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。     

电磁感应定律的发现与场的概念的提出

 迈克尔·法拉第是19世纪伟大的物理学家,他对物理学最卓越的贡献就是通过实验发现了电磁感应定律。当时法拉第受德国古典哲学中辩证思想的影响,认为电、磁、光、热之间是相互联系的。1820年奥斯特发现了电流对磁针的作用,法拉第敏锐地认识到了它的重要性。     

试论法拉第场论：纪念法拉第诞辰200周年

爱因斯坦在1931年说过:“自从牛顿奠定理论物理学的基础以来,物理学的公理基础——换句话说,就是我们关于实在的结构的概念——的最伟大的变革,是由法拉第和麦克斯韦在电磁现象方面的工作引起的”.这里所说的“公理基础”就是指19世纪机械论赖以存在的原子论和超距论.从1831年起,法拉第就开始致力于破除这两论,代之以场论,后被麦克斯韦发展形成法拉第-麦克斯韦电磁场论.这一理论在1888年导致了电磁波的发现.毫无疑问,法技第对19世纪机械论的公理基础的“最伟大的变革”,是最具有纪念意义的. 一、揭示超距电动力学的局限 在奥斯特(H.C.Oers…     

法拉第奇迹探源

 迈克尔·法拉第是杰出的物理学家和化学家。他不仅发现了电磁感应现象、电磁感应定律、电解定律、磁致旋光效应,还提出了场、力线和电介质的概念,并首次用“冰桶”实验证明了电荷守恒定律。通过实验,他发现了氯气液化的方法,发现了苯,发现了同分异构体的事实。他不仅发表了很多有价值的论文,而且还出版了三卷本的《电学的实验研究》、八卷本的《法拉第日记》和《化学操作》等畅销书。迈克尔·法拉第是科学史上罕见的高产科学家,而仅受过两年正规学校教育的法拉第,为什么会取得如此辉煌的成就呢?感兴趣的目标1791年9月,法拉第出生在英国伦敦市郊,全家6口人就靠父亲打铁为生。     

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…     

M.法拉第和他的科学成就——纪念M.法拉第诞辰二百周年

今年9月22日,是伟大的英国物理学家、化学家M.法拉第(Michael Faraday 1791-1867)诞辰二百周年纪念日.我怀着崇敬的心情撰写此文. 法拉第出身贫寒,自学成才,工作勤奋,热心科普工作,是一位实验大师.他发现了电磁感应现象.法拉第用电解定律和磁致旋光效应,研究了物质的抗磁性和顺磁性,提出了力线和场的概念,主张自然界的各种力相互有关,并反对超距作用的观点.他的工作为J.C.麦克斯韦建立电磁场理论打下了基础[1]. 一、青少年时代与早期的科学工作 法拉第出生于萨里群纽因顿,他的父亲是位铁匠,家境贫寒.五岁时随父母到伦敦.13岁时,他就到一家…     

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.     

麦克斯韦电磁场理论的建立

麦克斯韦(1831—1879)是继法拉第之后,集电磁学大成的伟大科学家.他全面地总结了电磁学研究的全部成果,并在此基础上提出了“感生电场”和“位移电流”的假说,建立了完整的电磁场理论体系. 一、《论法拉第力线》──麦克 斯韦的物理类比,电紧张态的 数学描述和感生电场的提出 在大学期间,麦克斯韦就阅读了法拉第的《电学实验研究》.1856年2月,他在剑桥哲学学报上发表了他的第一篇电磁学论文《论法拉第力线》.麦克斯韦环顾了当时电磁学研究的现状,指出虽然已经建立了很多实验定律和数学理论,但未能揭示各种电磁现象之间的联系.他写道:“电科…     

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…     

麦克斯韦怎样建立起位移电流概念

麦克斯韦建立电磁场理论最重要的贡献之一是提出了位移电流假说。位移电流的中心思想是变化着的电场激发涡旋磁场,这一假说和涡旋电场假说(变化着的磁场产生变化的电场)构成了电磁相互作用中完整的波动图象——电磁波。 众所周知,位移电流是麦克斯韦给予法拉第的场观点以数学表述时作出的一个重要发展。麦克斯韦第一次提出位移电流假说并不象通常教科书所叙述的那样,是用安培环路定理讨论非稳恒情形时发现矛盾后提出的。实际上麦克斯韦是在得出电磁场方程之前,即在他关于电磁场理论的第二篇论文《论物理的力线》(1861—1862)中就提出了位移电流的概念。尔后,麦克斯韦在第三篇论文《电磁场的动力学理论》(1865)中再次给出了位移电流的定量形式。下面我们来看看麦克斯韦是如何提出位移电流概念的。 麦克斯韦建立电磁场理论的第一篇论文《论法拉第的力线》(1855—1856)受到汤姆逊的启发,根据流体、热现象与法拉第力线相似性,运用类比方法给予法拉第电流状态以数学表述。后来在第二篇论文中他感到有必要对力线的分布和力线的应力性质给予机理性的说明,在此过程中麦克斯韦提出了位移电流概念。     

