电磁学

电磁学是物理学的一个分支。电学与磁学领域有着紧密关系，广义的电磁学可以说是包含电学和磁学；但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等。电磁学从原来互相独立的两门科学（电学、磁学）发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于电流的磁效应和变化的磁场电效应两个重要的实验发现。

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中文名电磁学

日文名电磁気

法语Electromagnétisme ISBN 7040165767

作者波拉克 (Pollack.G.L.) 开本16

出版日期2005年1月1日

定价24.90 外文名electromagnetism

阿拉伯语???????????????

书名电磁学

页数620页

品牌高等教育出版社

语种简体中文, 英语

出版社高等教育出版社

类型科学与自然

展开内容

目

录

?1简介

?2现象

?3发展

?4磁效应

?5理论

?类比

?以太涡旋模型

?位移电流

?电磁方程组

?电磁波的预言

?6公式

?7相对论

?8人物

?9年表

?10编辑推荐

?11文摘

?12目录

?13作者简介

14序言

1简介

电磁学是研究电和磁的相互作用现象，及其规律和应用的物理学分支学科。根

据近代物理学的观点，磁的现象是由运动电荷所产生的，因而在电学的范围内

必然不同程度地包含磁学的内容。所以，电磁学和电学的内容很难截然划分，

而“电学”有时也就作为“电磁学”的简称

电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的

分支学科，主要是基于两个重要的实验发现，即电流的磁效应和变化的磁场的

电效应。这两个实验现象，加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定

了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。

导线所载有的电流，会在四周产生磁场，其磁场线是以同心圆图案环绕著导线

的四周。

使用电流表可以直接地测量电流。但这方法的缺点是必须切断电路，将电流表

置入电路中间。间接地测量伴电流四周的磁场，也可以测量出电流强度。优点是，不需要切断电路。应用这方法来测量电流的仪器有霍尔效应感测器、电流

钳(current clamp) ,变流器(current transformer) 、 Rogowski coil 等等。

电子的发现，使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来，洛伦兹的电子论

把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应，统一地解释了电、磁、光现象。

电磁学是物理学的一个分支。电学与磁学领域有着紧密关系，广义的电磁学可

以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。

主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。

2现象

人们很早就已知道发电鱼（electric fish）会发出电击。根据公元前2750年

撰写的古埃及书籍，这些电鱼被称为“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。[1]

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。公元前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。[2]

