電磁學(xué)或稱(chēng)電動(dòng)力學(xué)或經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)。之所以稱(chēng)為經(jīng)典，是因?yàn)樗话ìF(xiàn)代的量子電動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容。電動(dòng)力學(xué)這樣一個(gè)術(shù)語(yǔ)使用并不是非常嚴(yán)格，有時(shí)它也用來(lái)指電磁學(xué)中去除了靜電學(xué)、靜磁學(xué)后剩下的部分，是指電磁學(xué)與力學(xué)結(jié)合的部分。這個(gè)部分處理電磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的力學(xué)影響。通過(guò)方程統(tǒng)一電磁學(xué)，并且揭示出光作為電磁波的本質(zhì)。

電磁學(xué)的基本方程為麥克斯韋方程組，此方程組在經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換（伽利略變換）下形式會(huì)變，在伽里略變換下，光速在不同慣性座標(biāo)下會(huì)不同。保持麥克斯韋方程組形式不變的變換為洛倫茲變換，在此變換下，不同慣性座標(biāo)下光速恒定。二十世紀(jì)初，邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)支持光速不變，光速不變亦成為愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論的基石。取而代之，洛倫茲變換亦成為較伽利略變換更精密的慣性座標(biāo)轉(zhuǎn)換方式。

靜電和靜磁現(xiàn)象很早就被人類(lèi)發(fā)現(xiàn)，由于摩擦起電現(xiàn)象，英文中“電”的語(yǔ)源來(lái)自希臘文“琥珀”一詞。遠(yuǎn)在公元前2750年，古埃及人就已經(jīng)知道發(fā)電魚(yú)（electric fish）會(huì)發(fā)出電擊。這些魚(yú)被稱(chēng)為“尼羅河的雷使者”，是所有其它魚(yú)的保護(hù)者。大約兩千五百年之后，希臘人、羅馬人，阿拉伯自然學(xué)者和阿拉伯醫(yī)學(xué)者，才又出現(xiàn)關(guān)于發(fā)電魚(yú)的記載。古代羅馬醫(yī)生Scribonius Largus也在他的大作《Compositiones Medicae》中，建議患有像痛風(fēng)或頭疼一類(lèi)病痛的病人，去觸摸電鰩，也許強(qiáng)力的電擊會(huì)治愈他們的疾病。阿拉伯人可能是最先了解閃電本質(zhì)的族群。他們也可能比其它族群都先認(rèn)出電的其它來(lái)源。早于15世紀(jì)以前，阿拉伯人就創(chuàng)建了“閃電”的阿拉伯字“raad”，并將這字用來(lái)稱(chēng)呼電鰩。

在古希臘及地中海區(qū)域的古老文化里，很早就有文字記載，將琥珀棒與貓毛摩擦后，會(huì)吸引羽毛一類(lèi)的物質(zhì)。西元前600年左右，古希臘的哲學(xué)家泰勒斯（Thales， 640-546B.C.）做了一系列關(guān)于靜電的觀察。從這些觀察中，他認(rèn)為摩擦使琥珀變得磁性化。這與礦石像磁鐵礦的性質(zhì)迥然不同；磁鐵礦天然地具有磁性。泰勒斯的見(jiàn)解并不正確。但后來(lái)，科學(xué)會(huì)證實(shí)磁與電之間的密切關(guān)系。

近代研究史

對(duì)電磁學(xué)做出偉大貢獻(xiàn)的有法拉第、歐姆、奧斯特、安培、麥克斯韋等。

丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特最先發(fā)現(xiàn)了電和磁之間的聯(lián)系。

且說(shuō)1820年7月21日，丹麥哥本哈根大學(xué)響起了清脆的鈴聲，物理實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)坐滿(mǎn)了學(xué)生，年富力強(qiáng)的奧斯特教授精神飽滿(mǎn)地帶著伏打電池走了進(jìn)來(lái)，為學(xué)生們上實(shí)驗(yàn)課。

當(dāng)他接通電池時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)放在電池旁邊的磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，改變了原來(lái)的位置，在垂直于導(dǎo)線的方向停了下來(lái)。

學(xué)生們對(duì)這一現(xiàn)象絲毫沒(méi)有感覺(jué)，但奧斯特卻激動(dòng)萬(wàn)分。

在19世紀(jì)以前，近代電學(xué)和磁學(xué)的先驅(qū)及其后來(lái)人，一直把電和磁作為獨(dú)立的互不相關(guān)的現(xiàn)象進(jìn)行研究。在電和磁之間是否存在什么關(guān)系呢？從1807年起，奧斯特就致力于電的各種效應(yīng)的研究，隱約地認(rèn)識(shí)到電和磁之間存在某種聯(lián)系，但找不出什么證據(jù)。

經(jīng)過(guò)10多年的探索，進(jìn)展不大。當(dāng)他在課堂上看到通電后引起的磁針偏轉(zhuǎn)時(shí)，怎能不激動(dòng)呢！

奧斯特意識(shí)到這是一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，下課后，立即進(jìn)行了各種分析實(shí)驗(yàn)。

他用導(dǎo)線又接通了伏打電池，當(dāng)磁針垂直地放在導(dǎo)線的位置時(shí)，磁針并無(wú)變化；當(dāng)磁針平行地放在導(dǎo)線的位置時(shí)，磁針立即偏轉(zhuǎn)，直到與導(dǎo)線垂直為止。他再把磁針?lè)旁谝欢ǖ奈恢蒙?，?dāng)伏打電池接通時(shí)，磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，當(dāng)關(guān)閉電源時(shí)，磁針就恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。

奧斯特又進(jìn)一步地試驗(yàn)了不同的金屬導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)磁針的偏轉(zhuǎn)幾乎一樣。

他又在導(dǎo)線和磁針之間放一塊硬紙板隔離，在接通電源時(shí)，磁針仍然偏轉(zhuǎn)，甚至在中間放上玻璃、石頭、水、金屬時(shí)，磁針照樣偏轉(zhuǎn)。

通電導(dǎo)線為什么會(huì)使磁針偏轉(zhuǎn)呢？奧斯特進(jìn)行了理論的探討。他認(rèn)為磁針的偏轉(zhuǎn)是由于電荷的流動(dòng)引起的，磁針的偏轉(zhuǎn)方向和電荷的流動(dòng)方向密切相關(guān)。由于導(dǎo)體中的電流會(huì)在導(dǎo)體周?chē)a(chǎn)生一個(gè)環(huán)形磁場(chǎng)，因此，磁針在這個(gè)磁場(chǎng)范圍內(nèi)，無(wú)論是改變電流的方向，還是改變磁針與導(dǎo)線的位置，都會(huì)引起磁針的偏轉(zhuǎn)。

這是電流磁效應(yīng)的最初發(fā)現(xiàn)。

1820年，奧斯特的論文《磁針電抗作用實(shí)驗(yàn)》在法國(guó)的科學(xué)雜志《化學(xué)與物理學(xué)年鑒》上發(fā)表。奧斯特在論文中介紹了自己的研究成果。

奧斯特的發(fā)現(xiàn)把電學(xué)和磁學(xué)結(jié)合起來(lái)了。從此，電磁學(xué)的研究在歐洲主要國(guó)家里蓬勃地開(kāi)展起來(lái)。

奧斯特的論文在法國(guó)發(fā)表后，引起了一個(gè)法國(guó)人的極大興趣。

他就是安培。安培1775年1月22日生于里昂，幼年時(shí)表現(xiàn)出數(shù)學(xué)上的天資，是個(gè)神童。1802年，安培發(fā)表了概率論方面的論文，引起了科學(xué)界的注意。

當(dāng)安培得知奧斯特發(fā)現(xiàn)電和磁之間的關(guān)系時(shí)，便放棄了已奠定一定基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)研究，而轉(zhuǎn)向物理學(xué)領(lǐng)域，并有一系列的發(fā)現(xiàn)。

安培在重做奧斯特的電流使磁針偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出用來(lái)判定電流磁場(chǎng)方向的右手螺旋定則。