物理学技术革命之第二次量子技术革命

 1665年，一场可怕的瘟疫在英国伦敦流行，剑桥大学被迫停课，学生们都回家躲避。当时只有23岁的艾萨克·牛顿（Issac Newton）也在其中，回到了位于伍尔索普村的一个庄园里，在这里待了18个月。这段时期被晚年的牛顿称为"是我发明创造时期的顶峰"，正是在这段时期里，牛顿潜心自由的钻研开普勒、笛卡尔、阿基米德、伽利略等前辈科学家的主要论著，并发明了微积分，发现了牛顿运动的定律、万有引力定律以及光色散定律等一生中最伟大的几个成就。牛顿将力学体系化后，当时处于萌芽阶段的机械制造有了理论基础，快速发展起来。后来蒸汽机被发明，且不断的被改进提升效率，由蒸汽机带来的"动力革命"引起了从手工劳动向动力机器生产转变的重大飞跃，促使了纺织、船舶、铁路等产业飞速发展，这场"动力革命"也被称之为第一次工业革命。1873年，英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwel）出版了《论电和磁》，建立了完整的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，并预言了电磁波。对于麦克斯韦来说，他是站在法拉和W.汤姆逊这两位巨人的肩上。他面对众说纷纭的电磁理论，以深邃的洞察力完成了电、磁、光的统一。有了电磁理论的支撑，发电机和电动机相继问世，电器开始用于代替机器，进入人们的生活和生产中。强电能够提供绝大部分生产和生活的能源，而弱电能够提供主要的通信手段（电报、电话等），从此电力开始成为补充和取代以蒸汽机为动力的新能源。另一方面，在1862年，法国人德罗夏提出了四冲程理论，成为内燃机发明的科学基础。19世纪70~80年代，以煤气、汽油为燃料的内燃机相继问世，此后不久，以柴油为燃料的内燃机也研制成功。内燃机的工作效率远远高于蒸汽机，大大提高了工业部门的生产力，特别是迅速推动了交通运输领域的革新。如果使用蒸汽机来发动汽车的话，恐怕需要数十平方米的空间才能容纳动力部分。而如果利用油气为原料的内燃机，动力部分可以缩小放置于仅四平米的汽车当中。这场"电气革命"也被称之为第二次工业革命。19世纪末期，经典力学与电动力学的理论框架已建立完善，并完成了机械革命和电气革命。当时的物理学家普遍很自满的认为，所有的物理系统都可以被经典力学与电动力学的基本方程描述，尽管还存在"两朵乌云"，其中一朵便是黑体辐射中的紫外发散问题。然而正是这一朵乌云，逐渐发酵导     

位移电流的验证

引言 1862年麦克斯韦(Maxwell 1831～1879)在英国《哲学杂志》上发表了论文《论物理的力线》,文中具有决定意义的一步是引进了“位移电流”的概念。这是电磁学上继法拉第电磁感应之后的一项重大突破,根据这一科学假设,最后,麦克斯韦导出高度抽象的微分和积分方程组,其中积分方程之一     

弱电统一理论的创始人之一——萨拉姆

 本世纪最伟大的科学成就之一是弱电统一理论,它的建立完成了人类历史上的又一次大综合。人们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年度诺贝尔物理奖。本文介绍的正是弱电统一理论创始人之一:萨拉姆。 一、萨拉姆其人 1926年1月29日,作为长子的阿布杜斯·萨拉姆(Abdus salam)按照当地的风俗降生在他母亲的娘家:印度萨希瓦尔县桑托克达斯村。他的父母:乔德里·穆罕默德·候赛因和哈吉拉居住在英属印度(现巴基斯坦)的旁遮普帮内的一个十分偏僻、落后的农业区:江格县。萨拉姆的家族是一个具有宗教知识的书香门第。萨拉姆的父亲曾任江格县立高中的教师,后来又获得县政府教育办公室主任的职位。他性格温和,心地善良,是一个笃信宗教的人。     

钞票上的女科普大师：玛丽·萨默维尔

正19世纪的英国出现了两位科普大师,他们都是靠自学成才,而且都出现在了英国的钞票上。一位是电磁学的创始人之一法拉第,他在英国皇家研究院创立面向青少年的圣诞科普讲座,并多次亲自登台演讲,这一科普传统一直延续至今。法拉第撰写的科普读物《蜡烛的化学史》成为了一代经典。为了纪念法拉第以及他在科学普及上所做出的贡献,     

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.     

孤立子简介

 早在1834年8月,26岁的英国科学家、造船工程师约翰·斯各脱·罗素在勘探连接爱丁堡和格拉斯哥的运河河道中偶然发现了一种十分奇妙的自然现象.1844年,他在《英国科学促进协会第14届会议报告》上发表了“论波动”一文,对这一现象作了极为生动的描述:“1834年秋,我观察过一条船被两匹马拉着沿狭窄的运河迅速前进.突然,船停了下来.     

略谈麦克斯韦的电磁场理论

1831年,麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831-1879年)诞生于苏格兰一个农庄家庭,他的父亲是爱丁堡皇家学会的会员.麦克斯韦年幼时求知欲强,受过严格的家庭教育,有良好的思维习惯.他16岁人爱丁堡大学,19岁考入剑桥大学的三一学院.他在大学期间特别喜欢阅读法拉第的《电学实验研究》,深深地被法拉第的电磁场论的思想所吸引.1854年他在剑桥大学数学竞赛中第一个证明了斯托克斯公式,名列第二,与E.J.Routh分享史密斯奖[1]这个公式在他以后研究电磁场的过程中发挥了重要的作用.他在1855—1856年间发表的第一篇电磁学论—“论法拉第力线”(On Pa…     

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。     

诺伊曼生平及贡献

 在20世纪影响并改变人类历史进程的重大事件,当推计算机的发明、量子理论的发现、核武器的诞生和冷战的到来。在这些事件的背后都离不开一个人的工作,他就是美籍匈牙利数学家约翰·冯·诺伊曼(JohnVonNeumann,1930.12.28～1957.2.8)。他是如此才华横溢,成就是如此之大,以至被赞誉为20世纪惟一比爱因斯坦还要聪明的人。他给20世纪科学技术的关键领域带来了革命,提出了对亚原子粒子世界的理解;制定了如今仍在沿用的计算机设计原则,并提出了机器人的数学规则;发现了从打牌到超级大国地缘政治对抗中获胜的规律---博奕论.     

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…