1600年，曾为英国伊丽莎白一世御医的英国人吉尔伯特发表《论磁石》，总结

了前人的经验，记载了大量实验。如“小地球”实验。伽利略称其为“经验主

义的奠基人”。

1663年，德国马德堡的奥托·冯·格里克发明摩擦起电机。

1720年，英国牧师格雷研究了电的传导现象。

1733年，杜非分辨了两种电;松脂电和玻璃电。

1745年，荷兰莱顿城莱顿大学教授马森布洛克（Musschenbrock)发现了莱顿瓶，为贮存电荷找到了一个方法。莱顿瓶就是一个玻璃瓶，在瓶里核瓶外分别贴有

锡箔。瓶里锡箔通过金属链与金属棒连接，棒的上端是一个金属球。法国人诺

莱特在巴黎一座大教堂前邀请了法国路易十五的皇室成员临场观看：七百名修

道士手拉手排成一行，排头的修道士用手握住莱顿瓶，当莱顿瓶充电后，让排

尾的修道士触摸莱顿瓶的引线。顿时，七百名修道士几乎同时跳了起来。在场

的人目瞪口呆。从而展示了电的巨大威力。

3发展

电磁波的发现由于历史上的原因（最早，磁曾被认为是与电独立无关的现象），同时也由于磁学本身的发展和应用，如近代磁性材料和磁学技术的发展，新的

磁效应和磁现象的发现和应用等等，使得磁学的内容不断扩大，而磁学在实际

上也就作为一门和电学相平行的学科来研究。

麦克斯韦电磁理论的重大意义，不仅在于这个理论支配着一切宏观电磁现象

（包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等），而且在于它将光学

现象统一在这个理论框架之内，深刻地影响着人们认识物质世界的思想。

和电磁学密切相关的是经典电动力学，两者在内容上并没有原则的区别。一般

说来，电磁学偏重于电磁现象的实验研究，从广泛的电磁现象研究中归纳出电

磁学的基本规律；经典电动力学则偏重于理论方面，它以麦克斯韦方程组和洛

伦兹力为基础，研究电磁场分布，电磁波的激发、辐射和传播，以及带电粒子

与电磁场的相互作用等电磁问题，也可以说，广义的电磁学包含了经典电动力学。关于相对论和量子理论对电磁学发展的影响，见相对论电动力学、量子电

动力学。

麦克斯韦《电磁论》发表后，由于理论难懂，无实验验证，在相当长的一段时

间里并未受到重视和普遍承认。1879年，柏林科学院设立了有奖征文，要求证

明以下三个假设：①如果位移电流存在，必定会产生磁效应；②变化的磁力必

定会使绝缘体介质产生位移电流；③在空气或真空中，上述两个假设同样成立。这次征文成为赫兹进行电磁波实验的先导。

1885年，赫兹利用一个具有初级和次级两个绕组的振荡线圈进行实验，偶然发现：当初级线圈中输入一个脉冲电流时，次级绕组两端的狭缝中间便产生电火花，，赫兹立刻想到，这可能是一种电磁共振现象。既然初级线圈的振荡电流

能够激起次级线圈的电火花，那么它就能在邻近介质中产生振荡的位移电流，

这个位移电流又会反过来影响次级绕组的电火花发生的强弱变化。

1886年，赫兹设计了一种直线型开放振荡器留有间隙的环状导线C作为感应器，放在直线振荡器AB附近，当将脉冲电流输入AB并在间隙产生火花时，在C的

间隙也产生火花。实际这就是电磁波的产生、传播和接收。

证明电磁波和光波的一致性：1888年3月赫兹对电磁波的速度进行了测定，并

在论文《论空气中的电磁波和它们的反射》介绍了测定方法：赫兹利用电磁波

形成的驻波测定相邻两个波节间的距离（半波长），再结合振动器的频率计算

出电磁波的速度。他在一个大屋子的一面墙上钉了一块铅皮，用来反射电磁波

以形成驻波。在相距13米的地方用一个支流振动器作为波源。用一个感应线圈作为检验器，沿驻波方向前后移动，在波节处检验器不产生火花，在波腹处产

生的火花最强。用这个方法测出两波节之间的长度，从而确定电磁波的速度等

于光速。1887年又设计了“感应平衡器”：即将1886年的装置一侧放置了一

块金属板D，然后将C调远使间隙不出现火花，再将金属板D向AB和C方向移动，C的间隙又出现电火花。这是因为D中感应出来的振荡电流产生一个附加

电磁场作用于C，当D靠近时，C的平衡遭到破坏。这一实验说明：振荡器AB

使附近的介质交替极化而形成变化的位移电流，这种位移电流又影响“感应平

衡器C”的平衡状态。使C出现电火花。当D靠近C时，平衡状态再次被破坏，C再次出现火花。从而证明了“位移电流”的存在。

赫兹又用金属面使电磁波做45°角的反射；用金属凹面镜使电磁波聚焦；用金

属栅使电磁波发生偏振；以及用非金属材料制成的大棱镜使电磁波发生折射等。从而证明麦克斯韦光的电磁理论的正确性。至此麦克斯韦电磁场理论才被人们

承认。麦克斯韦因此被人们公认是“自牛顿以后世界上最伟大的数学物理学家”。至此由法拉第开创，麦克斯韦建立，赫兹验证的电磁场理论向全世界宣

告了它的胜利。

4磁效应

自吉尔伯特开始以来的二百多年，电和磁一直是毫无关系的两门学科，围绕电

与磁寻找自然现象之间的联系，成为一种潮流。1820年，奥斯特发现了电流的

磁效应，继泰勒斯2400年之后，建立了电与磁的联系。

“顿牟缀芥，磁石引针”说明电现象和磁现象的相似性；电力与磁力都遵守平

方反比定律，说明它们有类似的规律。17世纪初，吉尔伯特断言，他们之间没

有因果关系；库仑也持相同观点。但：1731年一名英国商人的一箱新刀在闪电

过后带上了磁性；1751年，富兰克林发现缝纫针经过莱顿瓶放电后磁化了。1774年，德国一家研究机构悬奖征解，题目是：“电力和磁力是否存在实际和

物理的相似性？”

