电磁情况(2)
5. 电和磁之间有什么关系吗？
长期以来，人们一直认为电和磁是两个不相关的事物；然而，它们有某些相似之处。无论电荷或磁极如何，同种电荷相互排斥，异性电荷相互吸引。力的方向位于电荷或磁极之间的连接线上。力的大小与它们之间的距离的平方成反比。 18世纪末，人们发现电荷可以流动，称为电流。但电和磁之间的联系很长一段时间都没有被发现。
1777年，库仑在研究改进导航罗盘中磁针的方法时，进行了扭力平衡实验，可以测量静电力或磁力的大小；这似乎意味着电和磁之间存在着密切的区别。连接。在大量实验的基础上，1789年，库仑总结出两个磁极相互作用的规律，类似于两个点电荷的相互作用。库仑丰富了电学和磁学研究的测量方法，将牛顿力学原理推广到电学和磁学，为电磁学的发展和电磁场理论的建立铺平了道路。但库仑提出，电和磁有本质上的不同。
1820年之前，库仑、安培、托马斯·杨和比奥最初认为电和磁是两个概念，它们之间没有联系。然而，奥斯特始终认为，电、磁、光、热等现象之间存在着内在的联系。特别是富兰克林曾经发现莱顿瓶的放电可以磁化钢针，这进一步坚定了他的观点。 1820年，丹麦人奥斯特首次发现了电流的磁效应。这个实验创造了将电和磁联系起来的电磁学，在科学界引起了巨大震动。
两周后，法国人安培提出了磁针旋转方向与电流方向的关系——著名的“右手定则”。 1820年，比奥和萨伐尔共同创建了比奥-萨伐尔定律，这是静磁学的基本定律，准确地描述了载流导线的电流产生的磁场。两人逐渐相信电磁学之间存在密切联系，支持了奥斯特的观点。
受到奥斯特电流磁效应实验和一系列其他实验的启发，安培于1821年1月提出“分子电流假说”，认为磁场是由移动的电流产生的。他指出磁现象的本质是电流，从而解开了千百年来的A谜团。安培将涉及电流和磁体的各种相互作用归因于电流之间的相互作用，并提出了寻找电流元素之间相互作用定律的基本问题。 1822年，安培革命性地提出了磁场对运动电荷的作用力的公式“安培定律”，并运用高度的数学技巧总结了载流电路中电流元件在电磁场中的运动规律。安培定律是电磁定律，也是物理学中非常重要的定律。 “电流”这个概念也是安培创造的。不客气地说，安培在电磁学中的作用是巨大的，他是当之无愧的“电学牛顿”。
1831年，法拉第发现了电磁感应现象——他发现当一块磁铁经过闭合电路时，电路中会产生电流。由此，他推导出法拉第电磁感应定律；进而得到一种产生交流电的方法。他的发现奠定了电磁学的基础，是麦克斯韦的先驱。美国国家科学院前院长约瑟夫·亨利在1830年独立研究时发现了法拉第电磁感应定律。他比法拉第更早发现了这一定律，但他并没有公开这一发现。 1875年至1876年，时任美国科学院院长的罗兰对带电旋转圆盘的磁效应进行了实验，首次揭示了移动电荷可以产生磁场。
至此，经过多年的争论和艰苦的实验，电磁学与电磁学之间存在必然联系、两者可以相互转化的结论已经得到证实。奥斯特和安培证明了电可以产生磁；法拉第、亨利和罗兰证实磁力可以发电。
6.电磁理论的提出
发现电与磁之间的联系后，人们认识到电磁力的性质在某些方面与重力相似，但在其他方面又有所不同。为此，法拉第引入了力线的概念，认为电流在导线周围产生磁力线，电荷在各个方向产生电力线，基于此，产生了电磁场的概念。 1831年，法拉第用铁粉进行实验，形象地证明了磁力线的存在。他指出，这条力线不是几何的，而是具有物理性质的客观存在。
