磁现象发展历程

“磁现象”发展历程12级物理二班朱琛1207020080【摘要】磁现象从古代发展到现代经历了很多变化，不同的科学家都为磁现象的发展做出了伟大的贡献。磁现象发展至今经历无数科学家坚持不懈的探索，本文主要按时间顺序将磁现象的发展过程作一个简单的介绍。【关键字】磁现象发展探索时间顺序一、磁铁的发现公元前650—前550年,古希腊人发现摩擦琥珀可使之吸引轻物体,发现磁石吸铁。磁铁不是人发明的，是天然的磁铁矿。古希腊人和中国人发现自然界中有种天然磁化的石头，称其为“吸铁石”。这种石头可以魔术般的吸起小块的铁片，而且在随意摆动后总是指向同一方向。早期的航海者把这种磁铁作为其最早的指南针在海上来辨别方向。最早发现及使用磁铁的应该是中国人，也就是“指南针”，是中国四大发明之。经过千百年的发展，今天磁铁已成为我们生活中的强力材料。通过合成不同材料的合金可以达到与吸铁石相同的效果，而且还可以提高磁力。在18世纪就出现了人造的磁铁，但制造更强磁性材料的过程却十分缓慢，直到20世纪20年代制造出铝镍钴(Alnico)。随后，20世纪50年代制造出了铁氧体(Ferrite),70年代制造出稀土磁铁[包括铁硼(NdFeB)和钐钴(SmCo)]。至此，磁学科技得到了飞速发展，强磁材料也使得元件更加小型化。二、磁铁石的排斥作用（《磁铁》的出版）公元前一世纪，罗马卢克莱修最先记载了磁铁石的排斥作用和铁屑实验。1600年，英国吉尔伯特出版《磁铁》，用铁磁体来说明的地球的磁现象。《磁铁》英国物理学家、医师吉尔伯特(WilliamGilbert,1544、5、24–1603、11、30)是第一个用实验方法探索电磁性质，并从理论上中以概括的早期科学家，他关于磁的研究结论原型“同名极相吸，异名极相斥”被们们被人们引申并广为引用为“同性相吸，异性相斥”。吉尔伯特对磁力现象的兴趣来源于他渴望理论控制行星运动的力，当时，哥白尼提出不久的太阳系模型还不能解释什么力在太阳和行星之间发挥作用，吉尔伯特认为或者是磁力的作用，为了检验自己的想法，他对电和磁现象进行了彻底的分析。吉尔伯特是第一个使用“电流”、“电吸引”“带电体”这类术语的人。他令人信服地证明了带电花的带电体产生和引力或斥力不同于天然磁石或某些磁性磁石。《磁铁》一书带来的巨大影响为他树立了物理学家的声誉。他描述了对磁体和电吸引现象的研究，在汇集已知的关于电和磁知识的同时，又提出了一些卓越的新理论。他研究了热对于磁性物体的作用，发明了验电器，区分了静电荷与磁，第一次解释地球磁性。他的伟大贡献在于他进行了磁铁和指南针实验，提出地球本身就是一大块球形磁铁。《磁铁》是英国出版的第一部伟大的物理学著作，吉尔伯特从实验和理论相结合对电磁学的研究，标志着近代电磁学的萌芽。三、摩擦起电机的创制1650年左右，德国格里凯创制摩擦起电机，他用婴孩头般大小的玻璃瓶,把研成粉末的硫磺倒入其中，加热玻璃球使硫磺熔为液态，冷却后，打碎玻璃瓶就得到一个硫磺球。在硫磺球中插入一根铁轴，安装在支架上，使其能绕轴转动。转动硫磺球,把干手掌放在上面,球与手掌摩擦,电便源源不断地产生出来，这就是最早的摩擦起电机。起电机发明后，科学家能够获得更强烈和丰富的电现象，一大批学者被吸引到电现象这一新的研究领域，此后，起电集部断得到改进。1819年，丹麦奥斯特发现电流可使磁针偏转的磁效应：1820年春，奥斯特使用了一个小的伽伐尼电槽装置，让电流通过一根直径很小的铂丝（这与他原先认为直径越小导线就越容易产生磁效应的观念是有关系的），在这根细铂丝下回放置了一个封闭在玻璃罩中的磁针，准备上课前试一试，但临时装置出了点故障，课前未能试成。当这堂课快讲完时，他决定不管怎样也要试一下。于是在听众面前大胆的合上电源，上述实验装置的小磁针被电流的效应扰动了。由于细铂丝通过的电流太弱，磁针受扰动很不明显，加之听众对电流的磁效应又无探讨的思想准备，所以这次实验并没有给在场者留下深刻的印象。在这之后的三个月中，奥斯特加大了电流，连续进行了紧张而又深入的实验研究。1820年7月2日，他向欧洲各主要科学刊物公开了他的实验。其报告题为《关于磁针上电流碰撞的实验》，用拉丁文写成，仅用了四页纸，没有任何数学公式，也没有图表和示意图，只以简洁的文字叙述了实验的过程和结果。