奥斯特（1777-1851）丹麦人，发现电流磁效应的第一人。1799年的博士论文《论外部自然的基本的形而上学范畴》中，阐述了康德哲学思想对科学的指导

作用，并深受康德关于“基本力”可以转化为其它各种形式的力的观点影响，1803年，旅游德国时，结识了坚信化学现象、电流和磁之间有相互联系的德国

青年化学家里特，还参加过里特为寻找这种联系而进行的一些实验。这些都为

奥斯特发现电流磁效应打下了基础。

（1）1803年他曾说：“人们的物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及人们所知道的任何其他现象的零散的罗列，人们将把整个宇宙容纳在一

个体系中。”他认为“自然力之统一”。

（2）1812年发表《关于化学力和电力的同一性研究》，表明他已经将自然力

的统一思想运用到物理学和化学的研究中去了。他从电流流经直径较小的导线

时导线会生热的现象推测，如果导线直径再小，就可能发光，直径再继续减小，就会产生磁。并指出:“人们应该检验的是，究竟电是否以其最隐蔽的方式对磁体有所影响。”

（3）但是他认为电流对磁体的作用是纵向的（即沿着电流的方向），所以他的猜测一直未能实现。他在通电的导线前面放一根磁针，企图用通电的导线去吸

引磁针。然而，导线灼热了，甚至烧红发光了，磁针毫无动静。但奥斯特深信，电和磁有某种联系，就像迪那和发热发光的现象一样。

（4）1819冬--1820年4月，奥斯特在给学生讲“电学、伽伐尼电流和磁学”

的课程时，他考虑：电流产生的磁效应是否像电流通过导线时产生的热和光那

样向四周散射，即是一种侧（横）向作用呢？在一次讲课中，他尝试将磁针放

在导线的侧面。当他接通电源时，发现磁针轻微的晃动了一下！正是这一轻微的晃动，奥斯特马上意识到他多年孜孜以求的东西就要实现了。奥斯特紧抓不放，经过反复实验，查明了电流具有磁效应。1820年7月21日，发表了《电

流对磁针的作用的实验》，引起了学术界的轰动。

（5）电冲突和螺旋线：奥斯特把导体周围空间发生的这种效应称为“电冲突”指出：“这种冲突呈现为圆形，否则就不可能解释这种现象：当磁极放在导线

下面时，磁极被推向东方；当磁极被置于导线上方时，磁极被推向西方。其原

因是，只有圆才具有这样的性质，

其相反部分的运动具有相反的方向。此外，沿着导线长度方向连续前进的圆形

运动必然形成蜗线或螺旋线。”

（6）旋转力与中心力：奥斯特的发现和牛顿力学的基本原理是相互矛盾的。在牛顿力学中，自然界的力只能是作用于物体连线上的吸引或排斥力，即直接推

拉性质的“中心力”。而奥斯特发现的却是一种“旋转力”。他所说的“螺旋

线”，实际上就是关于磁的横向效应或电流所引起的涡流磁场的直观描述。是“场”的思想的开端。

5理论

类比

1855年发表《论法拉第力线》，他以一种几何观点，为法拉第的力线作出了数

学描绘。他在文章中写到：“如果人们从任意一点画一条线，并且当人们沿这

条线走时，线上任一点的方向，总是和该点力的方向重合，那么这条曲线就表

示他所通过的各点的合力的方向，并且在这个意义上才称为力线。用同样的方

法人们可以画出其它力线。知道曲线充满整个空间以表示任一指定点的方向。”这样，力线的切线方向就是电场力的方向，力线的密度表示电场力的大小。

麦克斯韦用类比的方法，把力线看作不可压缩的流体的流线。由此他把力线、

力管等与流体力学的理论做比较，如把正、负电荷比作流体的源和汇，电力线

比作流管，电场强度比作流速等，引入一种新的矢量函数来描述电磁场。可以

说把法拉第的物理翻译成了数学。在文章中，麦可斯韦导出了电流四周的磁力

线和磁力之间的关系，表示描述电流和磁力线的一些物理量之间的定量关系的

矢量微分方程，以及电流间作用力和电磁感应定律的定量公式。当法拉第看到

麦可斯韦的文章后赞叹到：“我惊讶的看到，这个主题居然处理的如此之好！”

