[电磁学电化发展分析论文] 电磁学的论文

相关热词搜索：

电磁学电化发展分析论文

关键词：电磁学发展世界电化 一、前言 现代人的生活，似乎离不开电。电灯、电话、电视、电影、计算机、电冰 箱…，样样都是生活必须用品。一旦停电，日子不知怎么过。但世界上第一个有 规模的发电厂（尼加拉水力发电厂，显示了当时电力的需求已渐普遍）开动，不 过是1896年的事，距今只有一百多年。(电视连续剧「大宅门」描写清末民初电 灯、电话初到北京城的情形，相当有意思。) 一百多年间，这个世界上大部份的人的生活，从几乎没有电器用品，到充 满了电器用品，这变化不但是巨大得令人难以想象，并且深入到生活、思想、感 情…，所有的人生面向。举个有诗意的例子：爱情上受挫折是古今中外诗歌中最 常见的题材。古诗中固然有怨恨情人变心的，但也很常见的是所爱之人远在他乡， 衷情难诉，以致相思甚苦。例如：古诗十九首「采之欲谁遗，所思在远道」。李 白长相思「天长路远魂飞苦」等等。如今的流行歌曲中，第二种越来越少，第一 种却很多。──今日的手机、e-mail等等，使距离不再成为谈情说爱的障碍，但却 防不了情人变心。──这也显示了，要了解古人，就要从古人当时的情境来看才 能妥切。

也许，很多人有兴趣知道最新奇的发明。但从物理概念的发展而言，更有 趣的，也更重要的是；
人们怎么会从不知道用电，一步一步，变成了有了用电的 能力，终于到了离不开它的地步。这段历史，也最能鲜明地描绘出：以理解大自 然为目标的科学研究，对全人类可能（但不必然）产生的巨大影响。

二、古代的电磁观察与应用 1936年，考古学家在巴格达附近挖出了一些铜罐，罐中铺了沥青，沥青上 插着铁条。在大约同一地点，还发掘出了一些镀金物品。有研究者便认为这些铜罐就是巴比伦人发明的电池，而镀金物（如果是电镀）是这些东西确是电池之证 据。而这些东西，其年代有早到公元前2000年以上的。

如果这是真的，巴比伦人领先了近代电池(伏特，1793)与电镀(1800-35)， 将近四千年。

别的文明在电磁方面就没有这样可惊的成绩了。古希腊人发现了琥珀、毛 皮等摩擦可以生电，至今英文Electricity的字根，尚是希腊文的琥珀。但对他们 说来，天上的雷电，仍然是宙斯大神的脱手武器。中国人很早就知道天然磁石会 吸铁，带电物会吸小物体（东汉王充27-97「论衡」电磁力之记述：「顿牟拾介， 慈石引针」），以及利用磁针导航，甚至对磁偏角有所记述(方以智，~1600)。

「磁针导航」这技术，传到西方，促成了西方的「大探险时代」(15-16世纪。1492 哥伦布发现美洲，1498达伽马绕过好望角到达印度，1519-22麦哲伦环绕世界一 周，称为「三大航海」。他们都用磁针罗盘。)也引起了十八世纪以后的殖民主 义。

这些电磁的观察与应用，可以使我们感叹古人之智能，特别是巴比伦电池。

但巴比伦电池即使是事实，对日后电磁学发展，却没有什么影响。摩擦生电与磁 性现象却在停滞千余年之后，在十八世纪的西欧，成为电磁学发展的出发点。

三、电之捕捉与库伦定律 十七世纪末(1684年)，牛顿出版其「自然哲学之数学原理」。从此，研究 自然界之力之种种，成为物理学之中心课题，一直到今天。但这本书太成功了， 力学的现象，从天上行星之运转，到地面苹果落地，似乎它都能精准描述。然而， 牛顿此书中只有一种力：万有引力。牛顿也知道自然界绝不止这一种力，例如， 杯子打破了，碎片不可能凑起来就合而为一，可见原来把杯子各部份连合成一块 的力不是万有引力；
万有引力太微弱，不足以使物体聚合成形。故牛顿以后，要 做有挑战性的研究，莫过于研究万有引力之外的力。