對(duì)于直線電流，判定的方法是，用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指指向電流方向，那么，彎曲的四指所指的方向就是磁力線的環(huán)繞方向。對(duì)于通電的螺線管，判定的方法是，右手握住螺線管，讓彎曲的四指指向環(huán)形電流方向，那么，伸直的大拇指所指的方向就是磁力線方向。

在實(shí)驗(yàn)中，安培發(fā)現(xiàn)不僅通電導(dǎo)線對(duì)磁針有作用，而且兩根通電導(dǎo)線之間也有作用。兩根平行通電導(dǎo)線之間，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥。

1821年，安培探索了磁現(xiàn)象的本質(zhì)。他認(rèn)為物體中的每個(gè)分子都有圓形電流，即分子電流，分子電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使每個(gè)分子都成為一個(gè)小磁體。當(dāng)物體內(nèi)部的分子電流雜亂無(wú)章地排列時(shí)，它們的磁性相互抵消，而使物體不顯示磁性；當(dāng)物體內(nèi)部的分子電流取向一致時(shí)，至少是部分地一致時(shí)，就使物體顯示出磁性。

這樣，安培初步揭示了電和磁的內(nèi)在聯(lián)系，他的觀點(diǎn)和現(xiàn)代觀點(diǎn)非常接近。

安培又對(duì)電流產(chǎn)生磁力的規(guī)律進(jìn)行了研究，提出了安培環(huán)路定律，用來(lái)計(jì)算任意幾何形狀的通電導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。

后人為了紀(jì)念他，把電流強(qiáng)度的單位命名為“安培”，簡(jiǎn)稱(chēng)“安”。

伏打電池不僅促使奧斯特、安培對(duì)電學(xué)的研究，同時(shí)德國(guó)中學(xué)教師歐姆也對(duì)電學(xué)表示了極大的興趣。

歐姆在教學(xué)過(guò)程中自制了許多電學(xué)儀器和材料，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了歐姆定律和電阻定律，取得了很大的成就。

在實(shí)驗(yàn)中，歐姆發(fā)現(xiàn)對(duì)同一個(gè)伏打電池，用不同的金屬材料做導(dǎo)線時(shí)，所產(chǎn)生的電流強(qiáng)度不一樣，并且與導(dǎo)線的長(zhǎng)度也有關(guān)系。那么，電流強(qiáng)度、導(dǎo)線材料、電動(dòng)勢(shì)之間是什么關(guān)系呢？

在對(duì)導(dǎo)體材料的研究上，歐姆提出了電阻的概念，并發(fā)現(xiàn)了電阻定律，即導(dǎo)體的電阻與它的長(zhǎng)度成正比，與它的橫截面積成反比，與導(dǎo)體的材料也有關(guān)系。

1826年，歐姆發(fā)現(xiàn)了歐姆定律。部分電路的歐姆定律是：導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度，跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟這段導(dǎo)體的電阻成反比。

全電路的歐姆定律是：電路中的電流強(qiáng)度跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟整個(gè)電路的電阻（外電路電阻和電源電阻）成反比。

為了紀(jì)念歐姆，后人將電阻的單位命名為“歐姆”，簡(jiǎn)稱(chēng)為“歐”。

在研究電磁學(xué)的人中，法拉第是一位屢建奇功的英雄。

1791年9月22日，邁克爾·法拉第出生于英國(guó)薩里郡的一個(gè)鐵匠家庭。由于家里貧窮，生活都難以維持，就談不上送法拉第去讀書(shū)了。1796年，為了擺脫貧困，父親帶著全家來(lái)到繁華的倫敦，住在曼徹斯特廣場(chǎng)一家馬廠行的樓上。

環(huán)境雖然變了，但是生活的貧困依然沒(méi)有改變，童年的法拉第只好在曼徹斯特廣場(chǎng)和查里斯大街度過(guò)。

1804年，法拉第到附近黎保的書(shū)報(bào)店當(dāng)報(bào)童，第二年轉(zhuǎn)為店里的裝訂工人。利用裝訂書(shū)籍的空閑，法拉第貪婪地閱讀著剛訂好的書(shū)。書(shū)籍開(kāi)闊了他的視野，增長(zhǎng)了他的知識(shí)。

在閱讀的大量書(shū)籍里，法拉第被《大英百科全書(shū)》中的電學(xué)部分和瑪西特夫人的《化學(xué)對(duì)話》所描述的奇妙現(xiàn)象深深地吸引住了，便按照書(shū)中的內(nèi)容進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。

法拉第沒(méi)有想到，正是書(shū)中的奇妙現(xiàn)象，促使他學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，并改變了自己的命運(yùn)，最終成為偉大的科學(xué)家。

1812年，法拉第作為一名裝訂工的學(xué)徒已經(jīng)期滿(mǎn)，為了生活，也為了自己的志趣，他又成為法國(guó)人羅歇的印刷所裝訂工。

這一年，法拉第聽(tīng)了一次皇家學(xué)院大化學(xué)戴維的化學(xué)講演，并且能夠聽(tīng)懂。他非常高興，多年來(lái)自己對(duì)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)已經(jīng)達(dá)到了一定的程度。

接連幾天，法拉第總是在想：要是能到皇家實(shí)驗(yàn)室去工作，那該多好啊！強(qiáng)烈的科學(xué)欲望促使他冒昧地給皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)班克斯寫(xiě)了一封信，懇求獲得一份科研工作。結(jié)果是可想而知的，信發(fā)出后如石沉大海，毫無(wú)音訊。

法拉第并不死心，決定再給戴維寫(xiě)封信，碰碰運(yùn)氣。

碰巧的是，皇家學(xué)院解雇了一名助理實(shí)驗(yàn)員，法拉第又以他的化學(xué)知識(shí)和見(jiàn)解受到戴維的賞識(shí)。這樣，法拉第成為戴維的助手，踏上夢(mèng)寐以求的科學(xué)征途。

一開(kāi)始，法拉第在實(shí)驗(yàn)室的工作是，洗瓶子、擦桌子、掃地板，與其說(shuō)是助手，倒不如說(shuō)是實(shí)驗(yàn)室的勤雜工、戴維的仆人。

但是沒(méi)過(guò)多久，法接第就向戴維證明了，他比一個(gè)勤雜工要高明得多。他頭腦靈敏，有分析力，不時(shí)恭敬地提出一些建議，令戴維刮目相看，于是戴維允許他參加自己的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作，而他也能比較準(zhǔn)確地完成各項(xiàng)任務(wù)。

1813年10月1日，戴維夫婦去歐洲大陸旅行。法拉第作為戴維的“哲學(xué)助手”陪伴他到歐洲各大城市去講學(xué)。

法拉第在日記中寫(xiě)道：“今天早晨迎來(lái)了我一生中的新時(shí)代。在我的記憶中，我從未到過(guò)離倫敦12英里以外的地方，現(xiàn)在我可能要離開(kāi)它若干年，去訪問(wèn)那些遙遠(yuǎn)的地方?！?/p>

在旅行期間，法拉第游歷了巴黎、羅馬、米蘭等城市，結(jié)識(shí)了許多有名的科學(xué)家。

1816年，法拉第在戴維的指導(dǎo)下發(fā)表了第一篇論文：《多斯加尼本土生石灰的分析》。1825年，他第一次在實(shí)驗(yàn)中制取了苯。這一年，在戴維的推薦下，法拉第被任命為皇家研究院實(shí)驗(yàn)室主任。

丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)，法國(guó)物理學(xué)家安培研究出電流產(chǎn)生磁力，使歐洲大陸掀起研究電磁學(xué)的熱潮。在這一領(lǐng)域，英國(guó)相對(duì)落后，1821年9月，奧斯特的實(shí)驗(yàn)成果傳到英國(guó)后，戴維和法拉第立即進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

不久，戴維要從事其他研究，法拉第就單獨(dú)進(jìn)行電和磁之間現(xiàn)象與本質(zhì)的研究。

既然電流能產(chǎn)生磁力，那么磁力能否產(chǎn)生電流呢？法拉第按這一設(shè)想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)法拉第還是一個(gè)裝訂工時(shí)，就對(duì)電學(xué)產(chǎn)生了興趣，在伏打電池的吸引下做過(guò)最初的實(shí)驗(yàn)，在擔(dān)任戴維的助手后，即進(jìn)行了一系列的電學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而為電磁學(xué)研究打下了良好的基礎(chǔ)。