1860年，70岁的法拉第和30岁的年轻人麦克斯韦见面了，建立电磁理论的共

同心愿超越了年龄的鸿沟，法拉第对麦克斯说：“你不要停留在用数学来解释

我的观点上，而应该突破它。”

以太涡旋模型

1862年，麦可斯韦发表了第二篇电磁学论文《论物理力线》。麦克斯韦引进了

一种媒质的理论，提出了电磁以太模型，把电学量和磁学量之间的关系，形象

的表现出来。如右图，这种模型理论中，充满空间的媒质在磁作用下具有旋转

的性质，即给排列着的许多分子涡旋，它们以磁力线为轴形成涡旋管，涡旋管

转动的角速度正比于磁场强度H，涡旋媒质的密度正比于媒质磁导率μ。涡旋

管旋转的离心效应，使管在横向扩张，同时产生纵向收缩。

涡旋管旋转的离心效应，使管在横向扩张，同时产生纵向收缩。因此磁力线在

纵向表现为张力，即异性磁极的吸引；在横向表现为压力，即同性磁极的排斥。

由于相互紧密连接的涡旋管的表面是沿相反方向运动的，为了互不妨碍对方的

运动，麦可斯韦设想在相临涡旋管之间充满着一层起惰性或滚珠轴承作用的微

小粒子。它们是些远比涡旋的线度小、质量可以忽略的带电粒子。粒子和涡旋

的作用是切向的。粒子可以滚动，但没有滑动；在均匀恒定磁场，即每个涡旋

管转动速度相同的情况下，这些粒子只绕自身的轴自转，但当两侧涡旋管转速

不同时，粒子的中心则以两侧涡旋边缘运动的差异情况而运动。对于非均匀磁

场，即随位置不同磁力的强度不同，因而涡旋管的转速也不同的情况，涡旋管

间的粒子则发生移动。根据涡旋理论，单位时间通过单位面积的粒子数即涡旋

的流量j与涡旋管旋转的切线速度H的旋度成正比，即：此处j 对应于电流，

H 对应于磁场，此方程即为电磁场的运动方程。它说明电粒子的运动必然伴随

分子的磁涡旋运动，这也就是电流产生磁力线的类比机制。对于磁场随时间变

化的情况，涡旋运动的能量变化（因H变化）必然受到来自粒子层切向运动的力，这个力E满足关系：其中?H/?t是涡旋速度的变化率，E为作用于粒子层的力，对应于该点的感应电动势。它说明磁介质中不稳定的磁涡旋运动，必引起

