科学技术史第八讲课件.ppt
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- 科学技术 第八 讲课
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1、To protect the confidential and proprietary information included in this material, it may not be disclosed or provided to any third parties without the approval of Nick Luo.科学技术史第八讲:古典科学的全面发展科学技术史第八讲:古典科学的全面发展电子科技大学22022-6-15目录目录1电学的早期发现2电磁理论的建立3进化论的创立4物理、化学原子论的兴起32022-6-15人类很早就注意到了电与磁的自然现象人类很早就注意到了
2、电与磁的自然现象(1) 公元前公元前585585年,希腊哲学家年,希腊哲学家泰勒斯泰勒斯已记载了用木块摩擦过的已记载了用木块摩擦过的琥珀琥珀吸引碎草等轻小物体,以及吸引碎草等轻小物体,以及天然磁矿石吸引铁的现象。天然磁矿石吸引铁的现象。(2)春秋战国时期(公元前770221年),已有“山上有慈山上有慈石者,其下有铜金石者,其下有铜金”,“慈石名慈石名铁,或引之也铁,或引之也”等磁石吸铁的记载。42022-6-15吉尔伯特的开创性贡献吉尔伯特的开创性贡献吉尔伯特吉尔伯特“小地球小地球”实验。实验。他用一块天然磁石磨制成一他用一块天然磁石磨制成一个大磁石球,用小铁丝制成个大磁石球,用小铁丝制成小磁
3、针放在磁石球上面,结小磁针放在磁石球上面,结果发现这根小磁针的全部行果发现这根小磁针的全部行为和指南针在地球上的行为为和指南针在地球上的行为十分相似。吉尔伯特把这个十分相似。吉尔伯特把这个大磁石球叫做大磁石球叫做“小地球小地球”。 由此,吉尔伯特提出一个假设:地球是一个巨大的磁石,它的两极位由此,吉尔伯特提出一个假设:地球是一个巨大的磁石,它的两极位于地理北极和地理南极附近。这个假设后来经德国数学家高斯从数学上加于地理北极和地理南极附近。这个假设后来经德国数学家高斯从数学上加以论证和完善,至今仍是地磁理论的典型概念。以论证和完善,至今仍是地磁理论的典型概念。52022-6-15三、三、拉瓦锡化
4、学革命拉瓦锡化学革命 吉尔伯特第一次明确的区分了电的吸引和磁的吸引。在吉尔伯特看来:吉尔伯特第一次明确的区分了电的吸引和磁的吸引。在吉尔伯特看来: 磁性是天然的,而电性需经摩擦产生; 磁力作用只在少数物体间发生,电力作用则是普遍的;磁力有两种引力和斥力,电力仅有引力; 磁体之间作用不受中间物体影响,而带电体则不然。 因此,吉尔伯特得出电与磁是两种截然无关的现象的结论。这个结论,影这个结论,影响后人在随后的两百多年里一直把电现象和磁现象分开研究响后人在随后的两百多年里一直把电现象和磁现象分开研究。 吉尔伯特的影响吉尔伯特的影响62022-6-151729年英国的格雷研究琥珀的电效应是否可传递给其
5、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。十八世纪电的研究迅速发展起来十八世纪电的研究迅速发展起来72022-6-15 电学史上第一个保存电电学史上第一个保存电荷的容器诞生了。它是一个荷的容器诞生了。它是一个玻璃瓶,瓶里瓶外分别贴有玻璃瓶,瓶里瓶外分别贴有锡箔,瓶里的锡箔通过金属锡箔,瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接,棒的上端链跟金属棒连接,棒的上端是一个金属球,由于它是在是一个金属球,由于它是在莱顿城发明的。所以叫做莱莱顿城发明的。所以
