家研究从别的方面建立麦克斯韦方程组的可能性,取得一些成果.本文拟介绍三种建立麦克斯韦方程组的其他途径:(1)根据能量原理和近距作用原理建立麦克斯韦…     

赫兹和电磁波的发现

一百年前1),德国物理学家赫兹在实验上发现了电磁波.这是物理学史上的一件大事,也是人类文化史上的一件大事,因为它确定了麦克斯韦电磁理论的正确性,开辟了物理学的新领域,也为电磁波的应用打开了大门,导至了无线电通信和电视的出现,极大地丰富了人类的生活.为了纪念这一重大发现的一百周年,我们在这里对赫兹生平和他发现电磁波的经过,作一简单介绍. 一、赫兹生平简介 赫兹(Hertz,Heinrich Rudolf)于 1857年2月22日生于德国汉堡的一个比较富裕和有文化的家庭里.他六岁上小学,成绩优秀,名列第一.他爱好做实验,十二岁时家里给了他一些木工工…     

负折射现象及其应用

众所周知,光线及所有电磁波在穿越媒质传播时是按J·C·麦克斯韦建立的电磁律行事的.1967年,苏联物理学家维塞拉戈(V.G.Veselago)忽发奇想:如果有一种物质其(麦克斯韦方程中的两个常数)电容率(Electric permittivityε)和磁导率(Magnetic permeabilityμ)均为负值将会出现怎样的有趣现象呢?他的理论推导得出三种可能[1～2]:     

无线电知识在我国的最早介绍

在欧洲,随着1871年麦克斯韦电磁理论的建立和 1887年赫兹电磁波的发现,1895年,意大利工程师马可尼(G.Marconi,1874—1937)和苏联物理学家波波夫(A.C.　s,1859-1905)各自发明了无线电报。第二年,马可尼赴英国取得了无线电报专利。无线电报开始得到推广使用。从此无线电技术开始了飞速发展.无线电知识也比较及时地传入了我国. 关于无线电知识何时传入我国的问题,一些有关的文献对此未能作出介绍[1].也有人认为无线电知识是由1900年上海出版的译著《无线电报》介绍进我国的[2].但是笔者查得,早在马可尼取得无线电报专利的次年,即1897年,亦即…     

略论电磁波的发现

一些技术史文献试图从技术的角度来阐述电磁波发现的过程,但都无法单一地从技术方面说清它的理论渊源及与理论预言的实验证明的过程.本文试图从电磁学的历史背景、麦克斯韦的理论预言和赫兹的实验证明等方面,来初步讨论发现电磁波的全过程. 一、安培超距论电动力学和 法拉第电磁场论的诞生 1820年4月,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应,它标志着电磁学的开始. 自从库仑时代以来,法国物理学家们一反其祖辈笛卡尔的涡旋运动的思想,跟随拉普拉斯的物理学简略纲领,将一切物理现象都简化为粒子间的吸引或排斥的力学现象.“电学中的牛顿”──…     

走向统一的自然力爱因斯坦：试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅱ)

 19 世纪末,以牛顿力学和麦克斯韦电磁理论为代表的经典物理学渐趋完善,著名英国物理学家汤姆孙(W. Thomson,1824～1907)甚至认为:“未来物理学将不得不在小数点后第六位去寻求真理。” 他在1900 年末为展望20世纪物理学而写的一篇文章中说:“在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”     

19世纪电磁学史上的一座丰碑——麦克斯韦与电磁场理论的创立

麦克斯韦是科学史上最伟大的物理学家之一,他的电磁场理论被誉为19世纪的电磁学史上的一座丰碑,他不但将全部电磁现象所服从的规律概括为我们所熟知的麦克斯韦方程组,而且还预言了电磁波的存在.他所完成的不朽著作《电磁场通论》,对当代物理学家甚至对以后几代物理学家来说都是一个伟大而又不易达到的丰碑.同时,麦克斯韦对科学之外的远见卓识和物理学领域一样令人惊叹.     