电的运动，产生感应电动势，从而产生电流。此式为电磁场的动力学方程。

位移电流

“位移电流”的提出：在论文第三部分，麦克斯韦把涡旋模型推广到静电现象。由于H=0，所以媒质由具有弹性的静止的涡旋管和粒子层组成。当媒质处于电

场中时，粒子层将受到电力E的作用而发生位移，并给涡旋管以切向力使之发

生形变。形变的涡旋管则因内部的弹性张力而对粒子层施以大小相等方向相反

的作用力，当两力平衡时，粒子处于静止状态。这时电场能在媒质中转变为弹

性势能。

对于绝缘介质，麦克斯韦进一步假设：受到电力作用的绝缘介质，它的粒子将处于极化状态，虽然粒子不能自由运动，但电力对整个介质的影响是引起电在

一定方向上的一个总位移D。当电场发生变化的时候，粒子的总位移D也跟着

发生变化，从而形成正负方向上的电流。这就是说，电位移对时间的微商?D/?t 也一定具有和电流相同的作用。这就是麦克斯韦理论中重要的“位移电流”假设。

麦克斯韦利用他所构造的电磁以太力学模型。不仅说明了法拉第磁力线的应用

性质，还建立了全部主要电磁现象之间的联系；但麦克斯韦清楚的认识到上述

模型的暂时性，他仅仅把他看做是一个“力学上可以想象和便于研究的适宜于

揭示已知电磁现象之间真实的力学联系”的模型。所以在1864～1865年的论文《电磁场的动力学理论》中，他完全放弃了这个模型，去掉了关于媒质结构的

假设，只以几个基本的实验事实为基础，以场论的观点对自己的理论进行了重建。

他说“我所提出的理论可以称为电磁场理论，因为它必须涉及到带电体和磁性

物质周围的空间；它也可以叫做动力学理论，因为它假定在该空间存在着正在

运动的物质，从而才产生了人们所观察到的电磁现象。”“电磁场就是处于电

磁状态的物体周围的空间，包括这些物体本身在内：场中可以只有某种物质，

也可以抽成没有宏观物质的空间，象盖斯勒管或其它叫真空的情形那样”。麦

克斯韦假设真空中虽没有“宏观物质”存在，但有以太媒质。这种以太媒质充

满整个空间，渗透物体内部，具有能量密度，并能以有限速度传播电磁作用。

电磁方程组

1873年，麦克斯韦出版《电磁学通论》，他不仅用数学理论发展了法拉第的思想，还创造性的建立了电磁场理论的完整体系。在这本书中，他的思想得到更

完善的发展和更系统的陈述。他把以前的电磁场理论都综合在一组方程式中，

得到了电磁场的数学方程-----麦克斯韦电磁方程组。以简洁的数学结构，揭示了电场和磁场内在的完美对称。《电磁学通论》是人类第一个有关经典场论的

不朽之作。最初，在《电磁学通论》书中，麦克斯韦共列出了20个分量方程，如果采用矢量方程，则仅有8个。后来简化成四个。1890年前后，德国物理学

家赫兹和英国物理学家亥维赛，又两次简化麦克斯韦方程组，才得到人们通用

的微分形式。

电磁波的预言

麦克斯韦方程组的一个重要结果，就是预言了电磁波的存在。麦克斯韦通过计算，从方程组中导出了自由空间中电场强度E和磁感应强度B的波动方程表示：电或磁的扰动，将在以太媒质里以速度c传播着。并且推出了电磁波的传播速

度为：，式中ε是介电常数，μ为磁导率。

光波就是电磁波

1856年韦伯测定上述速度值为：c=31.074万公里/秒，麦克斯韦发现这个值与1849年斐索测得的光速31.50万公里/秒十分接近。他认为这不是巧合，而是

由于光的本质与电磁波相同，从而提出了光的电磁理论。它表明“光本身乃是

以波的形式在电磁场中按电磁规律传播的一种电磁振动” 。从而将电、磁、光理论进行了一次伟大的综合。

麦克斯韦说：“把数学分析和实验研究联合使用所得到的物理知识，比之一个

单纯实验人员或单纯的数学家能具有的知识更坚实，有益和巩固”。

6公式

库仑定律：F=kQq/r;

电场强度：E=F/q

点电荷电场强度：E=kQ/r

匀强电场：E=U/d

电势能：EA=qφA EA:带电体在A点的电势能(J)，q:电量(C)，φA:A点的电势(V)}

电势差：Uab=Wab/q

静电力做功: W=qU，U为电荷运动的初、末位置电场的电势差，q为电荷的电量。

电容:C=εS/4πkd

带电粒子在匀强电场中的运动：

加速匀强电场：1/2*mv^2; =qU或者v^2 =2qU/m 偏转匀强电场:

运动时间:t=x/v

垂直加速度：a=qU/md

垂直位移:y=1/2*at^2 =1/2*(qU/md)*(x/v//)^2 偏转角：θ=v⊥/v//=qUx/md(v//)^2

微观电流：I=nesv

欧姆定律：I=U/R

串联电路

电流：I? =I? =I? = ……

电压：U =U? +U? +U? + ……

并联电路

电压：U?=U?=U?= ……

电流：I =I?+I?+I?+ ……

电阻串联：R =R?+R?+R?+ ……

电阻并联：1/R =1/R?+1/R?+1/R?+ ……

焦耳定律：Q=I2 Rt

P=I2 R

P=U2 /R

电功：W=UIt

电功率：P=UI

全电路欧姆定律：ε=I(R+r)

