电磁学的现状(2)
长期以来，人们一直认为电和磁是两个不相关的东西；但是他们之间有一些相似之处。电荷和磁极互相排斥，异性相吸。力的方向在电荷或磁极的连线上，力的大小与它们之间距离的平方成反比。18年底发现电荷可以流动，这就是电流。但是电和磁之间的联系一直没有被发现。
1777期间，库伦在研究改进航海罗盘中磁针的方法的过程中，做了一个扭秤实验，可以测量静电力或者磁力。这似乎暗示着电和磁之间有着密切的区别和联系。在大量实验的基础上，1789年，库仑总结出了类似于两个点电荷相互作用的两个磁极相互作用的规律。库仑丰富了电学和磁学研究中的测量方法，将牛顿的力学原理推广到电学和磁学。它为电磁学的发展和电磁场理论的建立铺平了道路。但是库仑提出电和磁本质上是不同的。
在1820之前，库伦、安培、托马斯·杨、毕奥一开始都认为电和磁是两个概念，两者之间没有联系。但是，奥斯特一直认为，电、磁、光、热等现象在本质上是相互关联的。尤其是富兰克林曾经发现莱顿瓶放电可以磁化钢针，更加坚定了他的观点。1820年，丹麦人奥斯特首次发现了电流的磁效应。这个实验开创了把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，法国人安培提出磁针旋转方向与电流方向的关系——著名的“右手定则”。1820年，毕奥和萨伐尔共同创立了毕奥-萨伐尔定律，这是静磁学的一个基本定律，精确地描述了载流导线的电流产生的磁场。这两个人转而相信电磁学之间有密切的关系，支持了奥斯特的观点。
受奥斯特电流磁效应实验等一系列实验的启发，安培1821 1提出了“分子电流假说”，认为磁场是由运动的电流产生的，指出了磁现象的本质是电流，从而解开了千百年来的谜团。安培把各种涉及电流和磁体的相互作用归结为电流之间的相互作用，提出了寻找电流元素相互作用规律的基本问题。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”，运用高超的数学技巧总结出载流电路中电磁场中电流元的运动规律。安培定律是一个电磁定律，是物理学中非常重要的定律。“电流”的概念也是安培创造的。说白了，安培在电磁学中发挥了巨大的作用，“电学中的牛顿”实至名归。
1831法拉第发现了电磁感应现象——磁铁通过闭合电路时，电路中会有电流，由此得出法拉第电磁感应定律；然后得到产生交流电的方法。他的发现奠定了电磁学的基础，是麦克斯韦的先驱。美国科学院前院长约瑟夫·亨利(Joseph henry)在1830年的独立研究中发现了法拉第的电磁感应定律，比法拉第早，但他没有透露这一发现。1875-1876年，美国科学院前院长罗兰做了一个带电旋转圆盘磁效应的实验，首次揭示了运动的电荷可以产生磁场。
至此，经过多年的争论和艰苦的实验，电磁学有必然联系的结论得到了证实，两者可以相互转化。奥斯特和安培证实了电产生磁；法拉第、亨利和罗兰证实磁能发电。
第六，电磁理论的提出
电和磁之间的联系被发现后，人们意识到电磁力的本质在某些方面与引力相似，但在另一些方面则不同。为此法拉第引入了电力线的概念，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，并在此基础上产生了电磁场的概念。1831年，法拉第用铁粉做实验，生动地证明了磁力线的存在。他指出，这条力线不是几何的，而是客观存在的，具有物理性质。
韦伯为电学单位绝对测量的建立做出了许多贡献。1849左右，他提出了电流强度和电磁力的绝对单位，高斯在韦伯的协助下提出了磁量的绝对单位。从1846到1878，韦伯对电动力学(电磁学)测量方法的研究具有重要的基础意义。他发明了许多电磁仪器来定量测量电流强度、磁场强度和电功率。
1855-1856年，麦克斯韦在法拉第的磁力线中引入了“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:改变电场可以产生磁场；改变磁场也能产生电场。他在1865预言了电磁波的存在。1873年，麦克斯韦在他的电和磁的专著中完成了统一电磁理论。
在当时的德国，人们还固守着牛顿的传统物理学概念。法拉第和麦克斯韦的理论对物质世界进行了全新的描述，但违背了传统，因此在德国等欧洲心脏地带没有立足之地，甚至被视为奇思妙想。这种情况一直持续到赫兹发现了那种被怀疑并期待已久的电磁波。
从1885到1889，赫兹首先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的特性，首次证实了电磁波的存在，并测量了波长和速度。赫兹也通过实验证实了电磁波是横波，具有与光相似的特性；他指出，无线电波的振动及其反射和折射的特性与光波和热波是一样的。结果，他毫无疑问地肯定了光和热都是电磁辐射。
因为电磁场可以带力作用于带电粒子，所以一个运动的带电粒子同时受到电场和磁场的作用力。洛伦兹把电磁场对运动电荷的作用力归结为一个公式，人们称之为洛伦兹力。描述电磁场基本规律的麦克斯韦方程组和洛仑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。电荷在其周围产生一个电场，这个电场带着力作用于其他电荷。磁铁和电流在其周围产生一个磁场，这个磁场作用于其他磁铁和内部有电流的物体。电磁场也有能量和动量，是传递电磁力的介质，电磁力渗透整个空间。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，肯定了光也是电磁波。电、磁、光得到统一，实现了物理学的第二次大合成。