爱因斯坦对光辐射理论的重大贡献

爱因斯坦一生涉及的科学领域甚广,而且做出第一流的巨大贡献.其中对光辐射理论的创造性研究,就是卓著的贡献之一.本文就爱因斯坦在光辐射理论方面的主要研究成果作一回顾性分析. 一、光辐射量子假说的创立 十九世纪末,麦克斯韦的电磁理论使光的波动理论建立在更加坚实的基础上,但在黑体辐射问题上却遇到了不可逾越的障碍.1900年,普朗克大胆提出量子论假定,出色地解决了这个问题.不过,对1887年赫兹发现的光电效应又不能给以满意的解释.赫兹的着眼点是证实电磁波理论,所以他引不出新的见解来.但是,却吸引了许多科学家去探求这个现象的奥妙.W.…     

《电磁学》自学辅导材料(七)——麦克斯韦电磁理论和电磁波

简要的历史回顾 1785年确立了库仑定律,这是静电学的实验定律,由此导出了一整套静电场的规律.1820年前后经过多位物理学家的共同努力,确立了毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律,这是静磁学实验定律,由此得出了一套稳恒磁场的规律.1831年法拉弟经过长期研究发现了以他的名字命名的电磁感应定律.1862年麦克斯韦提出位移电流和涡旋电场两个假说.随后,1864年麦克斯韦系统地提出了电磁场的统一理论——麦克斯韦方程组,由此预言了电磁波的存在.1887年赫兹用实验证实了电磁波的存在. §1电磁场的基本规律 麦克斯韦位移电流的假说 我们知道,H的环流定理 内只…     

电磁理论大厦的缔造者——麦克斯韦

 在科学史上,一些重大的理论的创立,往往是一场接力跑。他要靠许多英才前赴后继、不辞劳苦的努力,才能达到成熟的境界。19世纪物理学爆发的电磁理论革命也是如此。从奥斯特、安培发现电流的磁效应开始,经过法拉第的奠基直到最后理论的完成前后共经历了半个多世纪,其中集这一理论之大成者,是英国杰出的数学物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。1831年6月麦克斯韦出生于英国苏格兰古都爱丁堡,与电话发明家贝尔算是同乡。那一年,恰好法拉第发现电磁感应,是电学史上值得纪念的一年麦克斯韦的父亲约翰·克拉克·麦克斯韦原是律师但他的主要兴趣是在制作各种机械和研究科学问题。     

走向统一的自然力电力与磁力的统一(Ⅲ)

 19 世纪60 年代中期, 麦克斯韦在总结前人工作的基础上, 连续发表了3 篇论文:《论法拉第力线》、《论物理力线》和《电磁场的动力学理论》。一方面, 他在法拉第发现的电磁感应现象的基础上提出了“变化的磁场产生涡旋电场”;另一方面, 他创造性地引入“位移电流”代替安培环路定理中的稳恒“传导电流”来描述“变化的电场产生涡旋磁场”, 从而建立了完整的电磁场理论。1887 年, 赫兹通过一系列实验发现了麦克斯韦预言存在的电磁波, 并证实了光与电磁波的同一性, 为麦克斯韦电磁场理论提供了有力的实验验证。     

也论电磁波的预言及其发现过程

文章根据麦克斯韦的著作和赫兹的《综合文集》、《电波》和《回忆、书信和日记》以及相关文献，对麦克斯韦预言电磁波的问题和赫兹实验发现电磁波的过程进行了仔细考察，指出麦克斯韦没有明确预言电磁波的存在，麦克斯韦的理论不是赫兹电磁学实验研究的直接指导思想．文章认为亥姆霍兹为普鲁士科学院所提出的1879年悬赏课题对赫兹发现电磁波起到了直接的引导作用，而电磁波的发现则主要归因于赫兹精湛的实验技能和敏锐的观察力．     

