電磁與人類社會(huì)發(fā)展

付振峰+郝超杰

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，與電和磁的發(fā)展緊緊相關(guān)，可以說是電磁學(xué)支撐了現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展.放眼望去，社會(huì)上形形色色的燈光和各種日常生活中所見的、所用的，都離不開電和磁。

關(guān)鍵詞：電磁；現(xiàn)代社會(huì)

現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，與電和磁緊緊聯(lián)系在一起：手機(jī)，電腦，電視，電扇，空調(diào)等等，一切設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)都離不開電和磁，如果有這樣的一天，相信全世界都會(huì)陷入混亂：這個(gè)世界，一切的與電和磁有關(guān)的規(guī)律都不再成立?？梢哉f，我們的世界，離不開他們。下面來進(jìn)一步了解有關(guān)電磁的發(fā)展過程以及其對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步的貢獻(xiàn)。

早在2000多年前，有關(guān)電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象已經(jīng)引起人類的關(guān)注，而且在沒有進(jìn)一步了解的情況下，被應(yīng)用于很多領(lǐng)域。直到18世紀(jì)，經(jīng)過庫(kù)侖，奧斯特，安培，法拉第等物理學(xué)家的不懈努力，人類對(duì)電磁的研究才慢慢地走上正確的道路，最后由麥克斯韋提出電磁場(chǎng)理論，完成了電磁學(xué)的大統(tǒng)一。電磁學(xué)的建立與發(fā)展，大大推動(dòng)了人類文明。

1 靜電

約公元前5世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)并記錄了琥珀摩擦起電的現(xiàn)象，經(jīng)過蓋里（摩擦起電機(jī)）格雷（電的傳導(dǎo)現(xiàn)象），杜菲（正負(fù)電荷的明確定義，并給出了靜電作用的基本特性），富蘭克林（對(duì)尖端放電的進(jìn)一步研究，并順利發(fā)明避雷針），人類對(duì)經(jīng)典的認(rèn)識(shí)上升到了一個(gè)理論的認(rèn)知上。在這一過程中，電荷守恒定律，庫(kù)侖定律以及庫(kù)侖力的疊加原理等定律誕生[1]，靜電現(xiàn)象被用于物理學(xué)研究的各個(gè)角落，為各個(gè)物理實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行提供了很大的支持，特別是靜電屏蔽現(xiàn)象。

2 電流

在伽伐尼《肌肉運(yùn)動(dòng)中的電力》發(fā)表之后不久，歐洲各國(guó)對(duì)生物電形成了研究熱潮，很多人投入到這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中。伏打，意大利自然哲學(xué)家，他細(xì)心的研究了伽伐尼的實(shí)驗(yàn)之后，模仿生物電成功的設(shè)計(jì)出了伏打電堆。伏打電池的發(fā)明，提供了穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)電源，使人們研究電流各方面的效應(yīng)成為了可。從此，電學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期——研究電與磁之間的關(guān)系的新時(shí)期。

3 靜磁

關(guān)于靜磁的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，古代的中國(guó)處于世界前列。最早記錄磁的成書是《管子·地?cái)?shù)篇》：“上有慈石者，其下有銅金”。這里說的‘慈就是現(xiàn)在的‘磁。戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的中國(guó)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)磁體的指向性，并運(yùn)用這一規(guī)律制成了”司南”即現(xiàn)在的指南針，而且北宋大科學(xué)家沈括發(fā)現(xiàn)了地磁偏角的存在，表明古代中國(guó)對(duì)磁的掌握已經(jīng)十分精確。

4 電和磁

雖然在各個(gè)科學(xué)家的研究下，人們對(duì)電和磁的認(rèn)識(shí)擴(kuò)展了很多，但是真正意義上的進(jìn)步，是在電和磁聯(lián)系起來之后。

第一個(gè)發(fā)現(xiàn)電和磁之間有聯(lián)系的是著名丹麥物理學(xué)家奧斯特[2]。在他之前，美國(guó)科學(xué)家富蘭克林曾做過萊頓瓶（一種早期的電容器）的放電實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果是放電電流把焊條磁化了。這一試驗(yàn)勾起了奧斯特的好奇心，使他看到電磁轉(zhuǎn)化是可能的。他隨之設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)去找到這種轉(zhuǎn)化的方法。一次講課的偶然機(jī)會(huì)，他發(fā)現(xiàn)在開關(guān)斷開的瞬間，小磁針有旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。同年7月，奧斯特發(fā)表了《關(guān)于磁體周圍電沖突的實(shí)驗(yàn)》的論文，向全世界宣布電流的磁效應(yīng)，震驚了整個(gè)科學(xué)界。隨后安培對(duì)電和磁做了進(jìn)一步研究，在他的實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)推理下，得到普遍的電動(dòng)力學(xué)公式，為電動(dòng)力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