电与磁都会产生力，而且比万有引力大很多。（如果两块磁铁，吸在一起， 使其相聚之力是磁力，就可以分分合合。）因此，十八世纪的欧洲，很多人在研 究电与磁。特别是电，更富挑战性。因为电这个东西，虽然摩擦两个适当的物体， 就能产生。带电物体会吸小纸片，有时还会在黑暗处冒火花，好玩得很。(当时， 还有人发明了摩电器。)但是，却不容易驾驭，一不小心就被它溜掉。1734年，法国人杜菲（Charles-FrancoisduFay，1696-1739），玩来玩去， 玩出心得。他发觉不管是用什么东西摩出来的，电只有两种。他命名之为「玻璃 电」与「树脂电」。只有不同类的电，相互靠近时才会相吸或冒火花，同类的不 但不冒火花，还会相斥。他又发明了一个器具：密封的玻璃瓶中，插入一根金属 棒，瓶内的一端，挂上两片金箔；
瓶外的一端，做成一个小球。带电的物体靠近 小球时，金箔就会张开。──这些，今日看来都没有什么了不起，但在电还是「神 出鬼没」的时候，这是不简单的成就。

然而，每次玩电，都要从头摩起，相当烦人。1745年，荷兰莱顿大学教授 穆森布洛克(PetrusvanMusschenbrock，1692-1761)，根据克莱斯特 (E.G.Kleist,1700-48)发明的储电器，发表了「莱顿瓶」。这也是一个玻璃瓶，内 外壁上各贴一圈锡箔纸。内壁可以「充电」（把摩擦来的电碰触而输进去），这 些电很久都不会跑掉。如果用两根金属线，把内外相连，两金属线的缝隙中就可 以产生火花。

今日来看，「莱顿瓶」不过是个简单的电容器，但当时极受欢迎。瓶子越 做越大，火花也更壮观。可是，电到一下可不是好玩的(也有人特意去尝一下被 电的滋味)。这可以说这是人类驯服电的开始（姑且不算巴比伦），但也开始领 教了电的威力。

十八世纪初，美国还是欧洲的化外之地，文化落后，更无所谓科学。波士 顿的一个做肥皂与蜡烛的工匠，十七个子女中的第十个，自学有成，文采斐然。

与欧洲，特别是英国的科学家，保持通信。他从英国进口仪器开始，研究电学而 成名，到后来被英国皇家学院选为院士。在美国的独立革命中，他以著名科学家 的身份，出使法国，立下大功。也在独立宣言(1776)上签名，成为美国的开国元 勋之一。他就是鼎鼎大名的富兰克林(BenjaminFranklin，1709-1790)。

1752年，他在大雷雨中放风筝，把天上的电，收到莱顿瓶中。从此证明了 天上的电，与摩擦出来的电是一样的；
一般人所怕的雷，声势吓人，其实并不可 怕，伤人破屋的是电。进一步，他就发明了避雷针：建筑物上装一根金属针，通 到地下，屋中的人就不怕雷了，因为电就会被导入地下。（新英格兰有一教堂中 的牧师，认为避雷针保护好人，也保护坏人，有碍上帝的意旨，故在讲道中大加 谴责。不料没几天，教堂受到雷击，塌了一角，只好也装上避雷针。）此外，他 注意到了两种电有相互W消的现象，所以他建议把「玻璃电」与「树脂电」改名 为「正电」与「负电」（模拟于正数与负数之相互W消）。富兰克林的正负电命名，沿用至今，但是却有些不幸。因为常用的金属导 线中流动的都是电子，而电子上所带的电，却被命名为负电。以致电线中的电流 若是向左，其中电子其实是向右跑。

