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绪论
一、电磁学的重要性
电磁学的主要内容是研究电荷、电流产生电场、磁场
的规律。电场和磁场的相互联系，以及电磁场与电荷、电
流和其他物质的相互作用。简而言之，电磁学是研究电磁
相互作用规律的基础学科。

在自然界中，迄今为止已发现有四种相互作用：万有
引力（引力相互作用），电磁力（电磁相互作用），强力
（强力相互作用）和弱力（弱力相互作用）。万有引力存
在于一切物体之间，电磁力存在于带电物体与载流导体之
间，强力存在于中子、质子、介子、重子等基本粒子之间，
弱力主要存在于中子、质子、电子、中微子之间。从作用
范围上看，强力和弱力在10-13到10-12cm的距离范围内
很重要，这是原子核的尺度。电磁力在原


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子尺度和分子尺度，即10-8到10-7cm的距离范围内很重
要。引力在大天体尺度上起着很重要的作用，如地球、
太阳、银河系以及迄今能观测到的宇宙。

电磁相互作用是研究得最为广泛的一种相互作用。首先
它在决定原子和分子结构方面起着关键性的作用，因而在
很大程度上决定着各种物质的物理和化学性质。其次，电
磁相互作用的规律是其他许多学科——如电子电工学、等
离子体物理学、磁流体物理学、电化学、量子电动力学等
的基础。此外，电磁学的知识在科研和生产中有着极为广
泛的应用，从工业到农业，从日常生活到国防现代化无不
涉及到电磁学的的原理。综上所述，学习和掌握这门学科
的重要性是不言而喻的了。


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二、电磁学的发展简史
远在我国古代和古希腊，人类在生产和实践中便了解
到电和磁的一些现象和知识。如我国春秋战国时代《管
子·地数》（公元前600多年）中写到“上有慈石者，其下
有铜金”，这是我国关于磁石的最早记载，其后有东汉王

充的《论衡·是应》（公元前82年左右）， 《论衡·乱龙》

在公元前585年，古希腊哲学家泰勒斯（Thales)就记载
了用木头摩擦过的瑚玻能够吸引草屑等轻小物体，以及天
然磁石吸引铁的现象。在随后1000多年漫长历史过程中，
由于人类对电磁现象缺乏系统的理论研究，只是靠零碎的
自然知识积累，所以整个电磁学的发展十分缓慢。


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十三世纪前后，欧洲出现了有名的学术复兴，通过实
验研究自然规律已蔚然成风。当时英国有名的学者培根
（Roger Bacon)提出，“应当靠实验来弄懂自然科学”。
在他的影响下，马里古特(Pierre de Maricourt，英国
人)做了不少磁学实验，并于1269年前后写了一本小册子
，描述了他的发现。马里古特发现磁石有两极，他把这两
极分别叫做N极和S极。通过实验证实了同性磁极相斥，
异性磁极相吸，一根磁针断为两半时，每一根小磁针又成
为一根独立的小磁针。这股实验风气，很快遭到教廷中那
些偏执狂的僧侣的反对，很快被压了下去，电和慈的研究
又进入了停顿期。
十六世纪，由于工、商业及航海的发展，社会的需要
再次推动自然科学的研究。第一个从实验和理论上对电
和磁做了较为系统研究的是英国伊利莎白女王的御医吉
尔伯特（William Gilbert,1544-1603)，他发现了电和


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磁有一些不同性质。他提出了解释电现象的理论，制作
了验电器等。
1600年，德国工程师盖利克（Guoricke 16021686)发明了第一台象小足球大的转动硫磺球的摩擦起
电机，使较大量电荷的获得成为可能。
1729年，英国的格雷（Stephen Gray 1670-1736)
发现了导体和绝缘体具有不同的导电属性，这一发现为
电荷 的输运奠定了基础。
1733年，法国的杜费（Charles Francois du Fay,
1698-1739)发现了有两种性质完全不同的电荷，并提
出了两元电液理论。
1745年，荷兰莱顿的物理学家穆欣布罗克（pieter
van Musschenbrock,1692-1791)在寻找保存电的办
法中，发明了莱顿瓶，即电容器的原形。


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与此同时，美国的富兰克林(Benjamin Franklin,
1706-1790)对莱顿瓶的功效进行了深入分析，并对它作
了许多实验，提出了正电和负电的概念，他引入的正电和
负电的概念至今仍在运用，同时也提出了电荷守恒的理论。
1750年左右，德国的埃皮诺斯发现了两电荷的作用
力随作用距离的减小而增大的现象，但是他没有深入研
究其相互作用的定量规律。1766年底德国科学家普里斯
特利通过一系列实验证明，带电的空心金属容器内表面
上没有电荷，而且对内部空间没有任何电力作用。由此
他做了一个猜测，认为电荷之间的相互作用力与万有引
力相似，但他仅停留在猜测阶段。
1769年，英国的罗宾逊（John Robinsun)通过作
用在一个荷电小球上的电力和重力平衡的实验定出，两
个同种电荷之间的相互作用力与它们距离的２.０６次方