奧斯特的實(shí)驗(yàn)，只是證實(shí)了電可以生磁，從一個(gè)側(cè)面揭示了電和磁的關(guān)系，于是人們自然就聯(lián)想到磁場(chǎng)是否可以生電？許多科學(xué)家對(duì)此進(jìn)行了研究。其中，法拉第成為了上帝的寵兒。從1824年到1828年，法拉第多次進(jìn)行了電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，。他認(rèn)為，既然電荷可以感應(yīng)周圍的導(dǎo)體使之帶電，磁鐵可以感應(yīng)鐵質(zhì)物體使之磁化，為什么電流不可以在周圍導(dǎo)體中感應(yīng)出電流來呢？一系列的實(shí)驗(yàn)做完后，他并沒有順利的找到磁生電的方法。盡管“磁轉(zhuǎn)化為電”的跡象沒有找到，法拉第的信念始終沒有動(dòng)搖。1831年8月29日，法拉第終于取得了突破性的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，他在日記里寫道：“使一個(gè)有10對(duì)極板，每板面積為4平方英寸的電池充電。用一根銅導(dǎo)線將一個(gè)線圈，或更確切的說把其中的一個(gè)線圈的兩個(gè)端點(diǎn)連接，讓銅線通過一段距離，恰好經(jīng)過一根磁針的上方（距鐵環(huán)3英尺遠(yuǎn)），然后把電池連接在另一個(gè)線圈的兩端，這時(shí)立即觀察到磁針的效應(yīng)，法拉第的電磁感應(yīng)線震蕩起來了，最后又停在原先的位置上，一旦斷開這個(gè)線圈與電池的連接，磁針再次被擾動(dòng)?！狈ɡ诘难芯繛辂溈怂鬼f的電磁場(chǎng)理論奠定了基礎(chǔ)。在法拉第之后，楞次根據(jù)自己大實(shí)量驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上提出楞次定律：閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場(chǎng)來阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

麥克斯韋在電磁學(xué)方面所做的貢獻(xiàn)可以和牛頓在力學(xué)方面所做的貢獻(xiàn)相媲美。他和牛頓一樣，是站在“巨人的肩膀上”，看得更高更遠(yuǎn)，做出了偉大的歷史綜合；他也和牛頓一樣，其豐碩的成果是一步一步提煉出來的。

在麥克斯韋之前，大約有20多個(gè)關(guān)于電磁學(xué)的公式提出，這些公式雜亂無(wú)章，有的還很復(fù)雜。更為重要的是，他根據(jù)自己的方程組，經(jīng)過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)計(jì)算，大膽地預(yù)言了電磁波的存在，預(yù)言了光是一種電磁波?？梢哉f，所有經(jīng)典電磁波的內(nèi)容都包含在了他的方程之中，其深層次的美是無(wú)法用語(yǔ)言來表達(dá)的。而他的預(yù)言在二十年后被赫茲證明，遺憾的是他未能看到。

麥克斯韋的電磁理論把電、磁和光統(tǒng)一了起來具有跨時(shí)代的意義。而赫茲則證實(shí)了電磁波的確實(shí)存在性，打消了人們對(duì)電磁波的顧慮。從此，人類的電子技術(shù)時(shí)代開啟。

5 電磁波的應(yīng)用

自從1887年電磁波的存在被赫茲證實(shí)了以后，就像雨后春筍一般，電磁波被迅速?gòu)V泛應(yīng)用于無(wú)線電通訊、廣播、電視、雷達(dá)、傳真、遙控等方面。電磁學(xué)不僅是人類探索自然活動(dòng)的結(jié)晶，而且也是人類社會(huì)發(fā)展的寶貴財(cái)富。從家用電器、工業(yè)自動(dòng)化到地質(zhì)勘探；從交通，生產(chǎn)等工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到醫(yī)療，幾乎都涉及到電磁理論的應(yīng)用。應(yīng)用電磁波，不僅加快了信息整合的速度，加快了社會(huì)進(jìn)步的步伐，而且為人們節(jié)省了大量的人力與物力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人類文明的進(jìn)步，人類進(jìn)入新的文明時(shí)代。

6 電磁的未來

未來社會(huì)是一個(gè)信息化的社會(huì)，而信息的傳遞與交流，是永遠(yuǎn)也離不開電磁的理論基礎(chǔ)，而且，隨著社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，電和磁，定會(huì)在未來的舞臺(tái)上扮演更為重要的角色！

參考文獻(xiàn)

[1]《人文物理》，潘傳芳主編，科學(xué)出版社。

[2]《物理學(xué)與人類文明》，葉高翔主編，浙江大學(xué)出版社