電磁學(xué)的介紹和近代研究史

電磁學(xué)或稱電動力學(xué)或經(jīng)典電動力學(xué)。之所以稱為經(jīng)典，是因為它不包括現(xiàn)代的量子電動力學(xué)的內(nèi)容。電動力學(xué)這樣一個術(shù)語使用并不是非常嚴(yán)格，有時它也用來指電磁學(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。這個部分處理電磁場對帶電粒子的力學(xué)影響。通過方程統(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)的相對運動轉(zhuǎn)換（伽利略變換）下形式會變，在伽里略變換下，光速在不同慣性座標(biāo)下會不同。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-莫雷實驗支持光速不變，光速不變亦成為愛因斯坦的狹義相對論的基石。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)象很早就被人類發(fā)現(xiàn)，由于摩擦起電現(xiàn)象，英文中“電”的語源來自希臘文“琥珀”一詞。遠在公元前2750年，古埃及人就已經(jīng)知道發(fā)電魚（electric fish）會發(fā)出電擊。這些魚被稱為“尼羅河的雷使者”，是所有其它魚的保護者。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)或頭疼一類病痛的病人，去觸摸電鰩，也許強力的電擊會治愈他們的疾病。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”，并將這字用來稱呼電鰩。

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，會吸引羽毛一類的物質(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。泰勒斯的見解并不正確。但后來，科學(xué)會證實磁與電之間的密切關(guān)系。

近代研究史

對電磁學(xué)做出偉大貢獻的有法拉第、歐姆、奧斯特、安培、麥克斯韋等。

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

且說1820年7月21日，丹麥哥本哈根大學(xué)響起了清脆的鈴聲，物理實驗室已經(jīng)坐滿了學(xué)生，年富力強的奧斯特教授精神飽滿地帶著伏打電池走了進來，為學(xué)生們上實驗課。

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

學(xué)生們對這一現(xiàn)象絲毫沒有感覺，但奧斯特卻激動萬分。

在19世紀(jì)以前，近代電學(xué)和磁學(xué)的先驅(qū)及其后來人，一直把電和磁作為獨立的互不相關(guān)的現(xiàn)象進行研究。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10多年的探索，進展不大。當(dāng)他在課堂上看到通電后引起的磁針偏轉(zhuǎn)時，怎能不激動呢！

奧斯特意識到這是一項重大發(fā)現(xiàn)，下課后，立即進行了各種分析實驗。

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，磁針并無變化；當(dāng)磁針平行地放在導(dǎo)線的位置時，磁針立即偏轉(zhuǎn)，直到與導(dǎo)線垂直為止。他再把磁針放在一定的位置上，當(dāng)伏打電池接通時，磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，當(dāng)關(guān)閉電源時，磁針就恢復(fù)到原來的狀態(tài)。

奧斯特又進一步地試驗了不同的金屬導(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，磁針仍然偏轉(zhuǎn)，甚至在中間放上玻璃、石頭、水、金屬時，磁針照樣偏轉(zhuǎn)。

通電導(dǎo)線為什么會使磁針偏轉(zhuǎn)呢？奧斯特進行了理論的探討。他認(rèn)為磁針的偏轉(zhuǎn)是由于電荷的流動引起的，磁針的偏轉(zhuǎn)方向和電荷的流動方向密切相關(guān)。由于導(dǎo)體中的電流會在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一個環(huán)形磁場，因此，磁針在這個磁場范圍內(nèi)，無論是改變電流的方向，還是改變磁針與導(dǎo)線的位置，都會引起磁針的偏轉(zhuǎn)。

這是電流磁效應(yīng)的最初發(fā)現(xiàn)。

1820年，奧斯特的論文《磁針電抗作用實驗》在法國的科學(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)合起來了。從此，電磁學(xué)的研究在歐洲主要國家里蓬勃地開展起來。