「正数与负数之相互W消」这事中，含有量的关系（+3,-3可以相消，+3,-2 就消不干净。）「电荷量」之测定，却要归功于法国人库伦 (CharlesAugustinCoulomb,1736-1806)。(也有人得到类似的结果，但以他的发表最 早，影响也最大。) 库伦出身兵工军官，早年在中美洲驻扎时，把身体搞坏，回国做研究。法 国大革命(1789)后退隐家园。他发现了用细长绳索吊挂一根细棍，细棍两端对称 以维持水平。两端若受水平方向之微力，则以的绳索之扭曲以平衡之。这「扭称」 (torsionbalance)可以做很精准的力的测量(至今尚是的测量微小力的最精准工具， 但这种实验都是很难做的)。在1785-91年间，他用这工具，反复测量，终于发现 了库伦定律: 电荷与电荷之间，同性相斥，异性相吸。其力之方向在两电荷间之联机上。

其大小与电荷间之距离之平方成反比，而与两电荷量之大小成正比。

这是电学以数学来描述的第一步。请注意：
(1)此定律用到了牛顿之力之观念。(若无牛顿对力之阐述，很难想象此定 律是何形式)。这成了牛顿力学中一种新的力。其与牛顿万有引力有相同之处， 如：与距离之平方成反比；
亦有不同，如：可以相吸，亦可以相斥。

(2)这定律成了「静电学」(即电荷静止时之各种现象)之基础。如今所有电 磁学，第一个课题必然是它。

(3)这也是电荷单位的来源。例如：两个相同之电荷，相距一公尺，若其 相斥之力为「若干」时，称之为一单位。原理上，这「若干」可以任意选定，所 以电荷单位有好几种。但今日「公制」(MKSA)的做法，却是先决定电流单位「安 培」(理由见后)，再以一安培之电流一秒中的累计量为一「库伦」，再间接决定 这「若干」=9×109牛顿。

(4)这9×109牛顿，相当于九十万公吨的重力──静电力强大的可怕。虽然 也可以说一库伦的电荷太大，但无论如何，正负电相消的趋势是很强的。日常的 物体中，虽然电荷很多，但几乎都抵消的干干净净，呈现电中性的状态。必须花功夫（如摩擦）才能使其呈现带电状。而且，一不小必就又跑去中和掉，所以难 以驾驭。

因此，虽然库伦定律描述电荷静止时的状能十分精准，单独的库伦定律的 应用却不容易。以静电效应为主的复印机，静电除尘、静电喇叭等，发明年代也 在1960以后，距库伦定律之发现几乎近两百年。我们现在用的电器，绝大部份都 靠电流，而没有电荷(甚至接地以免产生多余电荷)。也就是说，正负电仍是抵消， 但相互移动。──河中没水，不可能有水流；
但电线中电荷为零，却仍然可以有 电流！ 四、从伏特电池、安培定律到电报、电话：
雷雨时的闪电，或莱顿瓶的火花放电，都是瞬间的事。电虽然在动，但是 太快了，很难去研究电流的效果。电池可以供应长时间的电流（直流电）。因此， 电池的发明是电磁学上的大事。──这也就是为什么巴比伦电池这样令人惊讶。

十八世纪欧洲人到处掠夺殖民地。当时也没有什么保护生态观念，殖民地 出产的珍禽异兽，一股脑捉回家去。亚马逊河出产一种电鱼，能发出瞬间强电， 电晕小动物。当然，电鱼也被捉回了欧洲。这引起了不少人研究「动物电」的兴 趣，也就是动物的身体如何发电。1780年，意大利波隆大学教授加凡尼 （LuigiGalvani,1737-1789）发现了用电击死蛙之腿，可引起抽动。而蛙腿夹在不 同金属（如铜、锌）间则可发出电来。与他认为这是「动物电」效果。

