十八至十九世紀(jì)的電學(xué)成就

劉苗

今天，人類生活已經(jīng)離不了電?；赝^去，十七世紀(jì)前已積累一些關(guān)于電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的觀察，如“虎珀拾芥”和“慈石召鐵”，但僅停留在對自然現(xiàn)象的觀察。直到十七世紀(jì)以后，數(shù)學(xué)、力學(xué)等其他自然科學(xué)的發(fā)展推動了電學(xué)和磁學(xué)研究。

意大利解剖學(xué)家加伐尼做青蛙解剖實驗時，偶然觀察到在放電火花附近與金屬接觸的蛙腿會發(fā)生抽動。他的同胞亞力山德羅·伏特受到啟發(fā)，用化學(xué)方法創(chuàng)制了電堆，隨后的電池都是從電堆中不斷改進、發(fā)展而來。北美的富蘭克林認(rèn)為天上的閃電與萊頓瓶的火花放電相同，提出“閃電與靜電的同一性”理論，并通過風(fēng)箏實驗證明這一理論的正確性。隨后富蘭克林發(fā)明了避雷針。

電學(xué)的發(fā)展同磁學(xué)研究密切相關(guān)。1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，首次找到了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系。電磁學(xué)由此成為物理學(xué)中的一個分支學(xué)科。法國物理學(xué)家安培經(jīng)過一系列的實驗證明了閉合電流與磁鐵等效，建立了磁的分子電流理論，同時還得出了磁場對電流作用的公式。

此后，對電與磁的關(guān)系做出重大理論貢獻(xiàn)的是卓越的物理學(xué)家法拉第與麥克斯韋。1831年，法拉第經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，確定了磁電轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律。法拉第的發(fā)現(xiàn)有著巨大的科學(xué)和技術(shù)意義，從此，電磁理論進入生產(chǎn)技術(shù)的領(lǐng)域。1873年，麥克斯韋發(fā)表了巨著《電學(xué)和磁學(xué)論》，以完美的數(shù)學(xué)公式建立了電磁場的基本方程，即著名的麥克斯韋方程式，從而完善了電磁學(xué)理論體系。麥克斯韋的電磁理論實現(xiàn)了電、磁和光現(xiàn)象的統(tǒng)一，這是自17世紀(jì)牛頓實現(xiàn)天上與地上力學(xué)統(tǒng)一后在18世紀(jì)物理學(xué)的第二次大統(tǒng)一。德國物理學(xué)家赫茲根據(jù)前人研究，在實驗室終于獲得了電磁波，從此開創(chuàng)了無線電子學(xué)的新紀(jì)元。

電學(xué)與磁學(xué)發(fā)展推動了電磁學(xué)理論的創(chuàng)立，是十八至十九世紀(jì)科學(xué)史上的一次革命，它突破了物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念，揭示了電磁現(xiàn)象的本質(zhì)。電學(xué)的發(fā)展促進了科學(xué)理論的進步，帶給社會無法想象的巨大改變。同時，電作為一種能源，徹底讓現(xiàn)代生活五光十色、豐富多彩。

圖1：紀(jì)念“科學(xué)先驅(qū)”伏特。[圣馬力諾1981]

圖2：紀(jì)念加伐尼發(fā)明無線電100年郵票。除加伐尼的肖像外，在試驗臺可以看到起電機和青蛙。[意大利1991]

圖3—4：第一屆國際電輻射生物學(xué)會議紀(jì)念加伐尼郵票。[意大利1934]

圖5：紀(jì)念英國皇家學(xué)會成立350周年，富蘭克林是皇家學(xué)會會員。[英國2010]

圖6：紀(jì)念奧斯特郵票。[丹麥1851]

圖7：紀(jì)念安培誕生200周年郵票。畫面是安培和一只瓦特計（功率表）。[摩納哥1975]

圖8：“偉大科學(xué)家”系列之紀(jì)念安培郵票。[馬紹爾群島2012]

圖9：“偉大科學(xué)家”系列之紀(jì)念高斯郵票。[馬紹爾群島2012]

圖10：“偉大科學(xué)家”系列之紀(jì)念法拉第郵票。[馬紹爾群島2012]

圖11：“改變世界的10個公式”郵票中紀(jì)念麥克斯韋郵票。郵票上的方程是由麥克斯韋方程組推導(dǎo)出的波動方程，預(yù)言了電磁波的存在。[尼加瓜拉1971]

圖12：紀(jì)念赫茲郵票。郵票內(nèi)展現(xiàn)了通過赫茲振子軸線平面內(nèi)某一時刻的偶極輻射場。[西德1983]

（參考書目：李純武，嚴(yán)志武等編著《簡明世界通史》，黃牧航供圖）