奧斯特的論文在法國發(fā)表后，引起了一個法國人的極大興趣。

他就是安培。安培1775年1月22日生于里昂，幼年時表現(xiàn)出數(shù)學(xué)上的天資，是個神童。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，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)的實驗基礎(chǔ)上，提出用來判定電流磁場方向的右手螺旋定則。

對于直線電流，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。

在實驗中，安培發(fā)現(xiàn)不僅通電導(dǎo)線對磁針有作用，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)為物體中的每個分子都有圓形電流，即分子電流，分子電流產(chǎn)生磁場，使每個分子都成為一個小磁體。當(dāng)物體內(nèi)部的分子電流雜亂無章地排列時，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，至少是部分地一致時，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，他的觀點和現(xiàn)代觀點非常接近。

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

后人為了紀(jì)念他，把電流強度的單位命名為“安培”，簡稱“安”。

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

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

在實驗中，歐姆發(fā)現(xiàn)對同一個伏打電池，用不同的金屬材料做導(dǎo)線時，所產(chǎn)生的電流強度不一樣，并且與導(dǎo)線的長度也有關(guān)系。那么，電流強度、導(dǎo)線材料、電動勢之間是什么關(guān)系呢？

在對導(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：電路中的電流強度跟電源的電動勢成正比，跟整個電路的電阻（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”，簡稱為“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·法拉第出生于英國薩里郡的一個鐵匠家庭。由于家里貧窮，生活都難以維持，就談不上送法拉第去讀書了。1796年，為了擺脫貧困，父親帶著全家來到繁華的倫敦，住在曼徹斯特廣場一家馬廠行的樓上。

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

1804年，法拉第到附近黎保的書報店當(dāng)報童，第二年轉(zhuǎn)為店里的裝訂工人。利用裝訂書籍的空閑，法拉第貪婪地閱讀著剛訂好的書。書籍開闊了他的視野，增長了他的知識。

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

法拉第沒有想到，正是書中的奇妙現(xiàn)象，促使他學(xué)習(xí)科學(xué)知識，并改變了自己的命運，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，為了生活，也為了自己的志趣，他又成為法國人羅歇的印刷所裝訂工。

這一年，法拉第聽了一次皇家學(xué)院大化學(xué)戴維的化學(xué)講演，并且能夠聽懂。他非常高興，多年來自己對化學(xué)知識的學(xué)習(xí)已經(jīng)達到了一定的程度。

接連幾天，法拉第總是在想：要是能到皇家實驗室去工作，那該多好??！強烈的科學(xué)欲望促使他冒昧地給皇家學(xué)會會長班克斯寫了一封信，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，毫無音訊。

法拉第并不死心，決定再給戴維寫封信，碰碰運氣。

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

一開始，法拉第在實驗室的工作是，洗瓶子、擦桌子、掃地板，與其說是助手，倒不如說是實驗室的勤雜工、戴維的仆人。

但是沒過多久，法接第就向戴維證明了，他比一個勤雜工要高明得多。他頭腦靈敏，有分析力，不時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實驗工作，而他也能比較準(zhǔn)確地完成各項任務(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)。

法拉第在日記中寫道：“今天早晨迎來了我一生中的新時代。在我的記憶中，我從未到過離倫敦12英里以外的地方，現(xiàn)在我可能要離開它若干年，去訪問那些遙遠的地方?！?/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，他第一次在實驗中制取了苯。這一年，在戴維的推薦下，法拉第被任命為皇家研究院實驗室主任。

丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)，法國物理學(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，英國相對落后，1821年9月，奧斯特的實驗成果傳到英國后，戴維和法拉第立即進行了實驗。

不久，戴維要從事其他研究，法拉第就單獨進行電和磁之間現(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)想進行實驗。

當(dāng)法拉第還是一個裝訂工時，就對電學(xué)產(chǎn)生了興趣，在伏打電池的吸引下做過最初的實驗，在擔(dān)任戴維的助手后，即進行了一系列的電學(xué)實驗，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驗。

