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.     

邮票上的物理学史——赫兹和电磁波

德国物理学家Ｈ .赫兹 ( 1 857～ 1 894年 ) (图 1 ,西德1 957年 ;图 2 ,东德 1 957年 )虽然只活了短短 3 7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 .1 9世纪 70年代 ,当赫兹开始科学活动时 ,人们对电磁现象的认识 ,还处于莫衷一是的状态 .麦克斯韦的电磁理论刚刚建立 ,由于用到比较高深和新颖的数学工具 ,更由于牛顿力学的概念已经深入人心及宏观力学现象的直观性 ,它并没有被普遍接受 ,许多物理学家仍然局限在机械论的框框内 ,企图依照力学理论来建立电磁理论 .麦克斯韦理论的关键是位移电流…     

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.     

世界物理年发行的物理邮票

《邮票上的物理学史》书中所收邮票到2004年发行的为止．2005年是世界物理年，各国又发行了不少以物理学和物理学家为内容的邮票和邮品．     

邮票上的物理学史——物理光学的发展

光学是和力学同样古老的学科．前面我们已经结合邮票,介绍过伊本·海赛姆、伽利略、牛顿、惠更斯和哈密顿对光学的贡献．邮票上记载着,在牛顿以后到１９世纪中叶麦克斯韦提出电磁理论前后这一段时期内,物理光学有以下几方面的进展．首先是光速的测量．丹麦天文学家罗默（１６４４～１７１０年）于１６７６年利用木卫相继两次发生蚀之间的时间间隔随地球—木星之间距离的变化来测量光速,他得到的光速为２１４０００ｋｍ／ｓ．这个结果虽然偏小,但这是人类历史上第一次测量光速,第一次得出光速是有限的而不是无穷大,仍是很有意义的．图…     

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]:     

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。     

邮票上的物理学史⑥--伽利略

意大利物理学家和天文学家伽利略(Galileo Galilei, 1564～1642年)是开普勒的同时代人和朋友,他在天文学和物理学上作出了多方面的巨大贡献,是近代物理学的奠基人.图1是意大利1964年发行的纪念伽利略诞生400周年的邮票.     

多普勒效应与MTI雷达

一、雷达的诞生与发展 雷达这个名称是美国海军在第二次世界大战的１９４０年使用的一个保密代号．它是“无线电探测和测距”（Ｒａｄｉｏ Ｄｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）这句英文的缩写．军事上的需要和物理学的进展是导致雷达诞生的两个直接原因． 自从１８３１年８月２９日,英国物理学家法拉第发现了电磁感应效应后,电磁学理论得到迅速发展．首先是法拉第于１８５１年建立了电磁感应定律并提出了场的概念;接着麦克斯韦于１８６４年建立起完整的电磁学理论并预言了电磁波的存在,１８７３年又发表了电磁辐射理论．为无线电…     

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…     

邮票上得诺贝尔奖的物理学家和工作──X射线的发现

 １９０１年是２０世纪开始的一年,诺贝尔奖也于这一年开始颁发。第一届诺贝尔物理奖授给了德国物理学家伦琴,因为他于１８９５年发现了Ｘ射线。在上期的图７中我们已看到向伦琴授奖的盛况。图１为瑞典１９６１年发行的纪念１９０１年诺贝尔奖的邮票,最右为伦琴;图２为德国１９５１年纪念第一次诺贝尔物理奖５０周年的邮票,除伦琴肖像外,右上角有他在实验中所用的Ｘ射线管。在他之后,还有多项与Ｘ射线有关的研究工作获得诺贝尔奖。伦琴发现Ｘ射线伦琴（图３,东德１９６５,诞生１２０周年;图４,西班牙１９６７,欧洲放射学大会;图５,古巴１９９３,伟大科学家）在发现Ｘ射线时是德国维尔茨堡大学的物理学教授。     

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…     

邮票上的物理学史(14)--物理光学的发展

光学是和力学同样古老的学科.前面我们已经结合邮票,介绍过伊本.海赛姆、伽利略、牛顿、惠更斯和哈密顿对光学的贡献.邮票上记载着,在牛顿以后到19世纪中叶麦克斯韦提出电磁理论前后这一段时期内,物理光学有以下几方面的进展.     

爱因斯坦:邮票上的画传

爱因斯坦是历史上最伟大的物理学家.他的工作和成就引发了20世纪的物理学革命,影响到我们生活的方方面面.他的名字为公众所熟悉,各国发行了大量纪念他的邮票,反映他的工作和生活.特别是,今年是世界物理年,许多国家发行了新的纪念邮票.     

麦克斯韦的治学方法与电磁学方面的科学成就──纪念麦克斯韦逝世一百周年

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)是十九世纪中叶一位杰出的英国物理学家,1831年6月13日生于爱丁堡,1879年11月5日,病逝于剑桥,到现在正好是一百周年.他虽然只活了48岁,却在科学上作出了巨大贡献.他写了一百余篇科学论文,内容范围很广泛,其中最突出的是在电磁场理论方面.他在总结前人工作的基础上,创造性地提出了系统化的电磁场理论,他提出的方程组称为麦克斯韦方程组,预言了电磁波的存在并提出了光的电磁学说,探明了电磁场的奥妙,对于人类进一步认识并利用自然规律作出了划时代的贡献. 麦克斯韦的科学成就不是从天而降的,…     

邮票上的物理学史(54)--曼哈顿计划·核武器的发展(续)

美国在 1 995年发行的纪念二战胜利 5 0周年的邮票中 ,原计划有一张原子弹爆炸的邮票 ,但是日本政府抗议 ,说这会伤害日本的民族感情 .于是美国邮政当局便取消了这张邮票 ,代之以杜鲁门总统宣布日本投降的邮票 .可这样一来美国人又不干了 ,一家美国邮商为了表示抗议 ,便用原来的邮票图案印制了一张封口纸 (图 1 2 ) .封口纸上是原来邮票上的文字“原子弹结束了二战”.广岛和长崎的无辜死难平民 ,无疑值得同情 .但是事情有它的前因后果 .没有日本军国主义的疯狂侵略 ,没有九一八事变、芦沟桥事变和珍珠港事件 ,何来广岛和长崎被炸 ?有的人只…     

划时代的发现--法拉第电磁感应现象

法拉第是19世纪自学成才的伟大的物理学家，他发现的电磁感应定律揭示了电现象和磁现象之间的联系，是电磁理论发展的重要基础，本文简要地介绍了法拉第电磁感应现象发现和探索研究的历程。     

开尔文在电磁理论发展中的作用

 提到电磁理论,人们首先想到的是法拉第、麦克斯韦,而对开尔文在电磁理论发展中的作用则知之甚少,本文就介绍一下这方面的情况.     

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。”     

特鲁顿-诺伯实验的解释

在相对论建立之前,物理学家们相信麦克斯韦电磁理论仅对于某一个参考系才成立,这个优越的参考系可以看成是绝对静止的参考系,简称为绝对参考系。任何物体相对于绝对参考系的速度叫做绝对速度。十九世纪后半叶起寻找绝对参考系成为物理学家所热衷的课题。1902年特鲁顿(Trouton)设想了一个电磁学实验,用来检测地球运动的绝对速度,他的依据可简述如下。考虑地球上两个静止的点电荷,如果地球为绝对参考系,则它们之间的相互作用力为库仑力,作用力的方向沿它们的联线,作用力对于这对电荷的系统不产生力矩,因而电荷系统不会转动。如果地球相对于绝…