1831年，法接第成功地做出了磁生電的實(shí)驗(yàn)。

在一個(gè)圓磁鐵環(huán)的兩邊，各繞上絕緣的互不相連的線圈，把一組線圈的兩端與電流計(jì)相連，當(dāng)他把另一組線圈與伏打電池接通時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)的指針立即發(fā)生了偏轉(zhuǎn)；而當(dāng)電源接好后，指針又回到原來(lái)的位置。當(dāng)切斷電源時(shí)，指針又偏轉(zhuǎn)了，然后又回到了初始位置。

始何解釋這種現(xiàn)象呢？經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和思考，法拉第認(rèn)為：當(dāng)接通電源時(shí)，由電流產(chǎn)生的磁力線影響了另一組線圈，使它帶上電流，因此電流計(jì)的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。而切斷電源時(shí)，指針又動(dòng)，說(shuō)明電流的產(chǎn)生與磁力線的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

這樣，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，電路中就有電流產(chǎn)生，這個(gè)電流就是感生電流。

后來(lái)，他進(jìn)一步確立了電磁感應(yīng)的基本定律，被稱(chēng)為法拉第電磁感應(yīng)定律：電路中感生電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化成正比。這一發(fā)現(xiàn)成為現(xiàn)代電工學(xué)的基礎(chǔ)，用于發(fā)電、送電等技術(shù)。

法拉第在電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上，制成了一架儀器，能使磁針不停地圍繞著固定的導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)，從而弄清楚了電動(dòng)機(jī)的工作原理。遺憾的是，他沒(méi)有對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的研制，又轉(zhuǎn)人電化學(xué)的研究。

感生電流的發(fā)現(xiàn)，充分揭示了磁和電的內(nèi)在聯(lián)系，電不僅能轉(zhuǎn)化為磁，而且磁也能轉(zhuǎn)化為電。同時(shí)，為人類(lèi)利用新能源開(kāi)辟了前景，預(yù)示著人類(lèi)將要進(jìn)人電氣時(shí)代。

1833年，法拉第在實(shí)驗(yàn)中得出兩條電解定律，被稱(chēng)為法拉第電解定律。

法拉第第一電解定律是：電解時(shí)，在電極上析出的物質(zhì)的質(zhì)量和通過(guò)電解液的電流強(qiáng)度及通電時(shí)間成正比。

法拉第第二電解定律是：一定量的電量所析出的物質(zhì)的質(zhì)量與該物質(zhì)的化學(xué)當(dāng)量成正比。

在發(fā)現(xiàn)電解定律的過(guò)程中，法拉第最先使用了電極、陽(yáng)極、陰極、離于、陽(yáng)離子、陰離子等名詞。

1843年，法拉第第一個(gè)證明了電荷守恒定律，認(rèn)為電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅。只能在物體內(nèi)或在幾個(gè)物體之間相互轉(zhuǎn)移，電荷的代數(shù)和是守恒的。

法拉第還提出了電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電力線、磁力線的概念，否定超距作用說(shuō)，認(rèn)為電力和磁力是通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)傳遞的，并用電力線和磁力線直觀描述電場(chǎng)和磁場(chǎng)。

1845年9月，法拉第在一次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了旋光效應(yīng)，這就是著名的法拉第效應(yīng)。在他用磁力線測(cè)試不同物體的磁效應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)透明固體和液體中的光的偏振面發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。對(duì)此，法拉第解釋為“光線被磁化了”，這實(shí)際上是后來(lái)光的電磁說(shuō)的萌芽。

上述成就是法拉第在各種自然力是統(tǒng)一的前提下長(zhǎng)期探索的結(jié)果。

法拉第杰出的實(shí)驗(yàn)成就奠定了電磁學(xué)的基礎(chǔ)，開(kāi)創(chuàng)了電磁學(xué)研究的新時(shí)代。

由于法拉第沒(méi)有受過(guò)正規(guī)教育，完全靠自學(xué)走上科學(xué)道路，對(duì)數(shù)學(xué)是不精通的。雖然在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了感生電流、電解定律、旋光效應(yīng)，取得了杰出的成就，但對(duì)它們無(wú)法進(jìn)行充分的數(shù)理分析和論證，以致有人說(shuō)他的《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》是一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告匯編。

運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)一步總結(jié)當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)電磁學(xué)成就，建立經(jīng)典電磁學(xué)理論大廈的，是英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋，電磁學(xué)理論創(chuàng)立人。

今天，我們生活在電波世界里，電視、廣播、通訊、雷達(dá)等，都是通過(guò)電磁波來(lái)傳播信息的。然而在上個(gè)世紀(jì)前期，人們根本不知道什么是電磁波。

有一位物理學(xué)家，從理論上總結(jié)了人類(lèi)對(duì)電磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，創(chuàng)立了電磁學(xué)理論，預(yù)見(jiàn)了電磁波的存在，在科學(xué)上取得了偉大的成就。他的成就可與牛頓和愛(ài)因斯坦相提并論，可是很少有人知道他的名字。

他的名字叫詹姆斯·克拉克·麥克斯韋。

1831年11月13日，麥克斯韋出生在蘇格蘭古愛(ài)丁堡。恰好是這一年，法拉第發(fā)現(xiàn)了感生電流。

麥克斯韋的父親是一名律師，但對(duì)科學(xué)技術(shù)非常熱心，經(jīng)常去聽(tīng)愛(ài)丁堡皇家學(xué)會(huì)的科學(xué)講座，這對(duì)幼年的麥克斯韋有一定的影響。

麥克斯韋小時(shí)候總是提出各種各樣的問(wèn)題。當(dāng)他看到清晨的太陽(yáng)冉冉升起時(shí)，便問(wèn)“太陽(yáng)為什么是紅的？”當(dāng)看見(jiàn)樹(shù)木郁郁蔥蔥枝繁葉茂時(shí)，便問(wèn)“樹(shù)木為什么朝天上長(zhǎng)？”當(dāng)看見(jiàn)夜晚的天空繁星閃爍時(shí)，便問(wèn)“天上的星星有多少顆？”

對(duì)于兒子天真無(wú)邪的提問(wèn)，父親很高興。他是一個(gè)思想開(kāi)放、講究實(shí)際的人，既然兒子對(duì)自然科學(xué)感興趣，就帶著兒子一起聽(tīng)科學(xué)講座，使小麥克斯韋受到了不少科學(xué)熏陶。

麥克斯韋在8歲時(shí)，母親不幸因病去世，從此和父親相依為命。10歲時(shí)，他進(jìn)入愛(ài)丁堡中學(xué)學(xué)習(xí)，非常勤奮。課外，其他同學(xué)都玩去了，只有麥克斯韋一個(gè)人躲在教室里，專(zhuān)心致志的演算數(shù)學(xué)題。

在他13歲時(shí)，學(xué)校舉行了數(shù)學(xué)和詩(shī)歌比賽，兩科比賽的一等獎(jiǎng)是同一個(gè)人。這個(gè)人不是別人，正是出類(lèi)拔革的麥克斯韋。

14歲時(shí)，他寫(xiě)了一篇數(shù)學(xué)論文——《關(guān)于橢圓曲線的作圖和多焦點(diǎn)橢圓曲線》，發(fā)表在《愛(ài)丁堡皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》上，顯示了他的數(shù)學(xué)才華。他的父親為此感到非常自豪。

1847年，16歲的麥克斯韋中學(xué)畢業(yè)后，考人蘇格蘭最高學(xué)府愛(ài)丁堡大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)物理。

他的成績(jī)依然是最優(yōu)秀的。有一次，他指出一位講師的公式推導(dǎo)有錯(cuò)誤，這位講師根本不相信，并說(shuō)：“這是不可能的，如果要是你的推導(dǎo)對(duì)了，我就叫他麥?zhǔn)焦??！比欢v師經(jīng)過(guò)仔細(xì)的驗(yàn)算，證實(shí)還是自己錯(cuò)了。