在一個圓磁鐵環(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相連，當(dāng)他把另一組線圈與伏打電池接通時，發(fā)現(xiàn)電流計的指針立即發(fā)生了偏轉(zhuǎn)；而當(dāng)電源接好后，指針又回到原來的位置。當(dāng)切斷電源時，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)過反復(fù)的實驗和思考，法拉第認(rèn)為：當(dāng)接通電源時，由電流產(chǎn)生的磁力線影響了另一組線圈，使它帶上電流，因此電流計的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。而切斷電源時，指針又動，說明電流的產(chǎn)生與磁力線的運動有關(guān)。

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

后來，他進一步確立了電磁感應(yīng)的基本定律，被稱為法拉第電磁感應(yīng)定律：電路中感生電動勢的大小，跟穿過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)，從而弄清楚了電動機的工作原理。遺憾的是，他沒有對電動機進行進一步的研制，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，為人類利用新能源開辟了前景，預(yù)示著人類將要進人電氣時代。

1833年，法拉第在實驗中得出兩條電解定律，被稱為法拉第電解定律。

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

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)電解定律的過程中，法拉第最先使用了電極、陽極、陰極、離于、陽離子、陰離子等名詞。

1843年，法拉第第一個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、磁場、電力線、磁力線的概念，否定超距作用說，認(rèn)為電力和磁力是通過電場和磁場傳遞的，并用電力線和磁力線直觀描述電場和磁場。

1845年9月，法拉第在一次實驗中發(fā)現(xiàn)了旋光效應(yīng)，這就是著名的法拉第效應(yīng)。在他用磁力線測試不同物體的磁效應(yīng)時，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)。對此，法拉第解釋為“光線被磁化了”，這實際上是后來光的電磁說的萌芽。

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

法拉第杰出的實驗成就奠定了電磁學(xué)的基礎(chǔ)，開創(chuàng)了電磁學(xué)研究的新時代。

由于法拉第沒有受過正規(guī)教育，完全靠自學(xué)走上科學(xué)道路，對數(shù)學(xué)是不精通的。雖然在實驗中發(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，但對它們無法進行充分的數(shù)理分析和論證，以致有人說他的《電學(xué)實驗研究》是一個實驗報告匯編。

運用數(shù)學(xué)方法進一步總結(jié)當(dāng)時的實驗電磁學(xué)成就，建立經(jīng)典電磁學(xué)理論大廈的，是英國科學(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、雷達等，都是通過電磁波來傳播信息的。然而在上個世紀(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)了人類對電磁現(xiàn)象的認(rèn)識，創(chuàng)立了電磁學(xué)理論，預(yù)見了電磁波的存在，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，但對科學(xué)技術(shù)非常熱心，經(jīng)常去聽愛丁堡皇家學(xué)會的科學(xué)講座，這對幼年的麥克斯韋有一定的影響。

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

對于兒子天真無邪的提問，父親很高興。他是一個思想開放、講究實際的人，既然兒子對自然科學(xué)感興趣，就帶著兒子一起聽科學(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，母親不幸因病去世，從此和父親相依為命。10歲時，他進入愛丁堡中學(xué)學(xué)習(xí)，非常勤奮。課外，其他同學(xué)都玩去了，只有麥克斯韋一個人躲在教室里，專心致志的演算數(shù)學(xué)題。

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

14歲時，他寫了一篇數(shù)學(xué)論文——《關(guān)于橢圓曲線的作圖和多焦點橢圓曲線》，發(fā)表在《愛丁堡皇家學(xué)會學(xué)報》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)府愛丁堡大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)物理。

他的成績依然是最優(yōu)秀的。有一次，他指出一位講師的公式推導(dǎo)有錯誤，這位講師根本不相信，并說：“這是不可能的，如果要是你的推導(dǎo)對了，我就叫他麥?zhǔn)焦??！比欢?，講師經(jīng)過仔細(xì)的驗算，證實還是自己錯了。