韦伯为建立电单位的绝对测量做出了很多贡献。 1849年左右，他提出了电流强度和电磁力的绝对单位。高斯在韦伯的帮助下提出了磁量的绝对单位。韦伯从1846年到1878年对电动力学（即电磁学）测量方法的研究具有根本意义。他发明了许多电磁仪器来定量测量电流强度、磁场强度和电力。
1855年至1856年，麦克斯韦在《法拉第力线》一文中介绍了“电场”和“磁场”的概念；麦克斯韦总结了宏观电磁现象的规律，引入了位移电流的概念。这个概念的核心思想是：变化的电场可以产生磁场；变化的磁场也可以产生电场。 1865年他预言了电磁波的存在。 1873年，麦克斯韦在其专着《论电与磁》中完成了统一的电磁理论。
当时的德国，人们还固守着牛顿的传统物理观念。法拉第和麦克斯韦的理论提供了对物质世界的新描述，但它们违反了传统。因此，他们在德国和其他欧洲中心没有地位，甚至被解雇。把它当作一个奇怪的谈话。这种情况一直持续到赫兹发现了人们所怀疑并期待已久的电磁波。
1885年至1889年间，赫兹首次通过实验全面验证了麦克斯韦理论的正确性。在实验室中产生了无线电波，证明了无线电辐射具有波动性，首次证实了电磁波的存在，并测量了波长和速度。赫兹还通过实验证实电磁波是横波，具有与光类似的特性；他指出，无线电波的振动及其反射和折射特性与光波和热波相同。由此，他坚定地肯定：光和热都是电磁辐射。
由于电磁场可以对带电粒子产生力，因此移动的带电粒子同时受到电场力和磁场力的作用。洛伦兹将电磁场对运动电荷的作用力总结成一个公式，人们称这种力为洛伦兹力。描述电磁场基本定律的麦克斯韦方程组和洛伦兹力构成了经典电动力学的基础。
现在人们认识到电磁场是物质的一种特殊形式。电荷在其周围产生电场，电场反过来又对其他电荷产生作用力。磁铁和电流在它们周围产生磁场，该磁场对其他磁铁和内部有电流的物体产生力。电磁场也具有能量和动量，是传递电磁力的介质。它渗透到整个空间。人们认识到麦克斯韦电磁理论正确地反映了宏观电磁现象的规律，并肯定了光也是一种电磁波。电、磁、光统一，实现了物理学的第二次大综合。
7. 电磁波的利用
电磁波的电场（或磁场）随时间变化，具有周期性。一个振荡周期内传播的距离称为波长。振荡周期的倒数，即每秒振动（变化）的次数，称为频率。整个电磁波谱，从无线电波到宇宙射线的波、光和射线的集合。不同频率段分别命名为无线电波（3KHz-）、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽马射线（伽马射线）和宇宙射线，即波长越来越短，频率越来越小越来越高。
电磁波属于横波，可用于探测、定位、通信等；最常用的是频率最小的无线电波。红外线用于遥控器、热成像仪、红外制导、火的温暖（热辐射）以及与热效应相关的现象。可见光是大多数生物体观察事物的基础；紫外线用于医疗消毒、验钞、测量距离、工程探伤等； X射线用于医学人体透视CT摄影、工程探伤、物理测量晶体结构；伽马射线用于医学治疗并导致原子转变以产生新的射线等。
频率在3KHz至3KHz之间的无线电波主要用于通信等领域。无线电广播（常用的收音机）和电视都使用电磁波。根据不同的广播特性和不同的使用业务，整个无线电频谱分为9段：甚低频（VLF）、低频（LF）、中频（MF）、高频（HF）、甚高频（VHF） ）、特高频（UHF）、超高频（SHF）、极高频（EHF）和高频，对应的波段范围有超长波、长波、中波、短波、米波、分米波、厘米波、毫米波和微波（后4种统称为微波）。
无线电频谱频段划分表