在愛(ài)丁堡大學(xué)，麥克斯韋又發(fā)表了兩篇論文：《關(guān)于旋輸線》、《論彈性體的平衡》，使他的數(shù)學(xué)水平進(jìn)一步提高，為后來(lái)經(jīng)典電磁學(xué)理論的建立打下了良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

1850年，麥克斯韋考人劍橋大學(xué)三一學(xué)院。

麥克斯在這里讀了大量的科學(xué)專(zhuān)著。他的學(xué)習(xí)方法不是循序漸進(jìn)，井井有條，而是不注意系統(tǒng)性。有時(shí)候，為了鉆研一個(gè)問(wèn)題，往往幾個(gè)星期都目不旁顧；有時(shí)候，又見(jiàn)到什么讀什么，五花八門(mén)，漫無(wú)邊際。

勤奮學(xué)習(xí)和善于思考的麥克斯韋，需要名師指導(dǎo)，才能放出異彩。

劍橋大學(xué)著名的數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家霍普金斯，有一天去圖書(shū)館借一部數(shù)學(xué)專(zhuān)著，不巧被人借走了，撲了個(gè)空；一天再去借一本數(shù)學(xué)期刊時(shí)，又被人捷足先登。

書(shū)刊沒(méi)有借到，又浪費(fèi)了寶貴的時(shí)間，對(duì)于特別珍惜時(shí)間的教授來(lái)說(shuō)，怎能不心煩呢。為了查找一個(gè)資料，霍普金斯便問(wèn)圖書(shū)管理員，是誰(shuí)借去了這本書(shū)。

“被麥克斯韋借去了?！?/p>

“這本書(shū)很深?yuàn)W，學(xué)生是難以看懂的，這個(gè)學(xué)生借這本書(shū)干什么？”

霍普金斯這樣想著，強(qiáng)烈的好奇心驅(qū)使他來(lái)到麥克斯韋的宿舍。只見(jiàn)房間亂糟糟的，他要借的書(shū)攤在桌子上，另外還有幾本書(shū)橫七豎八地?cái)[著，一個(gè)小伙子正在認(rèn)真的攻讀，埋頭在摘抄，筆記本上涂得亂七八糟。

憑直覺(jué)，這不是一般的學(xué)生，將來(lái)定能有所建樹(shù)，霍普金斯高興地說(shuō)：

“小伙子，無(wú)論是生活還是學(xué)習(xí)，都要有秩序，否則是難成大器的?！?/p>

就這樣，麥克斯韋幸運(yùn)地得到了這位著名教授的器重，可以說(shuō)是伯樂(lè)智識(shí)千里馬。

霍普金斯首先幫助麥克斯韋克服了雜亂無(wú)章的學(xué)習(xí)方法，并對(duì)他進(jìn)行了嚴(yán)格的訓(xùn)練，每一個(gè)選題，每步運(yùn)算都要求極嚴(yán)。

麥克斯韋在名師指點(diǎn)下，很快掌握了當(dāng)時(shí)所有先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法，并對(duì)光、熱、電、磁等各種物理問(wèn)題產(chǎn)生了濃厚的興趣，成績(jī)優(yōu)異，在畢業(yè)學(xué)位考試中，獲得第二名。

霍普金斯為有這樣的學(xué)生而感到自豪，他說(shuō)：“在我教過(guò)的所有學(xué)生中，毫無(wú)疑問(wèn)，這是我遇到的最杰出的一個(gè)！”

在劍橋大學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，麥克斯韋打下了良好的數(shù)理基礎(chǔ)，同時(shí)也在教授的指導(dǎo)下練就了嫻熟的實(shí)驗(yàn)技巧，為以后的研究和用數(shù)學(xué)分析方法、總結(jié)實(shí)驗(yàn)成果鋪平了道路。

1854年，麥克斯韋在劍橋大學(xué)畢業(yè)，即留校任教，開(kāi)始了他的教學(xué)和科學(xué)生涯。

工作不久，麥克斯韋讀到了法拉第的名著《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》，立即被書(shū)中的實(shí)驗(yàn)和新穎的見(jiàn)解吸引住了。

作為實(shí)驗(yàn)大師，法拉第有許多過(guò)人之處，但是他幾乎沒(méi)有數(shù)學(xué)功底，只能用直觀的形式來(lái)表達(dá)他的創(chuàng)見(jiàn)。當(dāng)時(shí)，“超距作用”的傳統(tǒng)觀念還影響很深。因此，一般的理論物理學(xué)家都瞧不起法拉第，對(duì)他的工作不以為然。

甚至有位天文學(xué)家公開(kāi)宣稱(chēng)：“誰(shuí)要是在精確的超距作用和模糊的力線觀念之間有所遲疑，那簡(jiǎn)直就是對(duì)牛頓的褻瀆！”

但麥克斯韋通過(guò)對(duì)法拉第著作的刻苦攻讀，相信其中包含的真理，并悟出了力線思想的寶貴價(jià)值。這位初出茅廬的青年科學(xué)家決心用數(shù)學(xué)定量表述來(lái)豐富法拉第的電磁理論。

麥克斯韋精心研究了法拉第的“力線”概念，在1885年發(fā)表了第一篇電磁學(xué)論文——《論法拉第的力線》。通過(guò)數(shù)學(xué)方法，他把電流周?chē)嬖诖帕€的特征，概括為一個(gè)矢量微分方程，導(dǎo)出了法拉第的結(jié)論。

這一年，法拉第告老退休，結(jié)束了30多年的電磁學(xué)研究，在科學(xué)筆記上寫(xiě)下了最后一頁(yè)。而麥克斯韋以這篇論文接過(guò)了法拉第手中的熊熊火炬，開(kāi)始向電磁學(xué)領(lǐng)域的縱深挺進(jìn)。

1860年，麥克斯韋受聘于倫敦皇家學(xué)院。

在研究電和磁的關(guān)系中，以前一直認(rèn)為電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)電流是指?jìng)鲗?dǎo)電流，法拉第也是這樣認(rèn)為的。麥克斯韋在實(shí)驗(yàn)中有了新的發(fā)現(xiàn)。

把兩塊中間夾著介質(zhì)的金屬板，也即是電容器，接在交變電源上，介質(zhì)內(nèi)并不存在自由電荷，也就是沒(méi)有傳導(dǎo)電流，但磁場(chǎng)卻同樣存在。

這個(gè)磁場(chǎng)是怎樣產(chǎn)生的呢？麥克斯韋經(jīng)過(guò)研究和分析，認(rèn)為這里的磁場(chǎng)是由另一種類(lèi)型的電流產(chǎn)生的，這種電流存在于任何電場(chǎng)變化的電介質(zhì)中。他把這種電流稱(chēng)為“位移電流”，指出在位移電流的周?chē)臻g同樣產(chǎn)生磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)和傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)完全一樣。

1862年，麥克斯韋發(fā)表了《論物理力線》的論文。這篇論文是他在電磁學(xué)理論方面的第二篇論文，已經(jīng)不再是法拉第觀點(diǎn)的數(shù)學(xué)翻譯了，而是有了重大的引申和發(fā)展，首創(chuàng)了“位移電流”的新概念，指出不僅變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，而且變化的電場(chǎng)也產(chǎn)生磁場(chǎng)。

在這篇論文中，麥克斯韋還預(yù)見(jiàn)了電磁波的存在。在研究電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交相變化過(guò)程時(shí)，他認(rèn)識(shí)到這種相互變化的電磁場(chǎng)以波的形式向空間散布，由近及遠(yuǎn)。

他還對(duì)電磁學(xué)的定律進(jìn)行了高度的概括，寫(xiě)出了數(shù)學(xué)方程，導(dǎo)出了電磁場(chǎng)的能量密度和電磁波的能量密度，指出電磁波就是能量的流動(dòng)過(guò)程，從而說(shuō)明了電磁波的物質(zhì)性。