在愛丁堡大學(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)水平進一步提高，為后來經(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)專著。他的學(xué)習(xí)方法不是循序漸進，井井有條，而是不注意系統(tǒng)性。有時候，為了鉆研一個問題，往往幾個星期都目不旁顧；有時候，又見到什么讀什么，五花八門，漫無邊際。

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，有一天去圖書館借一部數(shù)學(xué)專著，不巧被人借走了，撲了個空；一天再去借一本數(shù)學(xué)期刊時，又被人捷足先登。

書刊沒有借到，又浪費了寶貴的時間，對于特別珍惜時間的教授來說，怎能不心煩呢。為了查找一個資料，霍普金斯便問圖書管理員，是誰借去了這本書。

“被麥克斯韋借去了。”

“這本書很深奧，學(xué)生是難以看懂的，這個學(xué)生借這本書干什么？”

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

憑直覺，這不是一般的學(xué)生，將來定能有所建樹，霍普金斯高興地說：

“小伙子，無論是生活還是學(xué)習(xí)，都要有秩序，否則是難成大器的。”

就這樣，麥克斯韋幸運地得到了這位著名教授的器重，可以說是伯樂智識千里馬。

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

麥克斯韋在名師指點下，很快掌握了當(dāng)時所有先進的數(shù)學(xué)方法，并對光、熱、電、磁等各種物理問題產(chǎn)生了濃厚的興趣，成績優(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：“在我教過的所有學(xué)生中，毫無疑問，這是我遇到的最杰出的一個！”

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

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)實驗研究》，立即被書中的實驗和新穎的見解吸引住了。

作為實驗大師，法拉第有許多過人之處，但是他幾乎沒有數(shù)學(xué)功底，只能用直觀的形式來表達他的創(chuàng)見。當(dāng)時，“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，對他的工作不以為然。

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

但麥克斯韋通過對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》。通過數(shù)學(xué)方法，他把電流周圍存在磁力線的特征，概括為一個矢量微分方程，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)筆記上寫下了最后一頁。而麥克斯韋以這篇論文接過了法拉第手中的熊熊火炬，開始向電磁學(xué)領(lǐng)域的縱深挺進。

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，這個電流是指傳導(dǎo)電流，法拉第也是這樣認(rèn)為的。麥克斯韋在實驗中有了新的發(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，也就是沒有傳導(dǎo)電流，但磁場卻同樣存在。

這個磁場是怎樣產(chǎn)生的呢？麥克斯韋經(jīng)過研究和分析，認(rèn)為這里的磁場是由另一種類型的電流產(chǎn)生的，這種電流存在于任何電場變化的電介質(zhì)中。他把這種電流稱為“位移電流”，指出在位移電流的周圍空間同樣產(chǎn)生磁場，這種磁場和傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場完全一樣。

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產(chǎn)生電場，而且變化的電場也產(chǎn)生磁場。

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

他還對電磁學(xué)的定律進行了高度的概括，寫出了數(shù)學(xué)方程，導(dǎo)出了電磁場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過程，從而說明了電磁波的物質(zhì)性。

但是麥克斯韋并沒有用實驗來證實電磁波的存在。

1864年，麥克斯韋發(fā)表他的第三篇電磁學(xué)論文《電磁場的動力學(xué)理論》。在這篇論文里，麥克斯韋方程更完備了，它導(dǎo)出了電場與磁場的波動方程，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，指出光也是一種電磁波，只不過是一種頻率很低的電磁波，從而進一步認(rèn)識了光的本質(zhì)。

1873年，麥克斯韋出版了他的電磁學(xué)專著《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。如果說帕然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理》是對經(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)語言，建立了電磁學(xué)的微分方程組，揭示了電荷、電流、電場、磁場之間的普遍聯(lián)系。這個電磁學(xué)方程，就是后來以他的名字著稱的“麥克斯韋方程”。