ε=U外+U内

安培力：F=ILBsinθ

洛伦兹力：f=qvB

磁通量：Φ=BS

电磁感应

感生电动势：E=nΔΦ/Δt

动生电动势：E=Blv*sinθ

高中物理电磁学公式总整理

电子电量为库仑(Coul)，1C= 电子电量。

7相对论

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，光速在不同惯性坐标下会不同。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，不同惯性坐

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坐标

转换方式。

8人物

麦克斯韦是19世纪伟大的英国物理学家，经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。

麦克斯韦1831年6月13日出生于爱丁堡。16岁时进入爱丁堡大学，三年后转

入剑桥大学学习数学，1854年毕业并留校任教，两年后到苏格兰的马里沙耳学

院任自然哲学教授，1860年到伦敦国王学院任教，1871年受聘筹建剑桥大学卡文迪什实验室，并任第一任主任。1879年11月5日在剑桥逝世。

麦克斯韦集成并发展了法拉第关于电磁相互作用的思想，并于1864年发表了著名的《电磁场动力学理论》的论文，将所有电磁现象概括为一组偏微分方程组，

预言了电磁波的存在，并确认光也是一种电磁波，从而创立了经典电动力学。麦克斯韦还在气体运动理论、光学、热力学、弹性理论等方面有重要贡献。

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。

9年表

时间大事发现人

公元

前七

世纪

发现,磁石管子(中国),thale(,泰勒斯,希腊)

公元

前二

世纪

静电吸引西汉初年不详

1600年《地磁论》论述磁并

导入“电

的”electric

William,Gilbert(,吉尔伯特,),英国女王御臣

1745年莱顿瓶,电容器的原

形,存贮电

Pieter van musschenbrock(穆欣布罗克荷兰莱

顿) Ewald Georg Von Kleit(克莱斯特德国)

1747年电荷守恒定律,（正,

负电,的引入）

Benjamim,Franktin,(,富兰克林,美国)

1754年避雷针,（电的实际应

用）

Procopius,Dirisch,(狄维施)

1785年库仑定律,电磁学进入

科学行列

Charles,Auguste,de,Coulom,(库仑法国)

1799年发明电池,提供较长时

间的电流

Alessandro,Graf,Volta,(伏打意大利)

1820年电流的磁效应,（电产

生磁）,安培,分子电

流,说,毕奥-萨伐尔定

律

Hans Chanstian Oersted(奥斯特丹麦) Andre

Marie Ampere(安培法国) Jean-Baptute

Biot,Felix Savart(毕奥，萨伐尔)

1826

年

欧姆定律Georg,Simon,ohm(欧姆)

1831年电磁感应现象,（磁产

生电）

Michael,Faraday,(法拉第,英国)

1834

年

楞次定律楞次

1865麦克斯韦方程组,建立Maxwell(麦克斯韦)

年了电磁学理论,预言了

电磁波

1888

实验证实电磁波存在Heinrich,Hertz,(赫兹,德国)

年

1896

光速,公式Hendrik,Anoen,Lorentz,(洛仑兹)