6、叫做莱顿瓶,这就是顿瓶,这就是最初的电容器最初的电容器。莱顿瓶莱顿瓶82022-6-15莱顿瓶莱顿瓶-人类最早的电容器人类最早的电容器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。研究。1746年,英国伦敦一名叫年,英国伦敦一名叫柯林森柯林森的物理学家,通过邮寄向美国的物理学家,通过邮寄向美国费城的费城的本本杰明杰明.富兰克林富兰克林赠送了一只莱顿瓶,并在信中向他介绍了使用赠送了一只莱顿瓶,并在信中向他介绍了使用方法,这直接导致了方法,这直接导致了1752年富兰克林著名的费城实验。年富兰克林著名的费城实验。9202
7、2-6-15从天空中收集闪电的富兰克林从天空中收集闪电的富兰克林富兰克林在富兰克林在1752年年进行了著名的费城进行了著名的费城实验实验从天空中从天空中收集闪电收集闪电 富兰克林提出的电荷守恒定律富兰克林提出的电荷守恒定律正电和负电,在本质上不应有什么差别;摩擦起电过程中,总是形成等量的异种电荷;摩擦起电过程中,一方失去的电荷与另一方得到的电荷在数量上相等。于是,在上述推论的基础上,他总结出一个普遍的原理:电荷既不能创生也不能消灭,只不过是从某一个带电体转移到另外一个带电体;在电荷转移过程中,电荷的总量是不变的。这就是电荷守恒定律的最原始的表述方式。102022-6-15十八世纪后期,开始电作
8、用的定量研究。十八世纪后期,开始电作用的定量研究。 17661766年年普里斯特利普里斯特利由实验猜测电力与万有引力有相似的平方反由实验猜测电力与万有引力有相似的平方反比律;比律; 17691769年年罗宾逊罗宾逊由实验第一次直接测定得到验证;由实验第一次直接测定得到验证; 17731773年年卡文迪许卡文迪许由实验由实验推出方次与推出方次与2 2相差不超过相差不超过2%2%,18791879年由年由麦麦克斯韦克斯韦整理公诸于世。整理公诸于世。 17851785年年库仑库仑由由“库仑扭秤库仑扭秤”直接测定了两个静止点电荷的作用直接测定了两个静止点电荷的作用力的力的库仑定律库仑定律。从此电学的研
9、究开始进入科学行列。从此电学的研究开始进入科学行列。 18111811年年泊松泊松把势论用于静电学,发展了静电学的解析理论把势论用于静电学,发展了静电学的解析理论。静电学的逐步建立静电学的逐步建立112022-6-15 扭秤的原理:扭秤的原理:先使两个小球各带一定的电荷,这时横杆会因带电小球受电力作用而偏转。转动悬丝上端的旋钮,使小球回到原来位置。这时是丝的扭力矩等于施于杆端小球上电力的力矩。如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定,则由旋钮上指针转过的角度和横杆的长度,可知在此距离下两带电小球之间的相互作用力。 库伦扭秤库伦扭秤库仑扭秤是研究库仑扭秤是研究电荷间相互作用电荷间相互
10、作用的一种实验装置。的一种实验装置。122022-6-15 库伦定律:库伦定律: 两个点电荷所受到的作用力的大小与两者所带电荷的乘积成正比,与两者距离的平方成反比,同性相斥,异性相吸 静电学定律静电学定律 高斯定律:高斯定律: 通过一个闭合的曲面的电通量等于这个曲面所围区域内的电量的代数和除以静电常数。 由库伦定律可以推导出高斯定理,不过有意思的是,对运动的电荷而由库伦定律可以推导出高斯定理,不过有意思的是,对运动的电荷而言,库伦定律不再成立,但高斯定理却依然正确,所以,库伦定律只能言,库伦定律不再成立,但高斯定理却依然正确,所以,库伦定律只能适用于静止的点电荷。适用于静止的点电荷。13202
11、2-6-151电学的早期发现2电磁理论的建立3进化论的创立4物理、化学原子论的兴起142022-6-15十九世纪的科学技术十九世纪的科学技术1经典电磁学的创立经典电磁学的创立 丹丹 奥斯特奥斯特 法法 安培安培 英英 法拉第法拉第 英英麦克斯韦麦克斯韦 德德赫兹赫兹(1787-1851) (1775-1836)(1791-1867)(1831-1879)(1857-1894) 152022-6-15 1820 1820年丹麦物理学家年丹麦物理学家奥斯特奥斯特(1787178718511851)发现了电流磁效应,首次揭开了电)发现了电流磁效应,首次揭开了电与磁的内在联系,使电磁学的研究开始进与磁