麥克斯韋方程包括四個方面的內(nèi)容：

1.法拉第感應(yīng)定律；

2.描述電磁場對位移電流密度和傳導(dǎo)電流密度的關(guān)系；

3.相當(dāng)于庫侖定律；

4.表明了除電源外，沒有其他磁場源。

在《電磁學(xué)通論》中，電磁場、電磁波、光的電磁說都具有了嚴(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、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。

能否證明有電磁波的存在，是檢驗麥克斯韋理論的關(guān)鍵。

當(dāng)人們對電和磁的理論認(rèn)識處于莫衷一是的狀態(tài)時，在德國卻有人認(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堡壘。

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

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：“假使在通常的體系和麥克斯韋的體系之中僅能選擇一個，那么后者無疑是占優(yōu)勢的?！庇谑牵麤Q心用實驗來進行檢驗。

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

那么，如何測出電磁波呢？

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，即開始了后來使他名垂史冊的電磁學(xué)實驗。經(jīng)過反復(fù)實驗，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。這是一個十分簡單但卻非常有效的電磁波檢測器。

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振蕩器。在暗室中將電波環(huán)放置在距振蕩器10米處。

實驗時，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。

歷史性的時刻到來了！

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

緊接著，赫茲進一步用實驗證實了電磁波可以反射、折射、產(chǎn)生駐波，并測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。赫茲在金屬板的對面放置有感應(yīng)圈的振蕩器，證實了振蕩器發(fā)射的電磁波和金屬板反射的電磁波疊加形成駐波。

赫茲還測定了電磁波的波長，計算出電磁波的傳播速度，這個速度和光速的實驗測定值非常接近，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。

這些實驗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。

赫茲的實驗轟動了全世界的科學(xué)界。這樣，由法拉第開創(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)電磁波時和麥克斯韋預(yù)見電磁波時年齡一樣大，都是31歲。然而麥克斯韋無法見到這一天了，但是，他的遺愿終于實現(xiàn)了。

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

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，技術(shù)發(fā)明也一個接一個地實現(xiàn)了。

19世紀(jì)電學(xué)的發(fā)明主要有電動機、發(fā)電機、電報、電話、電照明等，這些發(fā)明導(dǎo)致了第二次技術(shù)革命，從而使人類進人電氣時代。

在電機史上，電動機的誕生比發(fā)電機早。

電磁效應(yīng)和安培定則，揭示了電和磁的相互作用能產(chǎn)生機械運用，奠定了電動機的理論基礎(chǔ)。

1821年，法拉第試制出了一種將電能轉(zhuǎn)化為磁能再轉(zhuǎn)化為機械能的實驗裝置，這就是最初的直流電動機。

英國電學(xué)家斯特金通過實驗，將電能轉(zhuǎn)化為磁能，在1823年發(fā)明了電磁鐵。

1831年，美國電學(xué)家亨利以伏打電池為電源，并引用了電磁鐵，試制出一臺電動機模型，產(chǎn)生的動能比法拉第的裝置要大，向?qū)嵱秒妱訖C的發(fā)展邁進了一步。

但是早期的電動機使用的電源是伏打電池，提供的電流有限，功率極其微弱，沒有什么實際意義。因此，必須尋找強大的電源，才能產(chǎn)生更大的動能。這樣，電動機的試制推動了發(fā)電機的試制。

世界上第一臺發(fā)電機是由法國的皮克西制成的。

皮克西是法國電學(xué)工程師，1832年成功地試制出一臺手搖永久磁鐵旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機。這臺發(fā)電機的線圈是固定的，它運用手輪轉(zhuǎn)動形磁鐵，使磁鐵相對于線圈運動。在這臺發(fā)電機中，裝上了最初的換向器，把發(fā)電機產(chǎn)生的交流電變?yōu)楣I(yè)生產(chǎn)所需要的直流電。

