第七章 ??电与磁?

人类对电现象的初步认识很早就有记载，早在公元前585年，古希腊哲学家塞利斯，已经发现了摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体。中国在东汉时期的王充在《论衡》一书中提到“顿牟掇芥”等问题，所谓顿牟就是琥珀，掇芥意即吸引菜籽，就是说摩擦琥珀能吸引轻小物体。中国西汉末年，有关于“玳瑁”吸（细小物体之意）的记载，以及“元始中（公元三年）……矛端生火”，即金属制的矛的尖端放电的记载。晋朝（公元三世纪）还有关于摩擦起电引起放电现象的记载：“今人梳头，解著衣，有随梳解结，有光者，亦有声。”

在对电与磁现象的早期研究中，最早进行系统研究的首推英国医生威廉·吉尔伯特，他在文章中说：“随便用一种金属制成一个指示器……在这个指示器的另一端，移近一个轻轻摩擦过的琥珀或者是光滑的磨擦过的宝石这指示器就会立即转动”，并且发现不仅摩擦过的琥珀有吸引轻小物体的性质，而且其它物质像金刚石、水晶、硫磺、硬树脂、明矾等也有这种性质，他把这种性质称为电性。

磁体能够吸引钢铁一类的物质。它的两端吸引钢铁的能力最强，这两个部位叫做磁极。在科学历史上，电与磁是分别发现和研究的。后来，电与磁之间的联系被发现，如奥斯特（H.C.Oersted）发现的电流磁效应和安培发现的电流与电流之间相互作用的规律。再后来，法拉第提出了电磁感应定律，这样电与磁就逐步连成一体了。

电与磁现象是不可分割的，简单地说，就是电生磁、磁生电。

盖利克(Van de Graaff 1602～1686)德国物理学家和工程师。曾经表演过著名的马德堡半球实验的科学家，于1660年发明了第一台能产生大量电荷的摩擦起电机，他用硫磺制成形如地球仪的可转动物体，用干燥的手掌擦着干燥的球体使之停止可获得电，盖利克的摩擦起电机经过不断改进，在静电实验中起着非常重要的作用。

18世纪中叶，电学实验逐渐在欧洲普及，在法国和荷兰有不少人公开表演以为娱乐。1731年，英国牧师格雷在实验中发现，由摩擦产生的电在玻璃和丝绸这类物体上可以保持下来而不流动，而有的物体如金属，它们不能由摩擦而产生电，但却可以用金属丝把房里摩擦产生的电引出来绕花园一周，在末端仍具有对轻小物体的吸引作用，他第一次分清了导体和绝缘体，并认为电是一种流体。

电既是一种流体，而流体若如水是可以用容器来蓄存的，1745年，德国牧师克茉斯脱，试用一根钉子把电引到瓶子里去，当他一手握瓶，一手摸钉子时，受到了明显的电击。1746年，荷兰莱顿城莱顿大学的教授彼得·冯·慕欣布罗克无意中发现了同样的现象，用他自己的话说：“手臂和身体产生了一种无形的恐怖感觉，总之，我认为自己的命没了”。就这样穆欣布罗克公布了自己意外的发现：把带电的物体放进玻璃瓶里，就可以把电保存起来，这就是著名的莱顿瓶。

莱顿瓶的发明使物理学第一次有办法得到很多电荷，并对其性质进行研究。1746年，英国伦敦一名叫柯林森的物理学家，通过邮寄向美国费城的本杰明·富兰克林赠送了一只莱顿瓶，并在信中向他介绍了使用方法，这导致了1752年富兰克林著名的费城实验。他用风筝将“天电”引了下来，把天电收集到莱顿瓶中，从而弄明白了“天电”和“地电”原来是一回事。

1729年英国的格雷研究琥珀的电效应是否可传递给其它物体时，发现导体和绝缘体的区别。1733年法国的杜费把电区分为“玻璃的”和“树脂的”两种，他得到：带相同电的物体互相排斥，带不同电的物体彼此吸引。他把电想象为二元流体，当它们结合在一起时，彼此中和。当初规定：用毛皮摩擦过的玻璃所带电荷为正电荷，用毛皮所带电荷为负电荷。后来演变成，原子的质子带正电，电子带负电。

十八世纪后期，贝内特发明验电器，这种仪器一直沿用到现在，它可以近似地测量一个物体上所带的电量。另外，1785年，库仑(C A de Coulomb 1736～1806)发明扭秤，用它来测量静电力，推导出库仑定律，并将这一定律推广到磁力测量上。科学家使用了验电器和扭秤后，使静电现象的研究工作从定性走上了定量的道路。

库仑定律是在无限大真空中，两个点电荷q1与q2间作用力的定律，是电磁场理论的基本定律之一。它说明q1对于q2的作用力F与它们之间距离r的平方成反比，与电量q1、q2分别成正比。库仑定律是法国物理学家库仑于1785年通过扭秤实验得出的。他使用扭秤测量了作用力，但是当时的实验精度不高。通过间接的方法,可以检验平方反比律中指数2的精确程度.麦克斯韦得出,若令公式中r的方次为2+δ,δ为误差，则δ的上限为|δ|≤1/。1936年，S.J.普林顿和W. E.劳顿通过实验得出：|δ|＜2×10-9。1971年,E.R.威廉斯、J.E.费勒和H.A.希尔求得δ的极限值为(2.)×10-16?。此外，E.卢瑟福所做的原子核对α粒子散射的实验证明:在带电粒子间近至10-12cm的核尺度上,库仑定律仍保持有效。但对于比这小的距离,定律则不成立。