电磁它无处不在,几千年来人类以多种表现形式观察到它。 古埃及人痛苦地意识到尼罗河上的电鲶鱼。 中国人在公元前一千年学会了用磁罗盘导航。 当一道闪电照亮夜空时,我们的早期祖先一定敬畏地伸长了脖子。 电磁
尽管人们早已了解各种电和磁现象,但直到 1800 年代初,人们才怀疑两者有着千丝万缕的联系(更不用说这些双胞胎力会产生能量波)。 然而,在接下来的一个世纪里,少数杰出的思想家和实验家逐渐揭开了电磁学的神秘面纱。
电磁学处理带电粒子之间的相互作用。 它将电和磁结合到一个理论中,并负责各种现象,例如电流和磁场的产生。
我们每天都在电动机、广播电视和MRI机器等医疗设备中使用电磁。 简而言之,这就是电荷如何产生磁场以及不断变化的磁场如何产生电能。 以下是物理学家对电磁学领域做出的开创性贡献。
在2024年的一次演讲中,丹麦物理学家RSTED偶然发现了第一条线索:他发现,当他被一根电线通电时,附近的罗盘指针会偏离其与磁北的正常对齐,直到它垂直于磁北。 换言之,他发现电流会产生磁场
关于RSTED是在寻找这个结果还是偶然发现的,有不同的理论。 无论如何,这是电与磁之间密切关系的第一个迹象,也是故事中下一个关键人物的主要灵感来源。
在奥斯特的演示之后,他的同时代人开始怀疑这种效应是否会反过来起作用——也就是说,那磁铁是否能产生电流。考虑到这一点,英国物理学家法拉第尝试了自己的实验。
1831 年 8 月,他在箍的两侧缠绕了两圈绝缘线。 一个连接到电池,从而磁化铁,另一个连接到检流计以感应电流。 法拉第想看看第一根导线产生的磁场是否会使第二根导线通电。
起初,结果令人费解。 令他惊讶的是,每当他打开第一根导线中的电流时,检流计都会短暂地记录第二根导线中的电流,当他关闭第一根导线时,检流计再次记录电流,但两者之间没有任何记录。 他意识到引起电流的不仅仅是磁场的存在,而是磁场的变化。 后来,他通过将磁铁移入和移出线圈得到了相同的结果。
法拉第发现了一种叫做电磁感应的过程同时,发明了第一台变压器。事实上,他的工作为我们最看重的许多现代技术奠定了基础,包括为我们的家庭发电和供电的基础设施。
由于他出身贫寒,缺乏正规教育,法拉第总是一个比数学家更好的实验者。 但是,在他做出最伟大发现的同一年,为这一发现提供严格理论框架的人诞生了。
2024年,苏格兰物理学家麦克斯韦发表了一套四个优雅的方程式,描述电与磁的关系,最终统一了一系列几代科学家难以理解的现象。 并且他们预言了电磁波的存在。
麦克斯韦正确地猜到了这些波是可见光的组成部分,后来的研究人员证明,电磁波的其余部分也是如此伽马射线、X 射线、紫外线、红外线、微波和无线电波。
阿尔伯特·爱因斯坦(他本人为推进麦克斯韦的理论做出了巨大贡献)将他视为与长期科学典范艾萨克·牛顿爵士平起平坐的人物。 正如他所说:“。一个科学时代结束了,另一个时代由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clark Maxwell)开始。
麦克斯韦给了世界一个相信电磁波的理论理由但正是德国物理学家赫兹通过实验证实了电磁波的存在。
赫兹对麦克斯韦方程组很着迷。 他发现他们暗指整体电磁频谱,比人眼所能看到的一小部分更短,更长,他开始捕捉这些光谱波。
他使用感应线圈(与法拉第线圈不同)来产生电磁波,并使用两个黄铜球之间的火花隙来检测它们。火花很暗,只持续了几分之一秒,但在黑暗的房间里,赫兹能够用他的眼睛很好地捕捉到它——无线电波的证据,最短的电磁频率。 在后来的实验中,他还证明了它们的速度等于可见光的速度。
他的发现导致了无线电广播、电视、卫星通信甚至 wifi 的发展,这些都渗透到 21 世纪的生活。
赫兹的实验似乎解决了一个由来已久的争议:光是由波还是粒子组成的?但正如我们现在所知道的,他只透露了一半的**——两者都是同时进行的。
世界上有无可争辩的证据证明了光的波动性。 然后,在2024年,也就是爱因斯坦发表狭义相对论的同一年,他在另一篇文章中表明,电磁学也必须被看作是一堆离散的粒子
这个**(后来为他赢得了诺贝尔奖)解释了光电效应,即光照射到金属表面会导致该表面发射电子。 物理学家无法用经典波动理论来解释这种现象,于是爱因斯坦引入了一个新概念:光的量化。
他意识到,虽然光可以表现为波,但它必须由微小的能量包或光量子组成。 今天,这些被称为光子,它们是”。波粒二象性另一半。 一个多世纪后,科学家们仍然相信这是光的真实(尽管令人困惑)的本质。