一文读懂电磁学发展史（图文版）（一）
电磁学或称电动力学或经典电动力学。之所以称为经典，是因为它不包括现代的量子电动力学的内容。电动力学这样一个术语使用并不是非常严格，有时它也用来指电磁学中去除了静电学、静磁学后剩下的部分，是指电磁学与力学结合的部分。这个部分处理电磁场对带电粒子的力学影响。通过方程统一电磁学，并且揭示出光作为电磁波的本质。
电磁学的基本方程为麦克斯韦方程组，此方程组在经典力学的相对运动转换（伽利略变换）下形式会变，在伽里略变换下，光速在不同惯性座标下会不同。保持麦克斯韦方程组形式不变的变换为洛伦兹变换，在此变换下，不同惯性座标下光速恒定。二十世纪初，迈克耳孙-莫雷实验支持光速不变，光速不变亦成为爱因斯坦的狭义相对论的基石。取而代之，洛伦兹变换亦成为较伽利略变换更精密的惯性座标转换方式。
静电和静磁现象很早就被人类发现，由于摩擦起电现象，英文中“电”的语源来自希腊文“琥珀”一词。远在公元前2750年，古埃及人就已经知道发电鱼（electric fish）会发出电击。这些鱼被称为“尼罗河的雷使者”，是所有其它鱼的保护者。大约两千五百年之后，希腊人、罗马人，阿拉伯自然学者和阿拉伯医学者，才又出现关于发电鱼的记载。古代罗马医生Scribonius Largus也在他的大作《Compositiones Medicae》中，建议患有像痛风或头疼一类病痛的病人，去触摸电鳐，也许强力的电击会治愈他们的疾病。阿拉伯人可能是最先了解闪电本质的族群。他们也可能比其它族群都先认出电的其它来源。早于15世纪以前，阿拉伯人就创建了“闪电”的阿拉伯字“raad”，并将这字用来称呼电鳐。
在古希腊及地中海区域的古老文化里，很早就有文字记载，将琥珀棒与猫毛摩擦后，会吸引羽毛一类的物质。西元前600年左右，古希腊的哲学家泰勒斯（Thales, 640-546B.C.）做了一系列关于静电的观察。从这些观察中，他认为摩擦使琥珀变得磁性化。这与矿石像磁铁矿的性质迥然不同；磁铁矿天然地具有磁性。泰勒斯的见解并不正确。但后来，科学会证实磁与电之间的密切关系。
近代研究史
对电磁学做出伟大贡献的有法拉第、欧姆、奥斯特、安培、麦克斯韦等。
丹麦物理学家奥斯特最先发现了电和磁之间的联系。
且说1820年7月21日，丹麦哥本哈根大学响起了清脆的铃声，物理实验室已经坐满了学生，年富力强的奥斯特教授精神饱满地带着伏打电池走了进来，为学生们上实验课。
当他接通电池时，突然发现放在电池旁边的磁针发生了偏转，改变了原来的位置，在垂直于导线的方向停了下来。
学生们对这一现象丝毫没有感觉，但奥斯特却激动万分。
在19世纪以前，近代电学和磁学的先驱及其后来人，一直把电和磁作为独立的互不相关的现象进行研究。在电和磁之间是否存在什么关系呢？从1807年起，奥斯特就致力于电的各种效应的研究，隐约地认识到电和磁之间存在某种联系，但找不出什么证据。
经过10多年的探索，进展不大。当他在课堂上看到通电后引起的磁针偏转时，怎能不激动呢！
奥斯特意识到这是一项重大发现，下课后，立即进行了各种分析实验。
他用导线又接通了伏打电池，当磁针垂直地放在导线的位置时，磁针并无变化；当磁针平行地放在导线的位置时，磁针立即偏转，直到与导线垂直为止。他再把磁针放在一定的位置上，当伏打电池接通时，磁针发生了偏转，当关闭电源时，磁针就恢复到原来的状态。
奥斯特又进一步地试验了不同的金属导线，发现磁针的偏转几乎一样。
他又在导线和磁针之间放一块硬纸板隔离，在接通电源时，磁针仍然偏转，甚至在中间放上玻璃、石头、水、金属时，磁针照样偏转。
通电导线为什么会使磁针偏转呢？奥斯特进行了理论的探讨。他认为磁针的偏转是由于电荷的流动引起的，磁针的偏转方向和电荷的流动方向密切相关。由于导体中的电流会在导体周围产生一个环形磁场，因此，磁针在这个磁场范围内，无论是改变电流的方向，还是改变磁针与导线的位置，都会引起磁针的偏转。
这是电流磁效应的最初发现。
1820年，奥斯特的论文《磁针电抗作用实验》在法国的科学杂志《化学与物理学年鉴》上发表。奥斯特在论文中介绍了自己的研究成果。
奥斯特的发现把电学和磁学结合起来了。从此，电磁学的研究在欧洲主要国家里蓬勃地开展起来。
奥斯特的论文在法国发表后，引起了一个法国人的极大兴趣。
他就是安培。安培1775年1月22日生于里昂，幼年时表现出数学上的天资，是个神童。1802年，安培发表了概率论方面的论文，引起了科学界的注意。