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成反比，他进一步猜想正确的应当是平方反比关系．但
是他和普里斯特利的工作当时没有受到科学界的足够重
视。
1785年, 法国的库仑（Couloum,1736-1806)设
计了精巧的扭秤实验，得出了至尽世界公认的库仑定律。
从而开辟了近代电磁理论研究的新纪元。

1800年，意大利的伏打（Volta, 1745-1827)制成
了伏打电堆，有了稳定的电源，这为人类从研究静电现
象过渡到研究动电现象提供了坚实的技术基础。
自吉尔伯特将电现象和磁现象进行对比研究以来，
200多年以来，人们一直认为电和磁没有什么联系。丹
麦的奥斯特（Hans Christian Oersted , 1777-1804)
在十多年不懈坚持努力下，于1820年发现了电流的磁效


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当电流通过导线时，会使导线旁边的小磁针向与导线垂直
的方向转动。奥斯特的发现是电磁学发展史上的又一里程
碑，轰动了当时整个欧洲的科学界。其中反映最快的首推
是法国的物理学界。
法国的毕奥(Jean Baptiste Biot , 1774-1862)和萨
伐尔(Felix Savart , 1791-1841)于同年10月30日发表
了论文，阐述了载流长直导线对磁极的作用力反比于距离
的实验结果。随后，法国的科学家拉普拉斯(Pierre
Simon Laplace , 1729- 1827)在他们两人的基础上，用
数学分析的方法将其表达成微分和积分的形式，这便是我
们现在使用的毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律。这一定律是电
流磁效应的理论基础。几乎与此同时，法国的安培
（Ampere , 1775-1836)迅即重复了奥斯特的实验，并
加以发展、设计，进行了一系列精巧实验，从中总结出磁
针转动方向与电流方向满足右手螺旋法则、两电流元之间


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的作用力与其距离的平方成反比的公式（即安培定律）和
物质磁性的分子电流假说。毫无疑问，在深化人类对电流
磁效应认识方面，安培作出了重大贡献。电流的磁效应开
辟了电应用的新领域。随后发明的电磁铁、检流计、电报、
电话等，为科学的发展和现代化的通讯奠定了基础。
1827年，德国的欧姆（Ohm , 1787-1854)发表了
简单而极为有用的欧姆定律，这个定律是电工学最基本的
规律之一。二十年后，德国的基尔霍夫（Kirchhoff,
1824-1887)从电荷守恒和能量守恒角度出发，将欧姆定
律推广，建立了两个基尔霍夫方程组，这为我们解决复杂
电路提供了基础。
1821年，英国的法拉第（Michael Faladay , 1791
-1867)在了解和重复了奥斯特的实验后，逐渐形成了一个
想法，既然电流可以产生磁，那么磁应该可以转化为电流，
通过近十年的求索，历经了多次实验上的失败，终于在


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1831年发现了电磁感应现象。在解释电磁感应现象时，提
出了力线的概念，认为当通过回路的磁感应线变化时，回
路中就产生感应电流，从而解释了感应电动势产生的真正
原因。电磁感应定律的定量表述是由德国的科学家诺埃曼
（Neumann , 1798-1895)和韦伯(Wilbelm Weber ,
1804-1890)分别于1845和1846年给出的。
1833年，俄国的楞次（Lenz , 1804-1865)发表了
他的实验结果，明确给出了确定感应电流方向的法则，即
楞次定律。
1854年前后，英国的科学家麦克斯韦(James Clerk
Maxwell , 1831-1879)致力于将法拉第力线的观念转变
成便于数学处理的形式。首先他提出了两个假设：“涡旋
电场”、“位移电流”，然后将其用数学形式表示出来，
就是现在我们要学习的麦克斯韦方程组，他发表于1865
年，从这一理论出发他推论：变化的电场激发磁场，变化
的磁场激发电场，由近及远形成电磁波；并导出电磁波在


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真空的传播速度等于电量的电磁单位和静电单位之比，它
正好等于真空中的光速。于是他预言了电磁波的存在，并

大胆提出光是电磁波的看法。他的理论一开始并没有被人
们重视，直到1886年10月，德国物理学家赫兹
(Hertz ,1857-1894)在做电路放电实验过程中，偶然发
现近旁一个两端间有空隙的开路线圈也发出火花，他敏锐
地想到这可能是电磁共振，沿着这一思路，做了一系列实

验，研制出发射电磁波的赫兹振子和接收电磁波的探测器，
这不仅证实了电磁波的存在，而且测出电磁波的速度与光

速相同，与光一样具有反射、折射、干涉、衍射、偏振等
物理现象。赫兹的实验光辉地证实了麦克斯韦的理论，并
开创了无线电电子技术的新时代。