年

10编辑推荐

《电磁学》(影印版)的难度和国内教学要求比较接近，可作为物理类专业电磁学课程的教材，尤其适合开展双语教学的学校，对于有志出国深造的人员也是一本必不可少的参考书。

11文摘

插图：

12目录

1 History and Perspective

1.1 Brief History of the Science of Electromagnetism

1.2 Electromagnetism in the Standard Model

2 Vector Calculus

2.1 Vector Algebra

2.1.1 Definitions

2.1.2 Addition and Multiplication of Vectors

2.1.3 Vector Product Identities

2.1.4 Geometric Meanings

2.2 Vector Differential Operators

2.2.1 Gradient of a Scalar Function

2.2.2 Divergence of a Vector Function

2.2.3 Curl of a Vector Function

2.2.4 Del Identities

2.3 Integral Theorems

2.3.1 Gauss's Theorem

2.3.2 Stokes's Theorem

2.3.3 Vector Calculus in Fluid Mechanics

2.4 Curvilinear Coordinates

2.4.1 General Derivations

2.4.2 Cartesian, Cylindrical, and Spherical Coordinates

2.5 The Helmholtz Theorem

3 Basic Principles of Electrostatics

3.1 Coulomb's Law

3.1.1 The Superposition Principle

3.2 The Electric Field

3.2.1 Definition

3.2.2 Charge as the Source of E

3.2.3 Field of a Charge Continuum

3.3 Curl and Divergence of E

3.3.1 FieldTheoryVersusAction at aDistance

3.3.2 Boundary Conditions of the Electrostatic Field

3.4 The Integral Forill of Gauss'S Law

3.4.1 Flux and Charge

3.4.2 Proof of Gauss's Law

3.4.3 CalculationsBased onGauss'sLaw

3.5 Green'S Function and the Dirac delta Function

3.5.1 The Dirac delta Function

3.5.2 Another ProofofGauss'S Law

3.6 The Electric Potential

3.6.1 Definition and Construction

3.6.2 Poisson'S Equation

3.6.3 Example Calculations of V（x）

3.7 Energy of the Electric Field

3.8 The Multipole Expansion

3.8.1 Two Charges

3.8.2 The Electric Dipole

3.8.3 Moments ofaGeneralChargeDistribution

3.8.4 EquipotentialS and Field Lines

3.8.5 Torque and Potential Energy for a Dipole in an Electric Field 3.9 Applications

3.10 Chapter Summary

4 ElectrOstatics and Conductors

4.1 Electrostatic properties of coriductors

4.2 Electrostatic Problems with Rectangular Symmetry

4.2.1 Charged Plates

4.2.2 Problems with Rectangular Symmetry and External Point Charges.The Method ofImages

4.3 Problems with Spherical Symmetry

4.3.1 Charged Spheres

4.3.2 Problems with Spherical Symmetry and External Charges

4.4 Problems with Cylindrical Symmetry

4.4.1 Charged Lines and Cylinders

4.4.2 Problems with Cylindrical Symmetry and an External Line Charge

5 General Methods for Laplace's Equation

5.1 Separation of Variables for Cartesian Coordinates

5.1.1 Separable Solutions for Cartesian Coordinates

5.1.2 Examples

5.2 Separation of Variables for Spherical Polar Coordinates 5.2.1 Separable Solutions for Spherical Coordinates

5.2.2 Legendre Polynomials

5.2.3 Examples with Spherical Boundaries

5.3 Separation of Variables for Cylindrical Coordinates

5.3.1 Separable Solutions for Cylindrical Coordinates

5.4 Conjugate Functions in 2 Dimensions

5.5 Iterative Relaxation: A Numerical Method

6 Electrostatics and Dielectrics

6.1 The Atom as an Electric Dipole

6.1.1 Induced Dipoles

6.1.2 Polar Molecules

6.2 Polarization and Bound Charge

6.3 The Displacement Field

6.3.1 Linear Dielectrics

6.3.2 The Clausius-Mossotti Formula

6.3.3 Poisson's Equation in a Uniform Linear Dielectric

6.4 Dielectric Material in a Capacitor

6.4.1 Design of Capacitors

6.4.2 Microscopic Theory

6.4.3 Energy in a Capacitor

6.4.4 A Concrete Model of a Dielectric

6.5 Boundary Value Problems with Dielectrics

6.5.1 The Boundary Conditions

6.5.2 A Dielectric Sphere in an Applied Field

6.5.3 A Point Charge above a Dielectric with a Planar Boundary Surface

6.5.4 A Capacitor Partially Filled with Dielectric

7 Electric Currents

7.1 Electric Current in a Wire

7.2 Current Density and the Continuity Equation

7.2.1 Local Conservation of Charge

7.2.2 Boundary Condition on J（x, t）

7.3 Current and Resistance

7.3.1 Ohm's Law

7.3.2 Fabrication of Resistors

7.3.3 The Surface Charge on a Current Carrying Wire

7.4 A Classical Model of Conductivity

7.5 Joule's Law

7.6 Decay of a Charge Density Fluctuation

7.7 I-V Characteristic of a Vacuum-Tube Diode

7.8 Chapter Summary

8 Magnetostatics

8.1 The Magnetic Force and the Magnetic Field

8.1.1 Force on a Moving Charge

8.1.2 Force on a Current-Carrying Wire

