《電磁通論》中,我打算描述這些現(xiàn)象中的若干最重要的現(xiàn)象,指明他們可以怎樣加以測量,并追索所測得的各量的數(shù)學聯(lián)系。既經(jīng)這樣求得了電磁學的數(shù)學理論的數(shù)據(jù)并證明了這一理論可以怎樣應用于現(xiàn)象的計算,我將盡可能清楚地努力揭明這一理論的數(shù)學形式和動力學這一基礎科學的數(shù)學形式之間的關系,以便我們可以在某種程度上做好準備,來確定我們可以從中尋求電磁現(xiàn)象之說明或解釋的那些動力學現(xiàn)象。
在描述現(xiàn)象方面,我將選擇那些最清楚地闡示理論的基本概念的現(xiàn)象,而略去別的現(xiàn)象,或把他們保留到讀者了解得更深入一些時再來描述。
從數(shù)學觀點看來,任一現(xiàn)象的最重要方面就是一個可測量的量的方面。因此我將主要從他們的測量的角度來考慮電現(xiàn)象,描述測量的方法,并定義這些方法所依據(jù)的標準。
在把數(shù)學應用于電學量的計算時,我將首先努力從我們所能運用的數(shù)據(jù)導出最普遍的結論,其次則把結果應用到所能選取的最簡單的事例上。只要能做到,我將避開雖然喚起了數(shù)學家們的技巧但不曾擴大我們的科學知識的那些問題。
我們所必須研究的這門科學之不同分支之間的內(nèi)部關系,是比迄今發(fā)展起來的任何其他科學之不同分支之間的內(nèi)部關系更加繁多和更加復雜的。它的外部關系,一方面是同動力學的關系,另一方面是同熱、光、化學作用以及物體構造的關系,似乎正表明電科學作為詮釋自然的臂助的那種特殊的重要性。
彩色插圖?超值珍藏 1860年夏日的一天,29歲的麥克斯韋作為英國皇家學院的年輕教授,帶著新寫的論文,登門拜訪了年近七旬的法拉第。這是一次偉大的會見,是一位偉大的實驗家與一位偉大的理論家的靈魂之約和才智的奇妙碰撞!哪旰,麥克斯韋大膽預言了電磁波的存在并斷定光也是一種電磁波!、今天,麥克斯韋方程被譽為改變世界的最偉大的方程;而由他親手創(chuàng)建的卡文迪什實驗室,英才輩出,至今造就了近30位諾貝爾獎獲得者! 】茖W元典是科學史和人類文明史上劃時代的豐碑 是歷經(jīng)時間考驗的不朽之作 讓我們一起仰望先賢,回眸歷史 體悟原汁原味的科學發(fā)現(xiàn)
某些物體在被摩擦以后顯示吸引其他物體的能力,這一事實早為古人所知了。在現(xiàn)代,已經(jīng)觀察了各式各樣的其他現(xiàn)象,并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)他們是和這些吸引現(xiàn)象有關系的。這些現(xiàn)象被分類為電(Electric)現(xiàn)象,意為琥珀,因為這些現(xiàn)象最初是在“琥珀”(ηλξκτρον)中被描述了的。
另一些物體,特別是磁石和經(jīng)過某種處理的鐵塊或鋼塊,也早就被認識到顯示一些超距作用現(xiàn)象。經(jīng)發(fā)現(xiàn),這些現(xiàn)象以及與他們有關系的另一現(xiàn)象是和電現(xiàn)象不同的。這些現(xiàn)象被分類為磁(Magnetic)現(xiàn)象,因為磁石(μαγυηs)是在塞薩利的瑪格尼西亞(Magnesia)被發(fā)現(xiàn)的。
后來,人們發(fā)現(xiàn)這兩類現(xiàn)象是互相有關系的,而迄今已知的兩類現(xiàn)象中那各式各樣現(xiàn)象之間的關系,就構成電磁學這門科學。