但是麥克斯韋并沒(méi)有用實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)電磁波的存在。

1864年，麥克斯韋發(fā)表他的第三篇電磁學(xué)論文《電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論》。在這篇論文里，麥克斯韋方程更完備了，它導(dǎo)出了電場(chǎng)與磁場(chǎng)的波動(dòng)方程，其波的傳播速度正好等于光的速度。這啟發(fā)他提出了光的電磁學(xué)說(shuō)，指出光也是一種電磁波，只不過(guò)是一種頻率很低的電磁波，從而進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了光的本質(zhì)。

1873年，麥克斯韋出版了他的電磁學(xué)專(zhuān)著《電磁學(xué)通論》。

這部著作全面而系統(tǒng)地總結(jié)了電磁學(xué)研究的成果，成為電磁學(xué)的經(jīng)典理論著作。這部著作的巨大意義，可與牛頓的《自然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理》相媲美。如果說(shuō)帕然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理》是對(duì)經(jīng)典力學(xué)的大綜合，成為力學(xué)發(fā)展的里程碑，那么《電磁學(xué)通論》就是對(duì)電磁學(xué)的大綜合，成為電磁學(xué)發(fā)展的里程碑。

在這部著作里，麥克斯韋以他特有的數(shù)學(xué)語(yǔ)言，建立了電磁學(xué)的微分方程組，揭示了電荷、電流、電場(chǎng)、磁場(chǎng)之間的普遍聯(lián)系。這個(gè)電磁學(xué)方程，就是后來(lái)以他的名字著稱(chēng)的“麥克斯韋方程”。

麥克斯韋方程包括四個(gè)方面的內(nèi)容：

1.法拉第感應(yīng)定律；

2.描述電磁場(chǎng)對(duì)位移電流密度和傳導(dǎo)電流密度的關(guān)系；

3.相當(dāng)于庫(kù)侖定律；

4.表明了除電源外，沒(méi)有其他磁場(chǎng)源。

在《電磁學(xué)通論》中，電磁場(chǎng)、電磁波、光的電磁說(shuō)都具有了嚴(yán)密的理論形態(tài)與數(shù)學(xué)模型，使電磁學(xué)發(fā)展到了高峰。

這樣，一座宏偉的經(jīng)典電磁學(xué)的理論大廈就由麥克斯韋建立起來(lái)了。

為了紀(jì)念他，人們把電磁單位制的磁通量單位定名為“麥克斯韋”。

真的有一種看不見(jiàn)、摸不著、玄而又玄的電磁波嗎？一些守舊的學(xué)者搖頭晃腦地望著天空，大加反對(duì)。

能否證明有電磁波的存在，是檢驗(yàn)麥克斯韋理論的關(guān)鍵。

當(dāng)人們對(duì)電和磁的理論認(rèn)識(shí)處于莫衷一是的狀態(tài)時(shí)，在德國(guó)卻有人認(rèn)真地從事電磁理論的研究。最先力圖證明電磁理論正確的是玻爾茲曼，但是沒(méi)有成功。不久，赫爾姆霍茨加入了這一行列，而他的學(xué)生赫茲最終攻下了電磁波這個(gè)堡壘。

赫茲于1857年2月22日生于德國(guó)漢堡，在1880年以?xún)?yōu)異成績(jī)獲得了博士學(xué)位，隨后當(dāng)了赫爾姆霍茨的助教，在老師的影響下，對(duì)電磁學(xué)進(jìn)行了深入的研究。

赫茲認(rèn)為，麥克斯韋的理論比各種超距作用理論更令人信服。他說(shuō)：“假使在通常的體系和麥克斯韋的體系之中僅能選擇一個(gè)，那么后者無(wú)疑是占優(yōu)勢(shì)的?！庇谑?，他決心用實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。

1883年，赫茲到基爾大學(xué)任理論物理學(xué)講師。就在這一年，愛(ài)爾蘭教授菲茨杰拉德根據(jù)麥克斯韋的理論作出一個(gè)推論，就是如果麥克斯韋的理論正確，那么萊頓瓶在振蕩放電時(shí)，即可產(chǎn)生電磁波。

那么，如何測(cè)出電磁波呢？

1885年，赫茲被聘為卡爾斯魯厄工業(yè)學(xué)校的物理學(xué)教授，即開(kāi)始了后來(lái)使他名垂史冊(cè)的電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，赫茲在1886年秋發(fā)明了一種電波環(huán)。他把一根粗銅線彎成圓環(huán)狀，環(huán)的兩端分別連著金屬小球。這是一個(gè)十分簡(jiǎn)單但卻非常有效的電磁波檢測(cè)器。

1888年，赫茲終于發(fā)現(xiàn)了人們所懷疑的電磁波。

赫茲在兩塊正方形鋅板的邊緣中心，各接一根鋼棒，然后使兩根銅棒相隔一定距離并彼此絕緣而組成一個(gè)振蕩器。在暗室中將電波環(huán)放置在距振蕩器10米處。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，將感應(yīng)圈的高壓電引至振蕩器的兩根銅棒上，使兩銅棒間產(chǎn)生電火花，由此而輻射電磁波。

歷史性的時(shí)刻到來(lái)了！

電波環(huán)的兩個(gè)小球間閃現(xiàn)了電火花，這正是振蕩器輻射的電磁波！

緊接著，赫茲進(jìn)一步用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波可以反射、折射、產(chǎn)生駐波，并測(cè)定了電磁波的傳播速度。

赫茲在一間大而暗的教室墻上，安置了一塊金屬板。根據(jù)波動(dòng)理論，如果電磁波能被反射，則反射波和人射波疊加應(yīng)產(chǎn)生駐波。赫茲在金屬板的對(duì)面放置有感應(yīng)圈的振蕩器，證實(shí)了振蕩器發(fā)射的電磁波和金屬板反射的電磁波疊加形成駐波。

赫茲還測(cè)定了電磁波的波長(zhǎng)，計(jì)算出電磁波的傳播速度，這個(gè)速度和光速的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值非常接近，再次肯定了電磁波是以光速傳播的。

他還用一塊有孔的屏阻擋電波，使電波產(chǎn)生衍射；將電波通過(guò)一塊大的瀝青棱鏡，證明電波像光波一樣的折射，等等。

這些實(shí)驗(yàn)令人信服的地證明了電磁波是存在的，而且電磁波和光是統(tǒng)一的，有力地支持了麥克斯韋的電磁理論。

赫茲的實(shí)驗(yàn)轟動(dòng)了全世界的科學(xué)界。這樣，由法拉第開(kāi)創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取得了決定性的勝利！有趣的是，赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波時(shí)和麥克斯韋預(yù)見(jiàn)電磁波時(shí)年齡一樣大，都是31歲。然而麥克斯韋無(wú)法見(jiàn)到這一天了，但是，他的遺愿終于實(shí)現(xiàn)了。

電磁波的發(fā)現(xiàn)對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生了巨大的影響。6年后，意大利的馬可尼、俄國(guó)的波波夫?qū)崿F(xiàn)了無(wú)線電傳播，其他無(wú)線電技術(shù)如無(wú)線電報(bào)、無(wú)線電話、電視、雷達(dá)、衛(wèi)星通信等等，像雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)了。

法拉第、麥克斯韋、赫茲將名垂千古！

在電磁理論逐漸完善的同時(shí)，技術(shù)發(fā)明也一個(gè)接一個(gè)地實(shí)現(xiàn)了。

19世紀(jì)電學(xué)的發(fā)明主要有電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電報(bào)、電話、電照明等，這些發(fā)明導(dǎo)致了第二次技術(shù)革命，從而使人類(lèi)進(jìn)人電氣時(shí)代。

在電機(jī)史上，電動(dòng)機(jī)的誕生比發(fā)電機(jī)早。

電磁效應(yīng)和安培定則，揭示了電和磁的相互作用能產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)用，奠定了電動(dòng)機(jī)的理論基礎(chǔ)。

1821年，法拉第試制出了一種將電能轉(zhuǎn)化為磁能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的實(shí)驗(yàn)裝置，這就是最初的直流電動(dòng)機(jī)。

