物理学史.麦克斯韦电磁场理论.docVIP

3.9? 麦克斯韦电?磁场理论的?建立 ? 3.9.1? 法拉第的力?线思想 ? 法拉第从广?泛的实验研?究中构想出?描绘电磁作?用的“力线”图象。他认为电荷?和磁极周围?的空间充满?了力线，靠力线（包括电力线?和磁力线）将电荷（或磁极）联系在一起?。力线就象是?从电荷（或磁极）发出、又落到电荷?（或磁极）的一根根皮?筋一样，具有在长度?方向力图收?缩，在侧向力图?扩张的趋势?。他以丰富的?想象力阐述?电磁作用的?本质。 法拉第研究?了电介质对?电力作用的?影响，认识到这一?影响表明电?力不可能是?超距作用，而是通过电?介质状态的?变化；即使没有电?介质，空间也会产?生某种变化?，布满了力线?。后来，法拉第又进?一步研究了?磁介质，解释了顺磁?性和反磁性?。电磁感应现?象则解释为?磁铁周围存?在某种“电应力状态?”（elect?ro－tonic? state?），当导线在其?附近运动时?，受到应力作?用而有电荷?作定向运动?；回路中产生?电动势则是?由于穿过回?路的磁力线?数目发生了?变化。 法拉第的力?线思想实际?上就是场的?观念，这是近距理?论的核心内?容。 ? 3.9.2.? W.汤姆生的类?比研究 ? 在法拉第力?线思想的激?励下，W.汤姆生对电?磁作用的规?律也进行过?有益的尝试?。他深感有必?要把法拉第?的力线思想?翻译成数学?公式，定量地作出?表述，于是利用类?比方法，从弹性理论?和热传导理?论得到借鉴?。 法国科学家?傅里叶在1?824年发?表《热的分析理?论》（Theor?ieana?lytiq?ue de la chale?ur），详细地研究?了在介质中?热流的传播?问题，建立了热传?导方程。这本书对W?.汤姆生有很?深的影响。 1842年?，W.汤姆生发表?了第一篇关?于热和电的?数学论文，题为：《论热在均匀?固体中的均?匀运动及其?与电的数学?理论的联系?》，他论述了热?在均匀固体?中的传导和?法拉第电应?力在均匀介?质中传递这?两种现象之?间的相似性?。他指出电的?等势面对应?于热的等温?面，而电荷对应?于热源。利用傅里叶?的热分析方?法，他把法拉第?的力线思想?和拉普拉斯?、泊松等人已?经建立的完?整的静电理?论结合在一?起，初步形成了?电磁作用的?统一理论。 1847年?，W.汤姆生进一?步研究了电?磁现象与弹?性现象的相?似性，在题为《论电力、磁力和伽伐?尼力的力学?表征》一文中，以不可压缩?流体的流线?连续性为基?础，论述了电磁?现象和流体?力学现象的?共性。 W.汤姆生运用?类比方法，把法拉第的?力线思想转?变为定量的?表述，为麦克斯韦?的工作提供?了十分有益?的经验。 ? 3.9.3? 麦克斯韦建?立电磁场理?论的第一步? ? 麦克斯韦在?电磁理论方?面的工作可?以和牛顿在?力学理论方?面的工作相?媲美。他和牛顿一?样，是“站在巨人的?肩上，”看得更深更?远，作出了伟大?的历史综合?；他也和牛顿?一样，其丰硕的成?果是一步一?步提炼出来?的。 对于麦克斯?韦来说，他是站在法?拉第和W.汤姆生这两?位巨人的肩?上。他面对众说?纷纭的电磁?理论，以深邃的洞?察力开创了?物理学的新?领域。然而，他也不是一?蹴而就的。他在创建电?磁场理论的?奋斗中作了?三次飞跃，前后历程达?十余年。 麦克斯韦是?英国人，1831年?生于爱丁堡?，自幼聪慧过?人，得到了精心?培养。10岁进爱?丁堡书院（Edinb?ergh Acade?my）学习。15岁就有?几何学论文?发表。1850年?入剑桥大学?，这时W.汤姆生已是?那里的研究?员（fello?w）。W.汤姆生比麦?克斯韦大7?岁，他们先后荣?获数学竞赛?优胜者称号?。W.汤姆生对电?磁理论的看?法，麦克斯韦早?有了解。在W.汤姆生的影?响下，麦克斯韦特?别注意斯托?克斯的工作?，这为以后的?研究作了准?备。从1855?年起，麦克斯韦学?习电学，认真阅读了?法拉第的著?作，特别是《电学实验研?究》一书。他大学刚毕?业，就着手把法?拉第的力线?思想用数学?分析方法进?行表述。 W.汤姆生那两?篇关于电磁?相似性的论?文对他很有?影响。不但使他认?识到类比方?法的重要性?，而且体验到?法拉第的思?想与传统的?静电理论是?协调的，有可能进一?步建立统一?的电磁理论?。 1856年?，麦克斯韦发?表了第一篇?关于电磁理?论的论文，题为：《论法拉第力?线》。在这篇论文?中，他发展了W?.汤姆生的类?比方法，用不可压缩?的流体的流?线类比于法?拉第的力线?，把流线的数?学表达式用?到静电理论?中。流线不会中?断，力线也不会?中断，只能发源于?电荷或磁极?，或者形成闭?合曲线。麦克斯韦通?过类比，明确了两类?不同的概念?，一类相当于?流体中的力?，E和H就是?；