在本書中,我打算描述這些現(xiàn)象中的若干最重要的現(xiàn)象,指明他們可以怎樣加以測量,并追索所測得的各量的數(shù)學聯(lián)系。既經(jīng)這樣求得了電磁學的數(shù)學理論的數(shù)據(jù)并證明了這一理論可以怎樣應用于現(xiàn)象的計算,我將盡可能清楚地努力揭明這一理論的數(shù)學形式和動力學這一基礎科學的數(shù)學形式之間的關系,以便我們可以在某種程度上做好準備,來確定我們可以從中尋求電磁現(xiàn)象之說明或解釋的那些動力學現(xiàn)象。
在描述現(xiàn)象方面,我將選擇那些最清楚地闡示理論的基本概念的現(xiàn)象,而略去別的現(xiàn)象,或把他們保留到讀者了解得更深入一些時再來描述。
從數(shù)學觀點看來,任一現(xiàn)象的最重要方面就是一個可測量的量的方面。因此我將主要從他們的測量的角度來考慮電現(xiàn)象,描述測量的方法,并定義這些方法所依據(jù)的標準。
在把數(shù)學應用于電學量的計算時,我將首先努力從我們所能運用的數(shù)據(jù)導出最普遍的結論,其次則把結果應用到所能選取的最簡單的事例上。只要能做到,我將避開雖然喚起了數(shù)學家們的技巧但不曾擴大我們的科學知識的那些問題。
我們所必須研究的這門科學之不同分支之間的內(nèi)部關系,是比迄今發(fā)展起來的任何其他科學之不同分支之間的內(nèi)部關系更加繁多和更加復雜的。它的外部關系,一方面是同動力學的關系,另一方面是同熱、光、化學作用以及物體構造的關系,似乎正表明電科學作為詮釋自然的臂助的那種特殊的重要性。
因此,在我看來,從各方面來研究電磁,現(xiàn)在已變得是在作為促進科學進步的手段方面具有頭等重要性的了。
不同類別的現(xiàn)象的數(shù)學定律,已經(jīng)在很大程度上令人滿意地得出了。
麥克斯韋1831年6月13日生于英國蘇格蘭的愛丁堡,1879年11月5日卒于英國劍橋。
麥克斯韋原姓克勒克,家族從16世紀時起就在愛丁堡一帶很有名望,在18世紀中曾兩度和麥克斯韋家族聯(lián)姻。麥克斯韋的父親約翰·克拉克在繼承一處田產(chǎn)時按照當時的契約而承襲了麥克斯韋這個姓氏。田產(chǎn)位于蘇格蘭南部,包括一處住宅(格倫萊爾園)和1500英畝土地,在鐵路修通以前離愛丁堡有兩天的行程。后來麥克斯韋最重要的科學著作就是在那里寫成的。
麥克斯韋出生于愛丁堡,隨后就隨父母回到了自己的莊園。他的父親受的是法學教育,但對近于實用的、技術性的學問有興趣,后來成為愛丁堡皇家學會的會員。他的母親名弗朗西斯(Frances),母家姓凱(Cay),性情果敢,臨事有決斷,生麥克斯韋時她已經(jīng)40歲,8年以后就因癌癥去世了。
當時蘇格蘭的等級觀念還不像英格蘭那樣嚴重。麥克斯韋幼時常和農(nóng)民子弟一起玩耍,學會了當?shù)氐姆窖,而且終生未變。他從小就由母親照管和教育;喪母以后,他父親曾給他請過一個家庭教師,但那人教育不得法,只在麥克斯韋的性格上留下了有害的影響,所以不久便被辭退了。
麥克斯韋于1841年進入愛丁堡公學(Edinburgh Academy),在那里結識了兩個好友:后來成為人文學者并和另外一個人合撰了麥克斯韋傳的坎貝爾(L.Campbell)和后來成為愛丁堡大學自然哲學教授的泰特(P.G.Tait)。從1845年起,他父親恢復出席愛丁堡皇家學會的會議,他一般都隨父親前往。1847年,他進入愛丁堡大學,在實驗技術和治學態(tài)度方面都受到了良好的訓練。他成績優(yōu)良,但并不是同輩中最好的一個。
1850年,麥克斯韋轉入劍橋大學,起初在彼得豪斯(Peterhouse)學院,一學期后轉入三一學院,并于第二年成為著名導師“優(yōu)等生培育家”霍普金斯(W.Hopkins)的學生。在此期間,他還被選為半秘密的著名學生組織“使徒俱樂部”(Apostles Club)的會員,交結了各方面的朋友。他通過考試,得到了“優(yōu)等生”(wrangler)的稱號。