英國(guó)電學(xué)家斯特金通過(guò)實(shí)驗(yàn)，將電能轉(zhuǎn)化為磁能，在1823年發(fā)明了電磁鐵。

1831年，美國(guó)電學(xué)家亨利以伏打電池為電源，并引用了電磁鐵，試制出一臺(tái)電動(dòng)機(jī)模型，產(chǎn)生的動(dòng)能比法拉第的裝置要大，向?qū)嵱秒妱?dòng)機(jī)的發(fā)展邁進(jìn)了一步。

但是早期的電動(dòng)機(jī)使用的電源是伏打電池，提供的電流有限，功率極其微弱，沒(méi)有什么實(shí)際意義。因此，必須尋找強(qiáng)大的電源，才能產(chǎn)生更大的動(dòng)能。這樣，電動(dòng)機(jī)的試制推動(dòng)了發(fā)電機(jī)的試制。

世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)是由法國(guó)的皮克西制成的。

皮克西是法國(guó)電學(xué)工程師，1832年成功地試制出一臺(tái)手搖永久磁鐵旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)。這臺(tái)發(fā)電機(jī)的線圈是固定的，它運(yùn)用手輪轉(zhuǎn)動(dòng)形磁鐵，使磁鐵相對(duì)于線圈運(yùn)動(dòng)。在這臺(tái)發(fā)電機(jī)中，裝上了最初的換向器，把發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電變?yōu)楣I(yè)生產(chǎn)所需要的直流電。

但這臺(tái)永磁式電機(jī)設(shè)備笨重，又要用手搖，從而難以提高轉(zhuǎn)速，輸出的電壓很低，實(shí)用價(jià)值不大。

1834年，俄國(guó)科學(xué)家雅科比制成一臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)。雅科比不用永久磁鐵，而用幾個(gè)磁性很強(qiáng)的電磁鐵來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，他設(shè)計(jì)的換向器可看做近代換向器的胚芽。

為了試驗(yàn)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)，雅科比把它裝在輪船上，制成了第一艘電動(dòng)輪船，在涅瓦河上航行。由于電源沒(méi)有保證，成本高，不能和蒸汽輪船匹敵。但是雅科比電動(dòng)機(jī)由實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥呦蛄藢?shí)用，并進(jìn)一步促使發(fā)電機(jī)的試制。

1834年，英國(guó)的克拉克試制成功了實(shí)驗(yàn)室使用的直流發(fā)電機(jī)。該機(jī)產(chǎn)生的電壓高于一般電池組，還配制了各種線圈，以供需要不同電流時(shí)使用。

1854年，丹麥的喬爾塞在發(fā)電機(jī)中不但裝有永磁鐵，還加裝了電磁鐵，試制成功了一種永磁鐵和電磁鐵混合激磁的混激式發(fā)電機(jī)，功率有明顯的提高。

后來(lái)，人們發(fā)明了自激式發(fā)電機(jī)，利用發(fā)電機(jī)本身的電勢(shì)來(lái)產(chǎn)生激磁電流，從而使發(fā)電機(jī)的制造進(jìn)入了一個(gè)新的階段。對(duì)自激式發(fā)電機(jī)做出卓越貢獻(xiàn)的是文爾德和西門(mén)子。

1863年，發(fā)電機(jī)制造家文爾德制成了自激式發(fā)電機(jī)，取得了英國(guó)專(zhuān)利，而亨有盛名。這種發(fā)電機(jī)用電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的電磁鐵代替永久磁鐵，并運(yùn)用自激原理，產(chǎn)生較強(qiáng)的電流。

文爾德在向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)遞交的論文《新的大功率發(fā)電機(jī)》中，指出一個(gè)無(wú)限小的電流或磁力能夠產(chǎn)生一個(gè)無(wú)限大的電流，對(duì)自激原理有了清楚的認(rèn)識(shí)。

文爾德接著申請(qǐng)自激原理的專(zhuān)利，他在申請(qǐng)書(shū)中說(shuō)，自激磁場(chǎng)依賴(lài)于原來(lái)磁場(chǎng)系統(tǒng)的剩磁。這就是說(shuō)，原來(lái)磁極中存在著剩磁，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)可在轉(zhuǎn)子電樞中感應(yīng)出電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)又可給激磁繞組供應(yīng)激磁電流，所以稱(chēng)為激磁。

1867年，德國(guó)發(fā)明家西門(mén)子利用自激原理，制成了比較完善的發(fā)電機(jī)。

維納·西門(mén)子，于1816年12月13日出生在德國(guó)漢諾威，祖輩是世代耕種土地的貧困佃農(nóng)，由于家庭極其困難，無(wú)力繼續(xù)接受高等教育，便考進(jìn)了既不花錢(qián)又可求學(xué)的柏林炮兵軍事學(xué)校。

德國(guó)在19世紀(jì)初就不斷進(jìn)行戰(zhàn)爭(zhēng)，于是大力發(fā)展軍事教育。西門(mén)子接受了比較良好的工程技術(shù)訓(xùn)練，具有一定的科學(xué)素養(yǎng)和科研能力。

西門(mén)子在炮兵學(xué)校畢業(yè)后，成為炮兵少尉，可是不久違反了軍紀(jì)而入獄。就在坐牢期間，他發(fā)明了電鍍法，成功地實(shí)現(xiàn)了金屬器皿的電鍍，當(dāng)同伴拿著他制作的鍍金的金鑰匙時(shí)，簡(jiǎn)直不敢相信是出自這位炮兵少尉之手。

西門(mén)子兄弟四人都是出色的發(fā)明家，老大是維納，老二是威廉，老三是弗里德里希，老小是卡爾。

維納出獄后，轉(zhuǎn)到火花制造隊(duì)。1847年，他退役后和機(jī)械工哈爾斯克一起開(kāi)辦了一個(gè)小電信機(jī)工廠。這時(shí)候弟弟卡爾已成為實(shí)業(yè)家，幫助兄長(zhǎng)成立了西門(mén)子公司，以生產(chǎn)電器設(shè)備為主，并建立了科研實(shí)驗(yàn)室。

西門(mén)子發(fā)明電鍍時(shí)，使用的電源是伏打電池，但功率甚低，隨后改為永磁鐵發(fā)電機(jī)，不久又改用電磁鐵發(fā)電機(jī)。在這個(gè)過(guò)程中，西門(mén)子著手研制功率更大的發(fā)電機(jī)。

1866年，維納向柏林科學(xué)院遞交一篇論文，闡述他的發(fā)電機(jī)自激原理。1867年初，其弟卡爾把他的論文內(nèi)容告訴了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)，并展示了自激發(fā)電機(jī)模型而公諸于世。

西門(mén)子發(fā)電機(jī)用強(qiáng)有力的電磁代替?zhèn)鹘y(tǒng)的永久磁鐵，并用發(fā)電機(jī)本身產(chǎn)生的一部分電向電磁鐵供應(yīng)，使電磁鐵得到一種自饋電流，從而大大加強(qiáng)電磁鐵的磁場(chǎng)，最終進(jìn)一步提高了發(fā)電機(jī)的功率。

西門(mén)子發(fā)電機(jī)在技術(shù)史上的地位相當(dāng)于瓦特的蒸汽機(jī)，發(fā)電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)共同導(dǎo)致以電為標(biāo)志的第二次工業(yè)革命，具有劃時(shí)代的偉大意義。

從發(fā)電機(jī)的發(fā)明開(kāi)始到西門(mén)子發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)，為人類(lèi)利用能源開(kāi)辟了道路，以電為基礎(chǔ)的新的技術(shù)發(fā)明不斷出現(xiàn)，電報(bào)、電話、電燈、電影等應(yīng)運(yùn)而生。

古希臘人馬拉松跑了幾十公里把希波戰(zhàn)爭(zhēng)的消息傳到雅典，這是現(xiàn)代馬拉松長(zhǎng)跑的起源。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，貿(mào)易交往的增加，金融情報(bào)及各種情報(bào)需要迅速的傳播，古代長(zhǎng)跑的方式已不能滿(mǎn)足需要了，就是利用蒸汽機(jī)車(chē)和輪船也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