超低频（SLF）波长（10兆米），对应频率范围为30Hz~300Hz，广泛应用于军事和民用应用的多个方面。民用主要应用于医疗、工程勘探、地球物理勘探、地震研究等；军事应用主要应用于水下武器遥控、水下通信等，在众多应用中，潜艇水下通信的应用最为突出。可以解决岸上指挥所与近海潜艇之间的远距离、深度通信问题。超低频海底通信系统规模庞大、复杂、技术含量高。只有美国、俄罗斯等少数发达国家掌握了超低频海底通信技术。
超高频（SHF）波长范围为10cm至1cm，厘米波对应的频率范围为3GHZ~30GHZ。它广泛应用于卫星通信和广播、蜂窝电话和寻呼调度系统以及3G-4G无线范围。极高频（EHF）波长范围为1mm~10mm，毫米波对应的频率范围为30~；主要应用于气象雷达、空间通信、射电天文学、波导通信、5G移动通信系统等。这两个频率是目前与我们联系最密切的无线电频段。
1753年2月17日，《苏格兰人》杂志发表了一篇文章。作者提出了利用电流进行通信的大胆想法。这被认为是对电磁通信的启示。后来，默默无闻的瑞典人、法国的查佩兄弟、俄罗斯外交官席林、英国青年库克、韦伯和高斯都在电磁电报方面做出了努力。 1793年，法国查佩兄弟在巴黎和里尔之间建立了一条长达230公里的马车线，通过中继传递信息。 1833年，韦伯和高斯在哥廷根城上空架设了两根铜线，建成了第一台电磁电报机，实现了从哥廷根大学物理研究所到天文台约1.5公里距离的电报通信。
事实上，1820年，安培首先提出利用电磁现象来传输电报信号。 19世纪末，意大利人古列尔莫·马可尼和俄罗斯人波波夫于1895年进行了无线通信实验。而在印度，贾格迪什·钱德拉·博斯则利用无线电波敲响了钟声并引发了爆炸。 1901年，塞尔维亚裔美国电气先驱特斯拉表示，他于1893年发明了无线电报。因此，很多人不会相信马可尼作为无线电之父的说法。难怪当时信息不发达，在不同的地方进行类似的实验很正常；只不过马可尼对知识产权意识比较强（他是第一个获得专利权的人），宣传也比较到位。 1913年4月14日，泰坦尼克号撞上冰山时，通讯便利的马可尼公司营救并接收了700名幸存者。如今，手机、收音机、天气预报、航空航天等都离不开无线电通信。
8. 顺序
与一切认知过程一样，人类对电磁运动形式的认识也逐渐从特殊到一般、从现象到本质深入。人们对电磁现象的认识逐渐从静电学、静磁学、准稳态电流等特殊方面扩展到一般运动变化的过程。
在电磁学发展的早期，人们就认识到带电体之间、磁极之间存在力。然而，作为描述这种力的手段而引入的“场”概念并没有被人们普遍接受。客观存在。现在人们已经清楚地认识到电磁场是物质存在的一种形式。它可以与所有带电物质相互作用，产生各种电磁现象。
电磁场本身的运动遵循波动定律。这种以波的形式运动和变化的电磁场称为电磁波。信息时代，电磁场、电磁波无处不在。电磁场理论用精妙的数学语言描述客观物理规律，通过数学方程的解揭示场和波的客观存在。
我们应该感谢所有对电磁波及相关理论做出贡献的科学家——吉尔伯特、富兰克林、埃皮努斯（1724-1802，德国物理学家，第一次尝试系统地将数学应用到电磁理论中，他的各种实验导致了平行板的设计）电容器和矿物电气特性的发现，并探索了其热电特性），库仑，卡文迪什，安培，高斯，伏特，欧姆，比奥，萨瓦特，奥斯特、法拉第、亨利、焦耳、罗兰、红衣主教埃尔霍夫、麦克斯韦、亥维赛、洛伦兹、赫兹以及开尔文、马可尼、特斯拉和波波夫。他们卓有成效的工作为电磁理论及相关技术的进步做出了巨大贡献，并持续推动着人类社会的进步和发展。