1793年，加凡尼的朋友，比萨大学教授伏特 (AlexandroG.A.A.Volta,1745-1827)把一块锌板，一块铜板放到舌头上下，而用铜 丝将两板连结，他发觉舌头会感到咸味，而铜丝中有电流现象（如:可使蛙腿抽 动）。但不久他发觉这与「动物电」无干，因为若不用舌头，而用一片浸过碱水 的纸板夹在铜、锌之间，也可生电流。而且，如果用多重的锌、纸、铜、锌、纸、 铜、…，会得到更明显的电流(蛙腿抽动不止)。──这就是最早（如果不算巴比伦） 的电池(碱性电池)。有了稳定的电源，电流的研究与应用才能展开。电压单位伏 特(volt)就是因纪念他的功劳而命名的。

这种「伏特堆」(Voltaicpile)，很快被人仿效，越做越大(可以表演连续火 花)，以后又有人加以改良，越做越精致。──直到现在，改良电池还是一门专业 的学问。在伏特电池发明后没多久，就有人发现电流可以从溶液中通过。1800年， 英国WilliamNicholson(1753-1815)与AnthonyCarlisle(1768-1840)，发现了电解现象， 例如水可以被通过的电流被分解为氢与氧。此为电在化合中作用之线索，亦为电 解、电镀之原理。但是把电镀技术改善到可以应用，则要到1835年的德国人西门 子（ErnstW.Siemens，1816-1892，其弟William,后来成为英国爵士，兄弟创办「西 门子」公司，至今尚存。）──巴比伦的镀金物如果真是四千年前的电镀做成的， 实在令人惊叹。

然而，怎样「定量」(测定电流的大小)，还是不容易，当时有人想了各种 方法（如利用电线之发热），又难又不准。

电与磁之间，很早便被认为有些关连。记载中，有一间铁铺被雷电击中， 铺中铁器都生了磁性。十八世纪以后，很多人在研究放电现象时，都注意到附近 的磁针会动。1820年，丹麦哥本哈根大学教授奥斯特(H.C.Oersted,1777-1851)在 演讲时表演电流生热，发现一根导线中的电流，会使附近的磁针偏向垂直方向， 也就是电流可以产生「磁力」；
越大的电流，这种现象越明显，而且，这种现象， 不受纸板间隔的影响。这发现立时引起了很多人的兴趣。不久，便有人把导线绕 成很多重的「线圈」，只要很小的电流，就能产生很大的磁力。线圈电流固可使 小磁针转动，但如果是一个固定的大磁铁，线圈也会反向而动。──同年，德国 人ChristophSchweigger(1779-1850)与JohannC.Poggendorff，就用这方法制成电流 计。从此，电流成为物理（或工业）中测定最方便的量之一。这也就是为什么在 公制中，先订电流单位「安培」，再订电量单位「库伦」之原因。

法国物理学家安培(AndreMarieAmpere,1775-1836)立刻想到：所有磁性的 来源，或许都是电流。他在1820年，听到奥斯特实验结果之后，两个星期之内， 便开始实验。五个月内，便证明了两根通电的导线之间也有吸力或斥力。这就是 电磁学中第二个最重要的定理「安培定律」：
两根平行的长直导线中皆有电流，若电流方向相同，则相吸引。反之，则 相斥。力之大小与两线之间距离成反比，与电流之大小成正比。

（安培也写下了两小段电流作用力之量化描述，可以计算各种形状的电流 间之力。如今这称为比奥─沙伐定律。

Jean-BaptisteBiot,1774-1862,FelixSavart1791-1841两人与安培几乎同时进行类似 的实验）。公制中，用安培定律以定义电流单位「安培」：两个平行之同向同大小之 电流，相距一公尺，若其相吸之力为2×10-7牛顿/公尺时，称之为一安培。这电 流单位在使用上有其方便，例如一百瓦的电灯中的电流大约一安培。这2×10-7 牛顿/公尺是很小的，故平常在两根电线中，相互之力不太容易察觉。──但做成 线圈后，可以产生很大的力。