七、电磁波的使用
电磁波的电场(或磁场)随时间变化，具有周期性。在一个振荡周期内传播的距离称为波长。振荡周期的倒数，即每秒钟振动(变化)的次数，称为频率。整个电磁波谱包括从电波到宇宙射线的波、光和射线的集合。频率不同的段落命名为无线电波(3KHz-3000GHz)、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、宇宙射线，即波长越来越短，频率越来越高。
电磁波是横波，可用于探测、定位和通信。最常用的是频率最低的无线电波。红外线用于遥控，热像仪，红外制导，火暖(热辐射)，与热效应有关的现象都是。可见光是大多数生物观察事物的基础；紫外线用于医疗消毒、验钞、测距、工程探伤等。x射线用于医学透视CT摄影、工程探伤和晶体结构的物理测量；伽马射线用于医疗，并使原子跳跃产生新的射线。
频率在3KHz到3000GHz之间的无线电波主要用于通信和其他领域。无线电广播(常用收音机)和电视是通过电磁波进行的。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)、超高频(UHF)、超高频(SHF)、极高频(EHF)和to。
无线电频谱波段划分表
超低频(SLF)波长为10000km(1000m)至1000km，对应的频率范围为30Hz ~ 300Hz，广泛应用于军事和民用的许多方面。民用主要用于医疗、工程勘探、地球物理勘探、地震研究等；军事上主要用于水下武器的遥控和水下通信。在众多应用中，潜艇水下通信是最突出的一种，它可以解决岸上指挥所与海上潜艇的远距离、纵深通信问题。超低频海底通信系统庞大、复杂、技术含量高，世界上只有美国、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)的波长范围为10cm ~ 1cm，厘米波的频率范围为3GHZ~30GHZ，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)的波长范围为1mm ~ 10mm，毫米波的频率范围为30 ~ 300 GHz。主要应用于天气雷达、空间通信、射电天文、波导通信和5G移动通信系统。这两个频率是目前与我们关系最密切的无线电波段。
1753，17年2月《苏格兰人》发表了一篇文章，作者在文章中提出了一个大胆的利用电流进行通信的想法，被视为电磁通信的一次启蒙。后来，一个不知名的瑞典人，法国的查佩兄弟，俄国的外交官席林，英国的青年库克，韦伯，高斯都在电磁电报方面做出了努力。1793年，法国的查佩兄弟在巴黎和里尔之间架设了一条230公里长的支架线，以接力的方式传递信息。1833年，韦伯和高斯在哥廷根市上空架设了两根铜线，建成了第一台电磁电报，实现了哥廷根大学物理研究所与天文台之间距离约1.5 km的电报通信。
事实上，在1820年，安培首先提出利用电磁现象来传输电报信号。19年底，意大利人吉列尔莫·马可尼和俄罗斯人波波夫在1895进行了无线电通信实验。在印度，杰格迪什·钱德拉·博斯用无线电波按铃，引发爆炸。在1901年，塞尔维亚裔的美国电气先驱尼古拉·特斯拉说他在1893年发明了无线电报。所以很多人会对马可尼的无线电之父不服气。难怪当时信息不发达，异地搞类似实验很正常；只是马可尼的知识产权意识更强(他是第一个拿到专利权的)，宣传更到位。1913 04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、广播、天气预报、航空航天等等都离不开无线电通信。
八、后顺序
和所有的认知过程一样，人类对电磁运动形式的认识也是从特殊到一般、从现象到本质逐渐深化的。人们对电磁现象的认识是从静电、静磁、准稳电流等特殊方面到一般运动变化的过程。
在电磁学发展的早期，人们意识到带电体之间和磁极之间存在力，但作为描述这种力的手段而引入的“场”的概念并没有被普遍接受为客观存在。现在人们已经清楚地认识到，电磁场是物质的一种形式，它可以与一切带电物质相互作用，产生各种电磁现象。
电磁场本身的运动服从涨落定律，这种以涨落形式变化的电磁场称为电磁波。信息时代，电磁场和电磁波的应用无处不在。电磁场理论用精妙的数学语言描述客观物理规律，通过数学方程的求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、艾皮努斯(1724-1802，德国物理学家，第一次试图将数学系统地应用于电磁理论。他的实验导致了平行板电容器的设计和矿物电气石电学特性的发现。并探索了其热电性)、库仑、卡文迪许、安培、高斯、伏特、欧姆、毕奥、萨伐尔、奥斯特、法拉第、亨利、焦耳、罗兰、基尔霍夫、麦克斯韦、哈维夏、洛伦茨、赫兹、开尔文、马可尼、特斯拉、波波夫。他们卓有成效的工作为电磁理论和相关技术的进步做出了巨大贡献，不断推动着人类社会的进步和发展。