當(dāng)電登上歷史舞臺(tái)的時(shí)候，立即引起人們的注意，各種原始電報(bào)相繼出現(xiàn)。

當(dāng)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流可以影響磁針偏轉(zhuǎn)后，1820年，安培用26根導(dǎo)線連結(jié)發(fā)與收兩端各26個(gè)相對(duì)應(yīng)的英文字母，試制出了一種以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的磁針電報(bào)裝置。

1833年，德國(guó)數(shù)學(xué)家高斯和青年電學(xué)家韋伯在哥丁根建立了一個(gè)電報(bào)系統(tǒng)，它在相距為8000英尺的實(shí)驗(yàn)室和天文觀測(cè)站之間建立了電信系統(tǒng)。

真正使電報(bào)成為一種實(shí)用通訊設(shè)備的，是美國(guó)畫(huà)家莫爾斯。

一個(gè)外行的畫(huà)家怎么能是電報(bào)機(jī)的發(fā)明人呢？

1832年10月，莫爾斯乘坐“薩利”號(hào)郵輪從歐洲回國(guó)。當(dāng)時(shí)從巴黎電學(xué)討論會(huì)歸來(lái)的青年醫(yī)生杰克遜也在這一條船上，他大談安培電學(xué)的新發(fā)現(xiàn)，深深地吸引了莫爾斯。

莫爾斯回國(guó)后，就放棄了繪畫(huà)，潛心研究電報(bào)，此時(shí)已經(jīng)41歲。對(duì)于這般年紀(jì)的人，要丟掉熟悉的美術(shù)，從零開(kāi)始鉆研電學(xué)，此中艱辛，難以想象。

在研制電報(bào)的過(guò)程中，莫爾斯拜美國(guó)大電學(xué)家亨利為師，學(xué)習(xí)f必要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)幾年的探索，在1837年，莫爾斯發(fā)明了一套用點(diǎn)、劃組成的著名的“莫爾斯電碼”。

1844年5月24日，莫爾斯用一連串的點(diǎn)、劃成功地發(fā)出了電文，實(shí)現(xiàn)了第一次通話。當(dāng)年，莫爾斯在美國(guó)政府的資助下，建成了華盛頓到巴爾的摩之間的世界上第一條有線電報(bào)線路。后來(lái)，他的發(fā)明又被應(yīng)用于鐵路通訊，并在海底鋪設(shè)電纜，進(jìn)行環(huán)球通訊。

1895年，意大利物理學(xué)家馬可尼又發(fā)明了無(wú)線電報(bào)。

電報(bào)的發(fā)明是人類(lèi)通訊史上的一次革命。

當(dāng)莫爾斯電報(bào)廣泛應(yīng)用，成為一種新興的通信工具時(shí)，人們就想“既然電流能夠傳遞電波信號(hào)，為什么不能傳播音波信號(hào)呢？”如果用電纜直接通話，那該多方便??！

1876年，美國(guó)的貝爾首先發(fā)明了電話。

貝爾和麥克斯韋是同鄉(xiāng)，1847年生于英國(guó)愛(ài)丁堡的一個(gè)聲學(xué)世家，大學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)聲學(xué)，畢業(yè)后當(dāng)聾啞學(xué)校的教師。由于專(zhuān)業(yè)的原因，他研究過(guò)聽(tīng)和說(shuō)的生理功能，并潛心研究傳送聲音的“音樂(lè)電報(bào)”。

1869年，貝爾受聘為美國(guó)波士頓大學(xué)的聲學(xué)教授，教學(xué)之余，仍進(jìn)行電話研究。

在研究中，貝爾認(rèn)識(shí)到，要把聲音傳送出去，必須先在送話一端將聲音信號(hào)變成電信號(hào)，然后再在受話的一端將電信號(hào)變成聲音信號(hào)。

怎樣實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)換呢？

貝爾曾看到電報(bào)中，應(yīng)用了能夠把電信號(hào)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)化的電磁鐵，受到很大啟發(fā)。于是開(kāi)始設(shè)計(jì)制造磁式電話。

他最初把音叉放在帶芯的線圈前，音叉振動(dòng)引起鐵芯作相應(yīng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流信號(hào)傳到導(dǎo)線另一頭作相反轉(zhuǎn)換，變做聲信號(hào)。

隨后，貝爾又把音叉改換成能夠隨著聲音振動(dòng)的金屬片，把鐵芯改做磁棒，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，制成了實(shí)用的電話。

1876年2月14日，貝爾向政府提出了電話專(zhuān)利的申請(qǐng)。幾個(gè)小時(shí)后，美國(guó)的另一名電技工程師戈雷也提出了電話專(zhuān)利申請(qǐng)。但戈雷電話的送話器和受話器不在一個(gè)裝置中，使用時(shí)不如貝爾電話方便，加上時(shí)間在后，美國(guó)最高法院把電話的發(fā)明專(zhuān)利權(quán)判給了貝爾。

1881年，貝爾在美國(guó)建立了第一家著名的貝爾電話公司。1884年，波士頓和紐約之間架設(shè)了第一條長(zhǎng)途電話線路。電話的發(fā)明是人類(lèi)通訊史的又一次革命。

電報(bào)和電話被發(fā)明后，另一項(xiàng)影響最大的發(fā)明，就是電燈了。

電燈是美國(guó)的“發(fā)明大王”愛(ài)迪生在1879年發(fā)明的。從此，白熾電燈驅(qū)走了暗夜，使人類(lèi)第一次真正看到了電能的光輝。

很久以來(lái)，人類(lèi)一直使用約略看見(jiàn)東西的微弱火光來(lái)照明，直到1800年意大利人伏打發(fā)明電池才有變化。

把電轉(zhuǎn)化為光用作照明，是從英國(guó)科學(xué)家戴維開(kāi)始的。他用2000組伏打電池為電源，發(fā)明了電弧燈。但電弧燈價(jià)格昂貴，光線太強(qiáng)，不適宜普通照明。

當(dāng)發(fā)電機(jī)問(wèn)世，并能生產(chǎn)大量電流時(shí)，不久，愛(ài)迪生就發(fā)明了白熾電燈。

1847年2月11日，愛(ài)迪生出生在美國(guó)俄亥俄州的米蘭市，自幼身體瘦弱，不愛(ài)說(shuō)話，但極富幻想，愛(ài)動(dòng)腦筋思考問(wèn)題，對(duì)周?chē)囊磺惺挛锒汲錆M(mǎn)好奇心。在他5歲那一年，當(dāng)看到母雞孵小雞時(shí)，也異想天開(kāi)地蹲在雞窩里孵起小雞來(lái)。

父母到處在找小愛(ài)迪生，終于在雞窩里找到了他。

“你跑到雞窩里蹲著干什么？”

“我在孵小雞呀?！?/p>

“傻瓜，你怎么能孵出小雞呢！”說(shuō)著就把他拉了起來(lái)。

“母雞能孵出小雞，我為什么不能呢？”

就這樣，愛(ài)迪生什么事都想問(wèn)，什么事都要于。

7歲時(shí)，愛(ài)迪生上學(xué)了。

他仍然是尋根求源，問(wèn)一些與書(shū)本無(wú)關(guān)的問(wèn)題，而且還打破砂鍋問(wèn)到底。他的老師無(wú)法回答，便罵他是個(gè)小傻瓜，并用木板進(jìn)行體罰。

愛(ài)迪生的母親曾做過(guò)教師，懂得教育方法，對(duì)老師的做法很不滿(mǎn)，便一氣之下讓他退了學(xué)，決定自己教他。愛(ài)迪生接受學(xué)校的教育只有3個(gè)月，從此再?zèng)]有受過(guò)正規(guī)教育。

愛(ài)迪生一邊在父親的木工廠做工，一邊在母親的教育下讀書(shū)寫(xiě)字。

12歲時(shí)，由于家庭經(jīng)濟(jì)困難，愛(ài)迪生便到火車(chē)上當(dāng)報(bào)童，一邊賣(mài)報(bào)，一邊自學(xué)，閱讀了很多書(shū)籍，對(duì)化學(xué)和電學(xué)非常感興趣。