但這臺永磁式電機設(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，實用價值不大。

1834年，俄國科學(xué)家雅科比制成一臺回轉(zhuǎn)運動的直流電動機。雅科比不用永久磁鐵，而用幾個磁性很強的電磁鐵來產(chǎn)生磁場，他設(shè)計的換向器可看做近代換向器的胚芽。

為了試驗這臺電動機，雅科比把它裝在輪船上，制成了第一艘電動輪船，在涅瓦河上航行。由于電源沒有保證，成本高，不能和蒸汽輪船匹敵。但是雅科比電動機由實驗?zāi)Ｐ妥呦蛄藢嵱?，并進一步促使發(fā)電機的試制。

1834年，英國的克拉克試制成功了實驗室使用的直流發(fā)電機。該機產(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使用。

1854年，丹麥的喬爾塞在發(fā)電機中不但裝有永磁鐵，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，功率有明顯的提高。

后來，人們發(fā)明了自激式發(fā)電機，利用發(fā)電機本身的電勢來產(chǎn)生激磁電流，從而使發(fā)電機的制造進入了一個新的階段。對自激式發(fā)電機做出卓越貢獻的是文爾德和西門子。

1863年，發(fā)電機制造家文爾德制成了自激式發(fā)電機，取得了英國專利，而亨有盛名。這種發(fā)電機用電機運轉(zhuǎn)過程的電磁鐵代替永久磁鐵，并運用自激原理，產(chǎn)生較強的電流。

文爾德在向英國皇家學(xué)會遞交的論文《新的大功率發(fā)電機》中，指出一個無限小的電流或磁力能夠產(chǎn)生一個無限大的電流，對自激原理有了清楚的認(rèn)識。

文爾德接著申請自激原理的專利，他在申請書中說，自激磁場依賴于原來磁場系統(tǒng)的剩磁。這就是說，原來磁極中存在著剩磁，它產(chǎn)生的磁場可在轉(zhuǎn)子電樞中感應(yīng)出電勢，這個電勢又可給激磁繞組供應(yīng)激磁電流，所以稱為激磁。

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

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

德國在19世紀(jì)初就不斷進行戰(zhàn)爭，于是大力發(fā)展軍事教育。西門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，簡直不敢相信是出自這位炮兵少尉之手。

西門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。1847年，他退役后和機械工哈爾斯克一起開辦了一個小電信機工廠。這時候弟弟卡爾已成為實業(yè)家，幫助兄長成立了西門子公司，以生產(chǎn)電器設(shè)備為主，并建立了科研實驗室。

西門子發(fā)明電鍍時，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，不久又改用電磁鐵發(fā)電機。在這個過程中，西門子著手研制功率更大的發(fā)電機。

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

西門子發(fā)電機用強有力的電磁代替?zhèn)鹘y(tǒng)的永久磁鐵，并用發(fā)電機本身產(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，從而大大加強電磁鐵的磁場，最終進一步提高了發(fā)電機的功率。

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

從發(fā)電機的發(fā)明開始到西門子發(fā)電機的出現(xiàn)，為人類利用能源開辟了道路，以電為基礎(chǔ)的新的技術(shù)發(fā)明不斷出現(xiàn)，電報、電話、電燈、電影等應(yīng)運而生。

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

當(dāng)電登上歷史舞臺的時候，立即引起人們的注意，各種原始電報相繼出現(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個相對應(yīng)的英文字母，試制出了一種以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的磁針電報裝置。

1833年，德國數(shù)學(xué)家高斯和青年電學(xué)家韋伯在哥丁根建立了一個電報系統(tǒng)，它在相距為8000英尺的實驗室和天文觀測站之間建立了電信系統(tǒng)。

真正使電報成為一種實用通訊設(shè)備的，是美國畫家莫爾斯。

一個外行的畫家怎么能是電報機的發(fā)明人呢？

1832年10月，莫爾斯乘坐“薩利”號郵輪從歐洲回國。當(dāng)時從巴黎電學(xué)討論會歸來的青年醫(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。