以后，安培又证实了通了电流的筒状线圈之磁性，与磁铁棒完全一样。故 他提出假说：物质之磁性，皆是由物质内的电流而引起的。这使「磁性」成为「电 流」的生成物。（这也解释了为什么磁铁没有单极的）。──他后来被誉为「电 磁学」的始祖(电与磁从此在物理中是分不开的)。他的名字，也成了电流的单位。

安培早慧，但一生不幸。（童时亲见其父在法国大革命时上断头台，娶妻 甚贤，但又早逝）。在听到Oersted之发现后，立刻意识到电流与电流之间必有力 在，洞察力惊人。

安培这个发现，在应用上极为重要。它提出了用电流而发出动力，使物体 动起来的方法，准确而可靠。因此，它是电流计(以及各种电表)、电马达、电报， 电话之原理。特别是电报，在1835年以后就成了新兴事业，大赚其钱。然而，在 开始时，也有人对这些新玩意感到恐惧而抗拒。（例如：对电磁学也有贡献的大 数学家高斯KarlF.Gauss,1777-1855。）──电报业风光了一百多年。时至今日，卫 星通讯发达以后，电报业就没落了。

安培定律之后，电磁学理论与应用之发展可以说「风起云涌」。1825年， 英WilliamStrugeon(1783-1850)发明电磁铁，使这种作用力更方便有效。1826年， 德UniversityofCologne的数学教授欧姆(GeorgeS.Ohm,1789-1854)，发表了欧姆定 律，厘清了电压、电流、电阻间的关系(V=iR)。这个定律是以后所有电路理论的 开端。但他发现了欧姆定律后，反而被攻击而辞职，失业了好几年后他才另外找 到工作。电流消耗能量的关系式，则要到1839年，才被英国的焦耳 (JamesPrescottJoule,1818-69)确定（焦耳定律P=i2R）。这成为以后电力买卖的计 价基础。

十九世纪的美国，挟其地大物博之优势，发展极快。美国人好新奇，敢冒 险，在电器的发明上，领先全世界。美国人亨利(JosephHenry,1799-1878)，原在 一个乡下学校教书，并做研究（当时在美国这是少见的）。1829年，他改良电磁 铁，发明电报的原理。(据说他比法拉第更早一年发现电感现象，但未发表)。后 来他转往NewJerseyCollege(以后的PrincetonUniversity)任教。1835年，美国画家摩斯(SamuelF.B.Morse,1791-1872)，发明了摩斯电码（MorseCode），制成了电 报的第一个原型。从此，电报开始发展成新兴工业。1854-58年，英国 Univ.ofGlasgow的凯尔文（WilliamThomson，后来封爵LordKelvin,1824-1907）， 研究越洋电缆理论，促成大西洋两岸之电讯。他也因此发财。1876年，美国人贝 尔(AlexanderG.Bell,1874-1922)发明电话。贝尔的家传技艺是audiology(帮助聋哑 的技术)。他发明电话后成为巨富，热心公益。他的公司，至今尚存。晚年他宣 称讨厌电话，隐居加拿大东北极寒之地纽芬兰。

焦耳、凯尔文现在的名气，多因其热学上的成就，(焦耳之热功当量，凯 尔文之绝对温标)。而且，他们合作，发现了气体膨胀时，温度下降 （Joule-ThomsonEffect），这是冷冻机原理。但这发明当时英国的工业界不感兴 趣。焦耳去世较早。凯尔文1892之封爵，也是因越洋电缆。

为什么冷冻机原理当时引不起英国工业界的兴趣？为什么用途广泛的电 马达（其原理只是安培定律）没有很早的发展？其中重要原因之一是这些都要大 量的电力，而当时还没有一个便宜的发电方法（电池发电太贵了）。因此，用电 量较小的通讯器材（电报、电话），就率先发达。对当时的一般民众而言，生活 中用电还是少见的事。电报是紧急时才用的，而电话也只有少数有钱人才装得起。