8.2 Applications of the Magnetic Force

8.2.1 Helical or Circular Motion of q in Uniform B

8.2.2 Cycloidal Motion of q in Crossed E and B

8.2.3 Electric Motors

8.3 Electric Current as a Source of Magnetic Field

8.3.1 The Biot-Savart Law

8.3.2 Forces on Parallel Wires

8.3.3 General Field Equations for B（x）

8.4 Ampere's Law

8.4.1 Ampere Law Calculations

8.4.2 Formal Proof of Ampere's Law

8.5 The Vector Potential

8.5.1 General Solution for A（x）

8.6 The Magnetic Dipole

8.6.1 Asymptotic Analysis

8.6.2 Dipole Moment of a Planar Loop

8.6.3 Torque and Potential Energy of a Magnetic Dipole

8.6.4 The Magnetic Field of the Earth

8.7 The Full Field of a Current Loop

9 Magnetic Fields and Matter

9.1 The Atom as a Magnetic Dipole

9.1.1 Diamagnetism

9.1.2 Paramagnetism

9.2 Magnetization and Bound Currents

9.2.1 Examples

9.2.2 A Geometric Derivation of the Bound Currents

9.3 Ampbre's Law for Free Currents, and I-I

9.3.1 The Integral Form of Ampbre's Law

9.3.2 The Constitutive Equation

9.3.3 Magnetic Susceptibilities

9.3.4 Boundary Conditions for Magnetic Fields

9.4 Problems Involving Free Currents and Magnetic Materials 9.5 A Magnetic Body in an External Field: The Magnetic Scalar Potential

……

10 Electromagnetic Induction

11 The Maxwell Equations

12 Electromagnetism and Relativity

13 Electromagnetism and optics

14 Wave Guides and Transmission Lines

15 Radiation of Electromagnetic Waves

A Electric and magnetic Units

B The Helmholtz Theorem

Index

13作者简介

作者：（美国）波拉克（Pollack.G.L.）（美国）斯顿普（Stump.D.R.）14序言

This is an intermediate-level textbook on electricity and magnetism. It is intended to be used for a two- or one-semester course for students of physics, engineering, mathematics, and other sciences, who have already had a one-year introductory physics course with calculus.

The book is flexible enough to be used in several ways: （1） The traditional two-semester course would cover electrostatics and magnetostatics in the first semester using Chapters 1-8; and then magnetic materials and time-dependent fields in the second semester using Chapters 9-15. （2） An instructor teaching a one-semester course could cover all the basic principles of electromagnetism by using Chapters 1-3 and 6-11; there might also be time for a few examples from Chapters 4 and 5. （3） An interesting alternative approach in a two-semester course would be to go over the basic principles of Chapters 1-3 and 6-11 in the first semester, and then applications and advanced topics in the second semester based on Chapters 4,5,and 12-15.

The total material in the book is more than could be realistically covered by any instructor, even in two semesters. Instructors are encouraged to pick and choose based on their own judgment of what is important. Electricity and magnetism is a wonderfully interesting subject, but to students at the intermediate level its phys-ical concepts are non-intuitive, and the associated mathematical techniques are new and challenging. Therefore it's important in teaching this subject to avoid the kind of heroic pace which will

tire out all but the strongest students and instruc-tors. The general principle that in teaching it's better to uncover a little than to cover a lot, applies to this subject of course.

The order of presentation of subjects is the traditional one: electrostatics first, then magnetism, electrodynamics and Maxwell's equations, relativity, and radia-tion. Chapter 2 is an introductory treatment of vector calculus, which should help students acquire the necessary mathematical armamentarium. Our experience in teaching this subject is that at the outset of the course most students do not know vector calculus well enough to study electromagnetic field theory, so it's impor-tant to help them gain the necessary mastery. Chapter 2 is sophisticated in places,and it is not necessary to comprehend all of it before starting on Chapter 3; the student can return to Chapter 2 when additional mathematical skill is needed. Stu-dents might also read a specialized book on vector calculus （e.g., one of the two references at the end of Chapter 2） while studying Chapter 2.