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

在研制電報的過程中，莫爾斯拜美國大電學(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)過幾年的探索，在1837年，莫爾斯發(fā)明了一套用點、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、劃成功地發(fā)出了電文，實現(xiàn)了第一次通話。當(dāng)年，莫爾斯在美國政府的資助下，建成了華盛頓到巴爾的摩之間的世界上第一條有線電報線路。后來，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)明了無線電報。

電報的發(fā)明是人類通訊史上的一次革命。

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

1876年，美國的貝爾首先發(fā)明了電話。

貝爾和麥克斯韋是同鄉(xiāng)，1847年生于英國愛丁堡的一個聲學(xué)世家，大學(xué)時學(xué)習(xí)聲學(xué)，畢業(yè)后當(dāng)聾啞學(xué)校的教師。由于專業(yè)的原因，他研究過聽和說的生理功能，并潛心研究傳送聲音的“音樂電報”。

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

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

怎樣實現(xiàn)這個轉(zhuǎn)換呢？

貝爾曾看到電報中，應(yīng)用了能夠把電信號和機械運動相互轉(zhuǎn)化的電磁鐵，受到很大啟發(fā)。于是開始設(shè)計制造磁式電話。

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

隨后，貝爾又把音叉改換成能夠隨著聲音振動的金屬片，把鐵芯改做磁棒，經(jīng)過反復(fù)實驗，制成了實用的電話。

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

1881年，貝爾在美國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)了第一條長途電話線路。電話的發(fā)明是人類通訊史的又一次革命。

電報和電話被發(fā)明后，另一項影響最大的發(fā)明，就是電燈了。

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

很久以來，人類一直使用約略看見東西的微弱火光來照明，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，是從英國科學(xué)家戴維開始的。他用2000組伏打電池為電源，發(fā)明了電弧燈。但電弧燈價格昂貴，光線太強，不適宜普通照明。

當(dāng)發(fā)電機問世，并能生產(chǎn)大量電流時，不久，愛迪生就發(fā)明了白熾電燈。

1847年2月11日，愛迪生出生在美國俄亥俄州的米蘭市，自幼身體瘦弱，不愛說話，但極富幻想，愛動腦筋思考問題，對周圍的一切事物都充滿好奇心。在他5歲那一年，當(dāng)看到母雞孵小雞時，也異想天開地蹲在雞窩里孵起小雞來。

父母到處在找小愛迪生，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！”說著就把他拉了起來。

“母雞能孵出小雞，我為什么不能呢？”

就這樣，愛迪生什么事都想問，什么事都要于。

7歲時，愛迪生上學(xué)了。

他仍然是尋根求源，問一些與書本無關(guān)的問題，而且還打破砂鍋問到底。他的老師無法回答，便罵他是個小傻瓜，并用木板進行體罰。

愛迪生的母親曾做過教師，懂得教育方法，對老師的做法很不滿，便一氣之下讓他退了學(xué)，決定自己教他。愛迪生接受學(xué)校的教育只有3個月，從此再沒有受過正規(guī)教育。

愛迪生一邊在父親的木工廠做工，一邊在母親的教育下讀書寫字。

12歲時，由于家庭經(jīng)濟困難，愛迪生便到火車上當(dāng)報童，一邊賣報，一邊自學(xué)，閱讀了很多書籍，對化學(xué)和電學(xué)非常感興趣。

他利用積攢的錢，買了一些化學(xué)藥品，在火車上的吸煙室搞了個小實驗室，做著各種有趣的實驗。在15歲時，由于火車的震動，把實驗室的一瓶磷震倒了，磷遇空氣立即燃燒起來，引起一場大火，幸虧車上的搶救及時才沒有闖下大禍。