要等发电机成功之后，用电量大的器材，才能发展。而电器之普及，也才 能实现。

五、法拉第定律与发电机：
公认的实验天才法拉第(MichaelFaraday,1791-1867)是伦敦一位铁匠之子。

少年时在一家书店做学徒。当时，皇家研究所（RoyalInstitute）的所长达维 (SirHumphreyDavy,1778-1829)为了教育大众(也为了争取经费)，举办了一系列的 通俗演讲。法拉第去认真听讲，并做了完整的笔记，装订成册。以后他便以这一 套笔记，受到达维赏识，被聘为皇家研究所的助理(1812)。不久，他在实验方面 的才能，便显露出来，成为达维的得力助手。达维退休以后，他被任命为所长 (1821)。

达维是电解专家(1807年发现了钠与钾)。法拉第早年是达维的助手，他对 电解有很周密的研究。他发现了通电量与分解量有一定的关系，并且与被分解的 元素之原子量有一定的关系。由此，可以大致导致两个结论：(1)每个原子中有 一定的电含量（以今日而言，是一定的电子数）。（2）原子在化合时，这些电量起了作用，而通电可使化合物分解。因此，牛顿寻求的分子中的化合之「力」， 必与电有关。（此想法在1807年由达维提出，法拉第进一步加以验证，至今尚是 正确的。） 法拉第少年失学，缺少科学方面的正式训练，这是他的缺点，但也可能是 他的优点。他不长于数学，但有极强的「直感」。他在电与磁的直感的基础是「场」 与「力线」概念。

牛顿的万有引力定律提出之初，受到很多质疑。其中之一是：很多人认为， 两个相距遥远的物体，无所媒介，而相互牵引，是不可置信的（连牛顿本人对此 也有所犹疑）。但是由于万有引力之大获成功，这种「超距力」的概念，不久便 被普遍接受了。电磁学中的「库伦」、「安培」等力之观念，起始时亦是这种「超 距力」。

在牛顿前一百年的英国人吉伯特(WilliamGilbert,1540-1603)是伊利莎白一 世的御医。他的一本「论磁」(DeMagnete,1600)是有系统地研究电磁现象的第一 本书（大部份说磁，因其在当时比较有用），其重要性是扬弃了磁性之神秘色彩， 以一种客观的自然现象来描述之。吉伯特之「论磁」中曾提出「力线」之观念。

这就是说：磁性物质发出一种「力线」，其它磁性物质遇到了这「力线」便受到 力之作用。这样就避过了「超距力」的「反直觉」。

(a)力线不断、不裂、不交叉打结，但可以有起头与终止。例如：电场之力 线由正电荷发出，由负电荷接受。力线的数量与电荷之大小成正比。（磁场以「磁 北极」为正，「磁南极」为负。） (b)力线像有弹性的线，在空中互相排斥又尽量紧绷。其密度与施力之大 小成正比。

(c)力线有方向性，电力线之方向是对正电荷之施力方向（负电受力方向相 反），在磁力线是对「磁北极」之施力方向（「磁南极」受力方向相）。

法拉第则更进一步，提出了「场」的概念：空中任意一点，虽然空无一物， 但有电场或磁场之存在，这种「场」可使带电或带磁之物质受力。而「力线」则 是表现「场」的一种方式。但是，法拉第的「场」观念，当时也受到强烈的质疑 与反对。最重要的理由是这观念不及「超距力」之精确。把「场」观念精确化， 数学化的是后来的麦克斯威。他对电磁学最重要的贡献是「电感」之发现。──有磁性的磁铁，可以使 附近的无磁性的铁棒磁化。根据安培的发现，通了电流的筒状线圈的磁性与磁铁 棒相同，实验上它也可以使其附近的无磁性的铁棒磁化。法拉第就想：是否也可 以用通了电流的筒状线圈来引起其附近另一个筒状线圈中的电流？ 他1824年开始做实验，起初找不到什么结果。直到1831年，他用了四百多 英尺的电线做了两个互相套合的线圈，才在无意中发现：在第一线圈中的电流关 掉的瞬间，第二线圈中有瞬间的电流产生，甚至冒火花。他继续研究，发现第一 线圈中的电流有变化时，第二线圈中才有电流。而第一线圈中的电流变化越快， 第二线圈中的电流越大。法拉第接着又发现，一个移动的磁铁或通了电流的筒状 线圈，也可以使附近的线圈中，产生感应电流。──这就是电磁学中第三个最重 要的「法拉第定律」。

