自然科学史09电磁学与动力技术的新发展程序.ppt

第八章 电磁学与动力技术的新发展;一、法拉第和他的实验研究;出身贫寒;一个真实的故事;成为戴维的实验助手;以实验为最大乐事;法拉第在伦敦皇家学会的实验室，图的右边可以看见他用来进行电学实验的仪器。;热心科普工作;为人质朴;划时代的发现！;法拉第描绘磁力线的方法很巧妙，他把铁屑撒在玻璃板上，在磁力作用下，铁屑形成一定的分布，再拿一张带胶水的纸贴在玻璃板上，把铁屑都粘住了，于是这张胶纸就表现了各式各样的磁力线分布图。法拉第从这些实验中获得了生动的磁力线分布的图象概念。 这是牛顿以后物理基本概念最重要的发展，但在当时，他的维多利亚时代的同辈人并不真正地理解它。他们把它看作是离经叛道的妄想。;走在时代的前面;法拉第对场的本质虽有深刻的洞察，但对数学一点也不擅长，他一直未能将对光本质的模糊设想转化成一种??合的理论。这一工作由英国物理学家麦克斯韦完成。;二、麦克斯韦的综合;1858年，麦克斯韦接受了法拉第关于场、力线的大胆思想。他利用19世纪20年代和30年代数学家在理论力学方面的研究成果，把法拉第的思想用数学语言表述出来。 1864年，他发表了一篇在电磁理论上有划时代意义的论文，用一组偏微分方程(即“麦克斯韦方程”) 把全部电磁现象概括为一个完整而可应用的电磁学的数学理论。;20个变量的20个方程，用现代的符号表示：;麦克斯韦方程把电、磁、光统一了起来，这一伟大成就几乎把麦克斯韦和牛顿置于同等的地位。 牛顿定律描述了在19世纪中期除电磁学之外的物理学世界中每样东西的运行；而麦克斯韦方程解释了当时电磁学所要解释的每样东西。 牛顿和麦克斯韦一起，解释了物理科学中的每样东西。;(1).1857年,麦克斯韦曾提出土星光环的颗粒构成理论.他认为:这个光环从地球上看上去很像一个圆盘,但如果它果真是一个固体或流体的结构,那么引力和离心力等作用必定会使它分崩离析,除非它是一条带状的小天体群,否则不会保持稳定.;“自从牛顿奠定理论物理学的基础以来，物理学的公理基础的最伟大的变革，是由法拉第和麦克斯韦在电磁现象方面的工作所引起的”。 “这样一次伟大的变革是同法拉第、麦克斯韦和赫兹的名字永远联在一起的。这次革命的最大部分出自麦克斯韦。”;1.赫兹简介:德国物理学家(1857～1894)。生于汉堡。父亲为律师，后任参议员；家庭富有。赫兹在少年时期就表现出对实验的兴趣，12岁时便有了木工工具和工作台，以后又有了车床，常常用以制作简单的实验仪器。1876年进入德累斯顿工学院学习工程,由于对自然科学的爱好,转入慕尼黑大学学习数学和物理，第二年又转入柏林大学，在亥姆霍兹指导下学习并进行研究工作。1880年他以纯理论性工作的《旋转导体电磁感应》论文获得博士学位，成为亥姆霍兹的助手。1883年到基尔大学任教。1885～1889年任卡尔斯鲁厄大学物理学教授，;1886年开始进行使他闻名世界的关于电磁波的实验工作。1889～1894年任波恩大学物理学教授接替R.克劳修斯的席位。1894年1月1日因血中毒而实施外科手术,手术失败不幸在波恩逝世，当时年仅36岁。为了纪念他发现电磁波的卓越贡献，将频率的单位命名为赫兹，现行国际单位制(SI)仍沿用。赫兹在物理学上的贡献主要是发现电磁波。;第二阶段:赫兹设计了一个振荡电路用来在两个金属球之间周期性地发出电火花,按照麦克斯韦理论,在电火花出现时应该有电磁波发出.然后赫兹又设计了一个有缺口的金属环状线圈,用来检测电磁波.结果,当振荡电路发出火花时,金属缺口处果然也有较小的火花出现.这也就证明了电磁波的确存在.;;赫兹实验示意图; 3.电磁波的应用:发现电磁波产生的巨大影响，连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通讯，赫兹不敢肯定。但是,赫兹研究电磁波无意中丢下的种子，却很快在异地开花结果了。　　在发现电磁波不到 6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（1894年）、 无线电广播（1906年）、无线电导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真 ;（1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学 ……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。; 1、背景： 第一次技术革命使矿物能源——煤大规模的开发和利用，蒸汽机虽然可以提供极大的马力，但它有许多缺点 第一笨重的机械传导至使机器效率很低 第二燃料的运输费用高 第三不能适应流水作业的要求， ; 电磁学的发展为电能的开发和应用奠定了理论基 础，电能可以使能源的利用率更高，因为电能可以集 约化生产，也更洁净、更方便。 从