当安培得知奥斯特发现电和磁之间的关系时，便放弃了已奠定一定基础的数学研究，而转向物理学领域，并有一系列的发现。
安培在重做奥斯特的电流使磁针偏转的实验基础上，提出用来判定电流磁场方向的右手螺旋定则。
对于直线电流，判定的方法是，用右手握住导线，让伸直的大拇指指向电流方向，那么，弯曲的四指所指的方向就是磁力线的环绕方向。对于通电的螺线管，判定的方法是，右手握住螺线管，让弯曲的四指指向环形电流方向，那么，伸直的大拇指所指的方向就是磁力线方向。
在实验中，安培发现不仅通电导线对磁针有作用，而且两根通电导线之间也有作用。两根平行通电导线之间，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。
1821年，安培探索了磁现象的本质。他认为物体中的每个分子都有圆形电流，即分子电流，分子电流产生磁场，使每个分子都成为一个小磁体。当物体内部的分子电流杂乱无章地排列时，它们的磁性相互抵消，而使物体不显示磁性；当物体内部的分子电流取向一致时，至少是部分地一致时，就使物体显示出磁性。
这样，安培初步揭示了电和磁的内在联系，他的观点和现代观点非常接近。
安培又对电流产生磁力的规律进行了研究，提出了安培环路定律，用来计算任意几何形状的通电导线所产生的磁场。
后人为了纪念他，把电流强度的单位命名为“安培”，简称“安”。
伏打电池不仅促使奥斯特、安培对电学的研究，同时德国中学教师欧姆也对电学表示了极大的兴趣。
欧姆在教学过程中自制了许多电学仪器和材料，进行了大量的实验，发现了欧姆定律和电阻定律，取得了很大的成就。
在实验中，欧姆发现对同一个伏打电池，用不同的金属材料做导线时，所产生的电流强度不一样，并且与导线的长度也有关系。那么，电流强度、导线材料、电动势之间是什么关系呢？
在对导体材料的研究上，欧姆提出了电阻的概念，并发现了电阻定律，即导体的电阻与它的长度成正比，与它的横截面积成反比，与导体的材料也有关系。
1826年，欧姆发现了欧姆定律。部分电路的欧姆定律是：导体中的电流强度，跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。
全电路的欧姆定律是：电路中的电流强度跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻（外电路电阻和电源电阻）成反比。
为了纪念欧姆，后人将电阻的单位命名为“欧姆”，简称为“欧”。
在研究电磁学的人中，法拉第是一位屡建奇功的英雄。
1791年9月22日，迈克尔·法拉第出生于英国萨里郡的一个铁匠家庭。由于家里贫穷，生活都难以维持，就谈不上送法拉第去读书了。1796年，为了摆脱贫困，父亲带着全家来到繁华的伦敦，住在曼彻斯特广场一家马厂行的楼上。
环境虽然变了，但是生活的贫困依然没有改变，童年的法拉第只好在曼彻斯特广场和查里斯大街度过。
1804年，法拉第到附近黎保的书报店当报童，第二年转为店里的装订工人。利用装订书籍的空闲，法拉第贪婪地阅读着刚订好的书。书籍开阔了他的视野，增长了他的知识。
在阅读的大量书籍里，法拉第被《大英百科全书》中的电学部分和玛西特夫人的《化学对话》所描述的奇妙现象深深地吸引住了，便按照书中的内容进行了一些简单的实验。
法拉第没有想到，正是书中的奇妙现象，促使他学习科学知识，并改变了自己的命运，最终成为伟大的科学家。
1812年，法拉第作为一名装订工的学徒已经期满，为了生活，也为了自己的志趣，他又成为法国人罗歇的印刷所装订工。
这一年，法拉第听了一次皇家学院大化学戴维的化学讲演，并且能够听懂。他非常高兴，多年来自己对化学知识的学习已经达到了一定的程度。
接连几天，法拉第总是在想：要是能到皇家实验室去工作，那该多好啊！强烈的科学欲望促使他冒昧地给皇家学会会长班克斯写了一封信，恳求获得一份科研工作。结果是可想而知的，信发出后如石沉大海，毫无音讯。
法拉第并不死心，决定再给戴维写封信，碰碰运气。
碰巧的是，皇家学院解雇了一名助理实验员，法拉第又以他的化学知识和见解受到戴维的赏识。这样，法拉第成为戴维的助手，踏上梦寐以求的科学征途。
一开始，法拉第在实验室的工作是，洗瓶子、擦桌子、扫地板，与其说是助手，倒不如说是实验室的勤杂工、戴维的仆人。
但是没过多久，法接第就向戴维证明了，他比一个勤杂工要高明得多。他头脑灵敏，有分析力，不时恭敬地提出一些建议，令戴维刮目相看，于是戴维允许他参加自己的各项实验工作，而他也能比较准确地完成各项任务。