車長惱羞成怒，狠狠地打了他一個耳光。愛迪生的右耳膜被震破，從此右耳就聾了。

愛迪生的化學(xué)實驗做不成了，但是卻意外地得到一個學(xué)習(xí)電學(xué)的機會。就在這年8月的一天，愛迪生正在一個小站上賣報，忽然看見一個小孩在鐵軌旁玩石子，而一列火車正飛馳而來。愛迪生迅速沖向鐵軌，救出小孩，與此同時，火車呼嘯而過，愛迪生摔倒在鐵軌旁，小孩得救了，而他的臉和手卻被劃破了。

小孩的父親是這個站的站長，親眼目睹了這一驚人場面，感動萬分，以教愛迪生收發(fā)報技術(shù)作為回報。

對電學(xué)非常感興趣的愛迪生，十分珍惜這一難得的學(xué)習(xí)機會，勤學(xué)苦練，在3個多月的時間里，就熟悉地掌握了收發(fā)電報的技術(shù)，并在那位站長的推薦下，當(dāng)上了火車站的報務(wù)員。

在當(dāng)報務(wù)員時，愛迪生即用自己掌握的理論知識和技術(shù)經(jīng)驗，對單路電報進行改革，1869年，發(fā)明了可以在同一線路上同時發(fā)送兩路電報的雙重發(fā)報機。此時，他才22歲。

緊接著，愛迪生發(fā)明了一種商情自動報價機，報酬是40000美金。他用這些錢開了一家工廠，一心一意地從事發(fā)明工作。

1876年，愛迪生發(fā)明了留聲機。美國各大報紙都以醒目的標(biāo)題刊登了這條驚人的新聞：今日最大發(fā)明——一個會說話的機器。

留聲機的發(fā)明，為愛迪生贏得了巨大的聲譽。

愛迪生沒有停留在榮譽面前，繼續(xù)沿著他的發(fā)明道路不斷前進。

當(dāng)時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，燃燒時有黑煙，還要添燃料擦燈罩?；」鉄綦m然亮度高，但光線太強，人眼不能直接看它，不適合家庭使用。

愛迪生陷入了沉思：怎樣使弧光燈的刺眼強光變得柔和呢？

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

但這微弱的光亮，使愛迪生看到了前進的方向。

愛迪生進行了大量的分析研究，夜以繼日地工作，有時候甚至幾天不合眼，實在困了，就趴在書上打個盹。以致有人說：“愛迪生知識如此豐富，原來他連睡覺的時候都在吸收書里的營養(yǎng)?！?/p>

通過不斷的研究和實驗，愛迪生認(rèn)為，必須解決兩個問題。一是玻璃泡里的空氣問題，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。

二是改進燈絲，尋找一種耐高溫的導(dǎo)體材料。

對于第一個問題，相對來說比較容易解決，因為在1875年，英國化學(xué)家克魯克斯發(fā)明過一種既迅速又經(jīng)濟的真空技術(shù)。

第二個問題是難以解決的。究竟用什么材料來做燈絲呢？愛迪生紋盡腦汁，煞費苦心。他先后試驗了1600種礦物和金屬耐熱材料，結(jié)果都失敗了。

1879年10月1日，愛迪生在《科學(xué)的美國人》雜志上看到了英國電技工程師斯旺用碳絲做燈絲的報道，便開始研制碳絲燈泡。

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

當(dāng)給燈泡接通電流時，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。

這是一個永遠值得紀(jì)念的日子！

愛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，并一直守護在燈旁，細(xì)致地觀察著。世界上第一盞白熾燈亮了45個小時。

愛迪生又制出了幾個碳絲燈，亮的時間也沒有延長多少，這就要繼續(xù)尋找高質(zhì)量的燈絲。

愛迪生先后試用了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，壽命長達1200小時。于是，他派人到東方收購竹料，大批量生產(chǎn)白熾電燈。

1882年，愛迪生在紐約建立了一個發(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，人們對愛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，大大延長了燈泡的壽命。這就是我們一直使用的電燈泡。

愛迪生在發(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，愛迪生一生中的發(fā)明，在專利局正式登記的有1300種，這個成就是世界上任何人都無可比擬的。

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

來源：物理小識、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

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