文章虽短，却轰动了欧洲，尤其是受到数学实力雄厚的法国科学院的欢迎，得到法国物理学界的高度评价。四、奥斯特“电流磁效应”与法拉第“电磁感应”奥斯特的实验证明了电流只对磁性材料产生作用，而且这种作用具有横向性质。奥斯特还将玻璃、木头、水、松香、瓦片、石块等非磁性物体插在导线和罗盘之间，没有发现偏转的磁针有任何改变，甚至当磁针浸在装有水的铜盆里的时候，磁针在电流作用下仍然偏转。磁针放在导线的上面或下面，其偏转方向正好相反。由此，奥斯特直觉地发现，他所定义的“电流碰撞”沿着以导线为轴线的螺旋线传播，螺线的螺纹方向几乎与导线垂直。这就是电流的磁效应的横向特点的直观描述。奥斯特的“电流碰撞”虽是不科学的臆造的文体，但它却避免了使用牛顿的超距作用的概念。1822年，法国阿拉戈和盖·吕萨克发明电磁铁，即用电流通过绕线的方式使其中磁铁磁化，法国安培发现方向相同的两平行电流相吸，方向相反的两平行电流相斥。提出“电动力学”中电流产生磁场的基本定律，用分子电流解释物体的磁性，为把电和磁归结为同一作用奠定基础。奥斯特的论文发表后，在欧洲科学中引起了强烈的反响，投入了大量的人力、物力对电磁现象进行研究。既然电与磁有密切关系，电能产生磁，那么很自然地会想到它的逆效应；“磁能产生电”吗？为此科学家们开始进行了长期的实验探索。自1820年至1831年的十多年间中，当时许多著名的科学家，如安培、菲涅耳、阿拉果、德拉里夫等一大批科学家都投身于探索磁与电的关系之中，他们用很强的各种磁场试图产生电流，但均无结果，究其原因是抱住稳态条件不放，而没有考虑暂态效应，因此十多年中研究进展不大。法拉第前后一共做了类似的几十个实验，最终认识到感应现象的暂态性，提出只有在变化时，静止导线中电流才能在另一根静止导线中感应出电流；而导线中的稳恒电统不可能在另一根静止导线中感应出电流的。1831年11月24日，法拉第写了一篇论文，向英国皇家学会报告了整个实验情况，他把可以产生感应电流的情形概括为五类：⑴变化着的电流；⑵变化着的磁场；⑶运动的稳恒电流；⑷运动的磁铁；⑸在磁场中运动的导体。他正确地指出感应电流与原电流的变化有关，而与原电流本身无关。法拉第把上述现象正式定名为“电磁感应”。至此，法拉第作出了划时代的发现——电磁感应现象。但电磁感应的规律，一直到1851年才最后建立。远在美国的物理学家亨利（J．Henry，1797－1878）于1827年也进行了电磁感应的实验。他用纱包铜线在一铁芯上绕了两层，然后在铜线中通电，发现铁芯上仅仅三公斤的铁片居然吸起了三百公斤重的物体。亨利以此为开端，终于发现了自感现象，他把这个实验发现总结在《螺旋状长导线内的电气自感》一文中，因此，从时间上说亨利先于法拉第独立地发现了电磁感应现象，但他没有公开发表这一结果，为此他十分后侮与沮丧。五、楞次定律1832年，俄国物理学家楞次（H，F．E．Lenz，1804－1865）受到法拉第的启发；也开始了一系列的电磁实验，并取得了成果。1833年楞次发表了《论动电感应引起的电流的方向》，宣布了关于电磁感应现象的基本规律，指出感应电流的方向是使它所产生的磁场与引起感应的原磁场的变化方向相反，这就是楞次定律。六、近代电磁学的发展公元1845年，英国法拉第发现固体和液体在磁场中的旋光性，即强磁场使透明体中光的偏振面旋转的效应。1865年，英国麦克斯韦从电磁理论推断电磁波的存在，它以光速传播并断定光就是一种电磁波。1888年，德国赫兹在莱顿瓶放电的实验中，发现电磁波，并证明它呈现光的反射、折射、衍射、偏振等性质，特别是从其频率和波长直接确定其传播速度等于光速。至此，麦克斯韦的电磁波理论得到全部验证。磁现象发展至此，可谓已经进入了一个相对比较成熟、完整的阶段，可以解释生活中的磁现象，但这并不意味着科学就可就此止步，在现在科学发展过程中，无数科学家依然在孜孜不倦地为磁现象的发展作贡献，磁现象也将在科学发展史上不断发展、不断完善。参考文献：[1]《磁铁》；[2]《关于磁针上电流碰撞的实验》；[3]《螺旋状长导线内的电气自感》；[4]《论动电感应引起的电流的方向》；[5]《物理学史》；[6]《物理学简史》；[7]《电磁学》；[8]《电动力学》；[9]《现代物理评论》；[10]《物理期刊》