1813年10月1日，戴维夫妇去欧洲大陆旅行。法拉第作为戴维的“哲学助手”陪伴他到欧洲各大城市去讲学。
法拉第在日记中写道：“今天早晨迎来了我一生中的新时代。在我的记忆中，我从未到过离伦敦12英里以外的地方，现在我可能要离开它若干年，去访问那些遥远的地方。”
在旅行期间，法拉第游历了巴黎、罗马、米兰等城市，结识了许多有名的科学家。
1816年，法拉第在戴维的指导下发表了第一篇论文：《多斯加尼本土生石灰的分析》。1825年，他第一次在实验中制取了苯。这一年，在戴维的推荐下，法拉第被任命为皇家研究院实验室主任。
丹麦物理学家奥斯特发现了电流磁效应，法国物理学家安培研究出电流产生磁力，使欧洲大陆掀起研究电磁学的热潮。在这一领域，英国相对落后，1821年9月，奥斯特的实验成果传到英国后，戴维和法拉第立即进行了实验。
不久，戴维要从事其他研究，法拉第就单独进行电和磁之间现象与本质的研究。
既然电流能产生磁力，那么磁力能否产生电流呢？法拉第按这一设想进行实验。
当法拉第还是一个装订工时，就对电学产生了兴趣，在伏打电池的吸引下做过最初的实验，在担任戴维的助手后，即进行了一系列的电学实验，从而为电磁学研究打下了良好的基础。
1831年，法接第成功地做出了磁生电的实验。
在一个圆磁铁环的两边，各绕上绝缘的互不相连的线圈，把一组线圈的两端与电流计相连，当他把另一组线圈与伏打电池接通时，发现电流计的指针立即发生了偏转；而当电源接好后，指针又回到原来的位置。当切断电源时，指针又偏转了，然后又回到了初始位置。
始何解释这种现象呢？经过反复的实验和思考，法拉第认为：当接通电源时，由电流产生的磁力线影响了另一组线圈，使它带上电流，因此电流计的指针发生了偏转。而切断电源时，指针又动，说明电流的产生与磁力线的运动有关。
这样，法拉第发现了电磁感应现象：当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中就有电流产生，这个电流就是感生电流。
后来，他进一步确立了电磁感应的基本定律，被称为法拉第电磁感应定律：电路中感生电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化成正比。这一发现成为现代电工学的基础，用于发电、送电等技术。
法拉第在电磁感应的基础上，制成了一架仪器，能使磁针不停地围绕着固定的导体旋转，从而弄清楚了电动机的工作原理。遗憾的是，他没有对电动机进行进一步的研制，又转人电化学的研究。
感生电流的发现，充分揭示了磁和电的内在联系，电不仅能转化为磁，而且磁也能转化为电。同时，为人类利用新能源开辟了前景，预示着人类将要进人电气时代。
1833年，法拉第在实验中得出两条电解定律，被称为法拉第电解定律。
法拉第第一电解定律是：电解时，在电极上析出的物质的质量和通过电解液的电流强度及通电时间成正比。
法拉第第二电解定律是：一定量的电量所析出的物质的质量与该物质的化学当量成正比。
在发现电解定律的过程中，法拉第最先使用了电极、阳极、阴极、离于、阳离子、阴离子等名词。
1843年，法拉第第一个证明了电荷守恒定律，认为电荷既不能被创造，也不能被消灭。只能在物体内或在几个物体之间相互转移，电荷的代数和是守恒的。
法拉第还提出了电场、磁场、电力线、磁力线的概念，否定超距作用说，认为电力和磁力是通过电场和磁场传递的，并用电力线和磁力线直观描述电场和磁场。
1845年9月，法拉第在一次实验中发现了旋光效应，这就是著名的法拉第效应。在他用磁力线测试不同物体的磁效应时，发现透明固体和液体中的光的偏振面发生了旋转。对此，法拉第解释为“光线被磁化了”，这实际上是后来光的电磁说的萌芽。
上述成就是法拉第在各种自然力是统一的前提下长期探索的结果。
法拉第杰出的实验成就奠定了电磁学的基础，开创了电磁学研究的新时代。
由于法拉第没有受过正规教育，完全靠自学走上科学道路，对数学是不精通的。虽然在实验中发现了感生电流、电解定律、旋光效应，取得了杰出的成就，但对它们无法进行充分的数理分析和论证，以致有人说他的《电学实验研究》是一个实验报告汇编。
运用数学方法进一步总结当时的实验电磁学成就，建立经典电磁学理论大厦的，是英国科学家麦克斯韦，电磁学理论创立人。
今天，我们生活在电波世界里，电视、广播、通讯、雷达等，都是通过电磁波来传播信息的。然而在上个世纪前期，人们根本不知道什么是电磁波。