他利用積攢的錢(qián)，買(mǎi)了一些化學(xué)藥品，在火車(chē)上的吸煙室搞了個(gè)小實(shí)驗(yàn)室，做著各種有趣的實(shí)驗(yàn)。在15歲時(shí)，由于火車(chē)的震動(dòng)，把實(shí)驗(yàn)室的一瓶磷震倒了，磷遇空氣立即燃燒起來(lái)，引起一場(chǎng)大火，幸虧車(chē)上的搶救及時(shí)才沒(méi)有闖下大禍。

車(chē)長(zhǎng)惱羞成怒，狠狠地打了他一個(gè)耳光。愛(ài)迪生的右耳膜被震破，從此右耳就聾了。

愛(ài)迪生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)做不成了，但是卻意外地得到一個(gè)學(xué)習(xí)電學(xué)的機(jī)會(huì)。就在這年8月的一天，愛(ài)迪生正在一個(gè)小站上賣(mài)報(bào)，忽然看見(jiàn)一個(gè)小孩在鐵軌旁玩石子，而一列火車(chē)正飛馳而來(lái)。愛(ài)迪生迅速?zèng)_向鐵軌，救出小孩，與此同時(shí)，火車(chē)呼嘯而過(guò)，愛(ài)迪生摔倒在鐵軌旁，小孩得救了，而他的臉和手卻被劃破了。

小孩的父親是這個(gè)站的站長(zhǎng)，親眼目睹了這一驚人場(chǎng)面，感動(dòng)萬(wàn)分，以教愛(ài)迪生收發(fā)報(bào)技術(shù)作為回報(bào)。

對(duì)電學(xué)非常感興趣的愛(ài)迪生，十分珍惜這一難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，勤學(xué)苦練，在3個(gè)多月的時(shí)間里，就熟悉地掌握了收發(fā)電報(bào)的技術(shù)，并在那位站長(zhǎng)的推薦下，當(dāng)上了火車(chē)站的報(bào)務(wù)員。

在當(dāng)報(bào)務(wù)員時(shí)，愛(ài)迪生即用自己掌握的理論知識(shí)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)單路電報(bào)進(jìn)行改革，1869年，發(fā)明了可以在同一線路上同時(shí)發(fā)送兩路電報(bào)的雙重發(fā)報(bào)機(jī)。此時(shí)，他才22歲。

緊接著，愛(ài)迪生發(fā)明了一種商情自動(dòng)報(bào)價(jià)機(jī)，報(bào)酬是40000美金。他用這些錢(qián)開(kāi)了一家工廠，一心一意地從事發(fā)明工作。

1876年，愛(ài)迪生發(fā)明了留聲機(jī)。美國(guó)各大報(bào)紙都以醒目的標(biāo)題刊登了這條驚人的新聞：今日最大發(fā)明——一個(gè)會(huì)說(shuō)話的機(jī)器。

留聲機(jī)的發(fā)明，為愛(ài)迪生贏得了巨大的聲譽(yù)。

愛(ài)迪生沒(méi)有停留在榮譽(yù)面前，繼續(xù)沿著他的發(fā)明道路不斷前進(jìn)。

當(dāng)時(shí)家庭照明普遍采用煤油燈或煤氣燈。這些燈，光線雖柔和，但是亮度低，燃燒時(shí)有黑煙，還要添燃料擦燈罩?；」鉄綦m然亮度高，但光線太強(qiáng)，人眼不能直接看它，不適合家庭使用。

愛(ài)迪生陷入了沉思：怎樣使弧光燈的刺眼強(qiáng)光變得柔和呢？

英國(guó)人戴維曾發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流通過(guò)較細(xì)的白金絲時(shí)，白金絲會(huì)發(fā)出微弱的光來(lái)，但白金絲在空氣中很快就燒掉了。

但這微弱的光亮，使愛(ài)迪生看到了前進(jìn)的方向。

愛(ài)迪生進(jìn)行了大量的分析研究，夜以繼日地工作，有時(shí)候甚至幾天不合眼，實(shí)在困了，就趴在書(shū)上打個(gè)盹。以致有人說(shuō)：“愛(ài)迪生知識(shí)如此豐富，原來(lái)他連睡覺(jué)的時(shí)候都在吸收書(shū)里的營(yíng)養(yǎng)?！?/p>

通過(guò)不斷的研究和實(shí)驗(yàn)，愛(ài)迪生認(rèn)為，必須解決兩個(gè)問(wèn)題。一是玻璃泡里的空氣問(wèn)題，白金絲被燒掉，是空氣里的氧氣搗的鬼，空氣是發(fā)明電燈的大敵，因此，必須把玻璃泡里的空氣抽成真空。

二是改進(jìn)燈絲，尋找一種耐高溫的導(dǎo)體材料。

對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易解決，因?yàn)樵?875年，英國(guó)化學(xué)家克魯克斯發(fā)明過(guò)一種既迅速又經(jīng)濟(jì)的真空技術(shù)。

第二個(gè)問(wèn)題是難以解決的。究竟用什么材料來(lái)做燈絲呢？愛(ài)迪生紋盡腦汁，煞費(fèi)苦心。他先后試驗(yàn)了1600種礦物和金屬耐熱材料，結(jié)果都失敗了。

1879年10月1日，愛(ài)迪生在《科學(xué)的美國(guó)人》雜志上看到了英國(guó)電技工程師斯旺用碳絲做燈絲的報(bào)道，便開(kāi)始研制碳絲燈泡。

在經(jīng)過(guò)種種困難之后，愛(ài)迪生終于把一根棉線燒成碳絲，小心翼翼地裝進(jìn)燈泡里，抽出燈泡里的空氣，然后把抽氣口密封起來(lái)。

當(dāng)給燈泡接通電流時(shí)，奇跡出現(xiàn)了，燈絲放射出了奪目的光輝。

這一天是1870年10月21日。

這是一個(gè)永遠(yuǎn)值得紀(jì)念的日子！

愛(ài)迪生和他的助手日夜用全部心血澆灌的電燈，終于放出了明亮的光芒。他們高興得又蹦又跳，并一直守護(hù)在燈旁，細(xì)致地觀察著。世界上第一盞白熾燈亮了45個(gè)小時(shí)。

愛(ài)迪生又制出了幾個(gè)碳絲燈，亮的時(shí)間也沒(méi)有延長(zhǎng)多少，這就要繼續(xù)尋找高質(zhì)量的燈絲。

愛(ài)迪生先后試用了6000多種植物纖維，發(fā)現(xiàn)用一種日本產(chǎn)竹子的碳化纖維做成的燈絲，壽命長(zhǎng)達(dá)1200小時(shí)。于是，他派人到東方收購(gòu)竹料，大批量生產(chǎn)白熾電燈。

1882年，愛(ài)迪生在紐約建立了一個(gè)發(fā)電站，架起了相應(yīng)的電力輸送網(wǎng)，推廣使用他的白熾電燈。

后來(lái)，人們對(duì)愛(ài)迪生的燈泡加以改良，用鎢絲做燈絲，并在燈泡內(nèi)注人一種不與鎢絲起化學(xué)反應(yīng)的惰性氣體，大大延長(zhǎng)了燈泡的壽命。這就是我們一直使用的電燈泡。

愛(ài)迪生在發(fā)明電燈后，又不斷地努力，發(fā)明了蓄電池、電影等。有人統(tǒng)計(jì)，愛(ài)迪生一生中的發(fā)明，在專(zhuān)利局正式登記的有1300種，這個(gè)成就是世界上任何人都無(wú)可比擬的。

人們稱(chēng)愛(ài)迪生為發(fā)明大王，非常稱(chēng)贊他的天才。愛(ài)迪生說(shuō)：“所謂天才，那是假話，艱苦的工作才是實(shí)在的?！薄疤觳挪贿^(guò)是百分之一的靈感，加上百分之九十九的汗水?！?/p>

來(lái)源：物理小識(shí)、物理思辨與創(chuàng)新

原文標(biāo)題：［圖文版］一文讀懂電磁學(xué)發(fā)展史

文章出處：【微信公眾號(hào)：微波射頻網(wǎng)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq