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有趣的電磁勞作 / 鄒紀萬 原著
其他書名
有趣的電磁勞作
文獻類型BOOK
語言Chinese
分類號337 2742
出版美勞教育, 臺北市, 台灣, 1995
版本十版
主題電磁學.
題目實驗5-6年級物理科.
ISBN957-692-040-X

註釋

電磁學是物理學的一個分支。電學與磁學領域有?緊密關係,廣義的電磁學可以說是包含電學和磁學,但狹義來說是一門探討電性與磁性交互關係的學科。主要研究電磁波,電磁場以及有關電荷,帶電物體的動力學等等。
電磁學或稱電動力學或古典電動力學。之所以稱為古典,是因為它不包括現代的量子電動力學的內容。電動力學這樣一個術語使用並不是非常嚴格,有時它也用來指電磁學中去除了靜電學、靜磁學後剩下的部分,是指電磁學與力學結合的部分。這個部分處理電磁場對帶電粒子的力學影響。麥克斯韋方程組通過方程式統一電磁學,並且揭示出光作為電磁波的本質。
電磁學與相對論
電磁學的基本方程式為麥克斯韋方程組,此方程組在經典力學的相對運動轉換(伽利略變換)下形式會變,在伽里略變換下,光速在不同慣性座標下會不同。保持麥克斯韋方程組形式不變的變換為勞侖茲變換,在此變換下,不同慣性座標下光速恆定。
二十世紀初邁克生-莫立實驗支持光速不變,光速不變亦成為愛因斯坦的狹義相對論的基石。取而代之,勞侖茲變換亦成為較伽利略變換更精密的慣性座標轉換方式。
歷史
歷史背景
靜電和靜磁現象很早就被人類發現,由於摩擦起電現象,英文中「電」的語源來自希臘文「琥珀」一詞。
遠在公元前2750年,古埃及人就已經知道發電魚(electric fish)會發出電擊。這些魚被稱為「尼羅河的雷使者」,是所有其它魚的保護者。大約兩千五百年之後,希臘人、羅馬人,阿拉伯自然學者和阿拉伯醫學者,才又出現關於發電魚的記載。古代羅馬醫生Scribonius Largus也在他的大作《Compositiones Medicae》中,建議患有像痛風或頭疼一類病痛的病人,去觸摸電鰩,也許強力的電擊會治癒他們的疾病。阿拉伯人可能是最先了解閃電本質的族群。他們也可能比其它族群都先認出電的其它來源。早於15世紀以前,阿拉伯人就創建了「閃電」的阿拉伯字「raad」,並將這字用來稱呼電鰩。
在古希臘及地中海區域的古老文化裏,很早就有文字記載,將琥珀棒與貓毛摩擦後,會吸引羽毛一類的物質。西元前600年左右,古希臘的哲學家泰勒斯(Thales, 640-546B.C.)做了一系列關於靜電的觀察。從這些觀察中,他認為摩擦使琥珀變得磁性化。這與礦石像磁鐵礦的性質迥然不同;磁鐵礦天然地具有磁性[4][8]。泰勒斯的見解並不正確。但後來,科學會證實磁與電之間的密切關係。
近代研究
1600年英國醫生威廉·吉爾伯特發表了《論磁、磁飽和地球作為一個巨大的磁體》(Demagnete,magneticisque corporibus et de magnomagnete tellure)。他總結了前人對磁的研究,周密地討論了地磁的性質,記載了大量實驗,使磁學從經驗轉變為科學。書中他也記載了電學方面的研究。然而真正對電磁現象的系統研究則要等到十六世紀以後,並且靜電學的研究要晚於靜磁學,這是由於難以找到一個能產生穩定靜電場的方法,這種情況一直持續到1660年摩擦起電機被發明出來。十八世紀以前,人們一直採用這類摩擦起電機來產生研究靜電場,代表人物如本傑明·富蘭克林[1],人們在這一時期主要了解到了靜電力的同性相斥、異性相吸的特性、靜電感應現象以及電荷守恆原理。
靜電學和庫侖定律
庫侖定律是靜電學中的基本定律,其主要描述了靜電力與電荷電量成正比,與距離的平方反比關係。人們曾將靜電力與在當時已享有盛譽的萬有引力定律做類比,發現彼此在理論和實驗上都有很多相似之處,包括實驗觀測到帶電球殼內部的球體不會帶電,這和有質量的球殼內部物體不會受到重力作用(由牛頓在理論上證明,是平方反比力的一個特徵)的情形類似。其間蘇格蘭物理學家約翰·羅比遜(1759年)和英國物理學家亨利·卡文迪什(1773年)等人都進行過實驗驗證了靜電力的平方反比律,然而他們的實驗卻遲遲不為人知。法國物理學家夏爾·奧古斯丁·庫侖於1784年至1785年間進行了他著名的扭秤實驗,其實驗的主要目的就是為了證實靜電力的平方反比律,因為他認為「假說的前一部分無需證明」,也就是說他已經先驗性地認為靜電力必然和萬有引力類似,和電荷電量成正比。扭秤的基本構造為:一根水平懸於細金屬絲的輕導線兩端分別置有一個帶電小球A和一個與之平衡的物體P,而在實驗中在小球A的附近放置同樣大小的帶電小球B,兩者的靜電力會在輕導線上產生扭矩,從而使輕桿轉動。通過校正懸絲上的旋鈕可以將小球調回原先位置,則此時懸絲上的扭矩等於靜電力產生的力矩。如此,兩者之間的靜電力可以通過測量這個扭矩、偏轉角度和導線長度來求得。

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C005299
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337 2742
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