这个定律与库伦、安培都不同；
它是动态的。第一线圈中的电流变化越快， 第二线圈中的电流越大。（这是变压器原理）。或磁铁、有电流的筒状线圈，移 动得越快，第二线圈中的电流也越大。这就是「发电机」(把动能化成电能)的原 理。

法拉第也知道他这发现的重要。发现之后，皇家研究所举办成果展览。英 国财政大臣也来参观。看到助手们表演火花放电以娱伦敦民众，不太高兴，便问 法拉第：你花了政府这么多钱，就为了表演？法拉第冷冷地回答了四个字：
Youwilltaxit!(你会有一天抽它的税)。

法拉第做了一辈子研究，退休时(1855)两袖清风，不知何去何从(当时没有 退休金制度)。英维多利亚女皇则早准备了房子、终身俸及封爵，给他一个惊喜。

法拉第接受了房子及终身俸，坚辞封爵。

但是，实用的发电机却不是那么简单，法拉第定律之后五十年才在美国做 出来。

美国人爱迪生(ThomasA.Edison,1847-1931)号称「发明大王」，拥有（或 共享）的专利，有1093项，至今无人打破纪录。其中包括电灯、录音、电影等等， 对「电化世界」有决定性影响。1879发明的白炽电灯(以碳化纤维为灯丝)，造成 轰动，是第一个人人都感到非要不可的电器。但他在发电机的竞争上，却输给了 对手。可能的原因是他太执着于直流电（他甚至宣扬交流电危害人类）。──以 法拉第定律而言，交流发电机的制作比较顺理成章，而且，交流电才能使用变压器，利于长途输电。

他的竞争对手是西屋(GeorgeWestinghouse,1846-1914)与特斯拉 (NicolaTesla,1856-1943,也有700项专利，包括变压器、日光灯，交流电马达)。特 斯拉年轻时从匈牙利移民美国，先在爱迪生手下做事，但他热心做交流电，与爱 迪生不合，辞职后去挖沟。后来辗转被西屋雇用。1882年，特斯拉制成第一部交 流发电机。他们对交流电机之发展，使「西屋公司」成为电机工业之百年重镇。

1896尼加拉瀑布水力发电开始。世界的电化，从此展开。但电磁学的故事， 还没有完。

六、麦克斯威与无线电 与法拉第之实验天才对比，麦克斯威（JamesClerkMaxwell,1831-1879）则 是长于数学的理论物理学家的典型。他生于苏格兰的一个小康之家。自幼便充份 显示了数学之才能。他先在阿伯丁(Aberdeen)大学任教，以后转往剑桥。在物理 中，今日麦克斯威之重要性，几可与牛顿、爱因斯坦等量齐观。但生前，麦克斯 威并不受其故乡苏格兰之欢迎（爱丁堡大学不要他，死时亦未有公开之表扬）。

他在剑桥大学则受到重用，出任CavendishLaboratory的首任所长。

他在1855年，发表了「法拉第之力线」一文，受到将退休的法拉第的鼓励。

1862年，他由理论推导出：电场变化时，也会感应出磁场。这与法拉第的电感定 律相对而相成，合称「电磁交感」。此后他出版了「电磁场的动态理论」 （ADynamicTheoryofElectromagneticField,1867），「电磁论」 (TreatiseonElectricityandMagnetism,1873)，其重要性可以与牛顿的「自然哲学的 数学原理」相提并论。