12、的内在联系,使电磁学的研究开始进入了一个迅速发展的时期。他的发现奠定了电动机的基本原理,入了一个迅速发展的时期。他的发现奠定了电动机的基本原理,包含了后来电报、电动机、电磁铁等电力技术应用的巨大可能性包含了后来电报、电动机、电磁铁等电力技术应用的巨大可能性。 从从1820年至年至1825年,法国物理学家年,法国物理学家安培安培(17751836)进行了一系列精心设计的电磁学实验)进行了一系列精心设计的电磁学实验。电流磁效应的发现电流磁效应的发现162022-6-15 安培明确提出了电流激发磁场及电流在磁场中安培明确提出了电流激发磁场及电流在磁场中受力的概念,他发现的受力的概念,他发现的安培定律
13、安培定律决定了两个电流间决定了两个电流间的相互作用力。的相互作用力。 他发现的他发现的安培定则安培定则是表示电流和它所引起的磁是表示电流和它所引起的磁场之间的关系的定则。安培还提出了物质磁性的场之间的关系的定则。安培还提出了物质磁性的分分子电流假说子电流假说,从微观上解释了磁性的起源。,从微观上解释了磁性的起源。 安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验,并运用高度的数安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验,并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律,描述两电流元之间的相互学技巧总结出电流元之间作用力的定律,描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人
14、们作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这定律称为把这定律称为安培定律安培定律。安培定律安培定律172022-6-15发现了安培定则;发现了安培定则;发现电流的相互作用规律;发现电流的相互作用规律;发明了电流计;发明了电流计;提出分子电流假说;提出分子电流假说;总结了电流元之间的作用规律总结了电流元之间的作用规律安培定律。安培定律。安培的科学贡献安培的科学贡献 安培将他的研究综合在安培将他的研究综合在电动力学现象的数学理论电动力学现象的数学理论一书中,成为电磁一书中,成为电磁学史上一部重要的经典论著。学史上一部重要的经典论著。 麦克斯韦称赞安培的工作是麦克斯韦称赞安培的工
15、作是“科学上最光辉科学上最光辉的成就之一的成就之一”,还把安培誉为,还把安培誉为“电学中的牛顿电学中的牛顿”。为了纪念他在电磁学上。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献,电流的单位的杰出贡献,电流的单位“安培安培”以他的姓氏命名。以他的姓氏命名。182022-6-15 1820年年10月月30日法国物理学家日法国物理学家毕奥毕奥(17741862)和萨伐尔()和萨伐尔(17911841)发现直流电流对磁针作用的规)发现直流电流对磁针作用的规律,即毕奥律,即毕奥萨伐尔定律。萨伐尔定律。 毕奥毕奥(1774-1862)毕奥毕奥=萨伐尔定律萨伐尔定律192022-6-15 拉普拉斯对这一结果作了进一步分析
16、,提出电流拉普拉斯对这一结果作了进一步分析,提出电流的作用可以看作它的电流元的单独作用之总和。毕的作用可以看作它的电流元的单独作用之总和。毕萨伐尔萨伐尔拉普拉斯定律奠定了电动力学数学理论的基拉普拉斯定律奠定了电动力学数学理论的基础。础。拉普拉斯拉普拉斯(17491827(17491827)法拉第法拉第(1791-1867)(1791-1867) 法拉第是法拉第是19世纪英国伟大的物理学家。从世纪英国伟大的物理学家。从1822年起他开始寻找磁产生电的效应。经过年起他开始寻找磁产生电的效应。经过10年年的研究,终于在的研究,终于在1831年发现了电磁感应现象。年发现了电磁感应现象。电动力学的数学理
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