最杰出的10位物理学家

 英国杂志《物理世界》在100位著名物理学家中选出的10位最伟大者:爱因斯坦,美籍德国物理学家。苏黎世大学哲学博士,英国皇家学会会员。建立相对论改变了世人的宇宙观。他因解释光电效应的理论,独获1921年诺贝尔物理学奖。牛顿,英国物理学家、数学家与天文学家。创立牛顿运动定律和发现万有引力定律。1666年用三棱镜分析日光,发现白光由不同颜色的光构成。1671年研制反射望远镜观察行星运动规律。解释潮汐现象,预言地球不是正球体。麦克斯韦,英国物理学家、数学家,英国皇家学会会员。他建立电磁场的基本方程,指出光的本质是电磁波。玻尔,丹麦物理学家。量子力学创始人之一。     

格点QCD研究冷核物理问题的若干最新进展

<正>1.引言现代物理学研究表明,自然界存在四种基本相互作用:引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用(图1)。其中,引力最早为人们所知,1687年牛顿在《自然哲学的数学原理》中首次阐述了万有引力定律;其次为电磁相互作用,1864年麦克斯韦提出了电磁场的基本方程组(麦克斯韦方程组),将电与磁统一起来,并预言了电磁波的存在。引力和电磁力作用于宏观世界,其效应可以在大尺度范围内观测到,所以最早进入人们的视野。20世纪以来,随     

光电效应与光电器件的应用

 一、光电效应及其理论解释著名物理学家赫兹为了验证麦克斯韦预言的电磁波,于1887年发现当光照射在金属表面时,电子可以从金属中脱出这一物理现象。这一现象叫做光电效应,可以从金属中脱出的电子叫光电子。光电效应可以分为两类。一类是当光照射在金属表面时,电子从金属中脱出,叫做外光电效应。另一类是当光照射在某些半导体材料上时,被半导体材料吸收,并在其内部激发出导电的载流子(电子-空穴对),从而使得材料的导电率显著增加(所谓“光电导”);或者由于这种光生载流子的运动造成的电荷积累,使得材料两面产生一定的电位差(所谓“光生伏特”),这两种情况叫做内光电效应。光电效应的实验规律是光的波动理论无法解释的。     

弱电统一理论创始人之一——温伯格

 本世纪最伟大的科学成就之一便是弱电统一理论,它的建立,完成了人类历史上又一次大综合。人们都认为它可以与麦克斯韦电磁理论相媲美。为此,格拉肖、温伯格和萨拉姆分享了1979年度诺贝尔物理学奖。本文要介绍的正是弱电统一理论创始人之一--温伯格。 一、温伯格其人 S.温伯格(Steven Weinberg)于1933年5月3日生于美国纽约,温伯格的父亲名叫弗雷德里克·温伯格,是纽约市的法庭速记员,母亲名叫爱娃·艾日瑞尔。由于父亲的鼓励,温伯格从小就热爱科学。他的中学是在布朗克斯理科中学完成的,同班同学中有G.费恩伯格和S.L.格拉肖。后来费恩伯格成了一名出色的物理学家,并且写过几本很有威望的书,还与温伯格就μ介子物理合作发表了几篇论文.     

THz谐振腔型石墨烯光电探测器的设计

由于石墨烯在太赫兹波范围内只发生带内跃迁,相比在可见光范围内,其光学吸收特性有显著优势,通过集成石墨烯与谐振腔,将太赫兹波限制在腔内,可进一步增强石墨烯对太赫兹波的吸收.采用麦克斯韦方程组并结合电磁场边界条件,研究了单层石墨烯在太赫兹波段范围内的光吸收机理;推导出石墨烯的传输矩阵和吸收系数方程,发现在太赫兹波段石墨烯的吸收是在可见光波段吸收的9—22倍;通过建立谐振腔型石墨烯光电探测器在太赫兹波段的光吸收模型及求解探测器吸收率方程,发现在0.12 THz处,吸收率可达0.965,相比无腔状态下石墨烯在太赫兹波段的最大吸收率0.5,提高了93%;优化设计器件结构参数并表征,最终器件响应度最高达到236.7 A/W,半高全宽为0.035 THz.理论分析表明,采用谐振腔型石墨烯光电探测器对太赫兹波进行探测,具有高吸收率、高响应度.研究结果对于太赫兹谐振腔型石墨烯光电探测器的设计和应用提供了理论参考.