通过了数学（主要是「向量分析」），麦克斯威写下了著名的「麦克斯威 方程式」，不但完整而精确地描述了所有的已知电磁场之现象，而且有新的「预 言」。其中最重要的是「电磁波」：
(1)由于「电磁交感」，故电磁场可以在真空中以「波」的形式传递。

(2)计算之结果，这波之速度与光速一致，故光是一种「可见的」电磁波。

(3)这种波亦携带能量、动量等，并且遵从守恒律。(1884波亭定理，英 JohnHenryPoynting,1852-1814是麦克斯威的学生，他推导出电磁场中的能量的流动关系式。) 「光是一种电磁波！」这句话现在是常识，在当年则骇人听闻。麦克斯威 只靠纸上谈兵（数学运算），就做大胆宣言，也难怪当年根本不信有电磁波的人 居多。但他自己却信心满满。有人告诉他有关的实验结果，不完全成功，他毫不 在意。他有信心他的理论一定是对的。──以后的理论物理学家很多人就学了他 这种态度。有一个物理学者(Dirac)的一个理论被实验证明是错的。他就抱怨：这 么美的理论，上帝为什么不用？ 德国人赫兹(HeinrichR.Hertz,1857-1894,KarlsruhePolytechnic)是第一个在 实验室中证明电磁波存在的人。他先把麦克斯威的电磁学改写成今天常见的形式 (1884)。然后在1886-88年，做了一系列的实验，不但证明电磁波存在，而且与光 有相同波速，并有反射、折射等现象，也对电磁波性质（波长、频率）定量测定。

当然，也同时发展出发射、接收电磁波的方法。──这是所有「无线通讯」的始 祖。──此时麦克斯威墓木已拱。

一般人都说无线电的发明人是意大利的马可尼 (GuglielmoMarconi1874-1937，获1909年诺贝尔奖)。俄国人则说是波波夫 (AleksandrPopov,1859-1906,Univ.St.Petersburg)。但在推广实用上与影响力上，马 可尼似乎领先一步。(特斯拉也有无线电的专利，但时间更晚。)1901年，马可尼 实验越洋广播成功，轰动一时，从此开始了广播工业。

七、结语 麦克斯威的电磁理论（经赫兹改写），成为现在理工科的学生都要修的电 磁学。简单的说来，电磁学核心只有四个部份：库伦定律、安培定律、法拉第定 律与麦克斯威方程式。并且顺序也一定如此。这可以说与电磁学的历史发展平行。

其原因也不难想见；
没有库伦定律对电荷的观念，安培定律中的电流就不容易说 清楚。不理解法拉第的磁感生电，也很难了解麦克斯威的电磁交感。

这套电磁理论，在物理学中，是与牛顿力学分庭抗礼的古典理论之一。如 果以应用之广，经济价值之大而言，犹在牛顿力学之上。但也不能忘记，如果没 有牛顿力学中力之概念，电磁学也发生不了。电磁学中的各定律，也无法理解。

因此，普通物理中，也必然先教力学再教电磁。

力学与电磁学被称为「古典理论」有两层意思：(1)它可以自圆其说，没有内在的矛盾。(2)但是到了廿世纪量子理论确立后，它们被修改了。力学后来 被修改为量子力学，电磁学被修改为量子电动力学。然而，在原子之外，这两个 古典理论仍是非常精确，故理工学生仍然不得不学它们。

回顾电磁学的历史，是很有趣的。一直到十八世纪中，电磁似乎只是一种 新奇的玩具。──科学与艺术一样，起步时都有游戏性质。──但到了后来，其产 生的结果，竟然改造了世界。当然，并不是所有科学工作都有这样大的威力。也 有些科学的成果令人不敢恭维（例如原子弹）。然而，科学有这样的可能，却是 我们不得不重视科学研究的终极原因。