他于1855年成為劍橋大學三一學院的院侶(fellow),于1856年被任命為阿伯丁的馬里沙爾學院的自然哲學教授。兩年以后,他和該學院院長的女兒凱瑟琳(M.D.Katherine)結婚,夫人比他大7歲;楹蠖诵愿裼旋e齬之處,但他們還是維持了相當好的感情。
1860年,因為行政上的原因,麥克斯韋在阿伯丁的教授職位被撤銷。此事引起了當?shù)厝耸康膽嵖妥h論。當時麥克斯韋曾申請愛丁堡大學的教授職位,也因競爭不過他的老朋友泰特而告失敗。
弁言
《電磁通論》導讀
譯者前言
第一版原序
第二版原序
第三版原序
緒論量的測量
第一編 靜電學
第一章 現(xiàn)象的描述
第二章 靜電的初等數(shù)學理論
第三章 論導體組中的電功和電能
第四章 普遍定理
第五章 兩個帶電體系之間的機械作用
第六章 論平衡點和平衡線
第七章 簡單事例中的等勢面和電感線的形狀
第八章 簡單的帶電事例
第九章 球諧函數(shù)
第十章 共焦二次曲面
第十一章 電像和電反演的理論
第十二章 二維空間中的共軛函數(shù)理論
第十三章 靜電儀器
第二編 動電學
第十四章 電流
第十五章 電導和電阻
第十六章 接觸物體之間的電動勢
第十七章 電解導電
第十八章 電解極化
第十九章 線性電流
第二十章 三維空間中的導電
第二十一章 三維空間中的電阻和電導
第二十二章 不均勻媒質(zhì)中的導電
第二十三章 電介質(zhì)中的導電
第二十四章 電阻的測量
第二十五章 關于物質(zhì)的電阻
第三編 磁學
第二十六章 磁學的初等理論
第二十七章 磁力和磁感
第二十八章 磁管和磁殼
第二十九章 感生磁化
第三十章 磁感應的特殊問題
第三十一章 感生磁的韋伯理論
第三十二章 磁學測量
第三十三章 關于地磁
第四編 電磁學
第三十四章 電磁力
第三十五章 安培關于電流的相互作用的研究
第三十六章 論電流的感應
第三十七章 論一個電流對它自己的感應
第三十八章 關于一個連接體系的運動方程
第三十九章 電磁現(xiàn)象的動力學理論
第四十章 電路理論
第四十一章 利用副電路來勘查場
第四十二章 電磁場的普遍方程組
第四十三章 電學單位的量綱
第四十四章 論電磁場中的能量和脅強
第四十五章 電流層
第四十六章 平行電流
第四十七章 圓電流
第四十八章 電磁儀器
第四十九章 電磁觀測
第五十章 線圈的比較
第五十一章 電阻的電磁單位
第五十二章 靜電單位和電磁單位的比較
第五十三章 光的電磁學說
第五十四章 對光的磁作用
第五十五章 用分子電流來解釋鐵磁性和抗磁性
第五十六章 遠距作用理論
在四元數(shù)算法中,一個點在空間中的位置用一個矢量來定義,該矢量從一個叫做原點的定點畫到該點。如果我們必須考慮其值依賴于點的位置的任一物理量,那個量就被看成從原點畫起的那個矢量的一個函數(shù)。函數(shù)本身可以是標量也可以是矢量。一個物體的密度、它的溫度、它的流體靜力學壓強、一個點上的勢,就是標量函數(shù)的例子。一個點上的合力、流體中一點上的速度、流體的一個體積元的轉動速度以及引起轉動的力偶矩,就是矢量函數(shù)的例子。
12.]物理矢量可以分成兩類。一類矢量是參照一條直線來定義的,而另一類矢量是參照一個面積來定義的。
例如,一種吸引力在任一方向上的合力通過求得它在一個物體沿該方向移動一小段距時對物體所做的功并除以該段距離來加以量度。在這里,吸引力就是參照一條直線來定義的。
另一方面,固體中任一點上沿任一方向的熱通量可以通過求得流過垂直于該方向的一個小面積的熱量并除以該面積和時間來加以量度。在這里,通量就是參照一個面積來定義的。
也有某些情況,一個量既可以參照一個面積又可以參照一條直線來加以量度。
例如,在處理彈性固體的位移時,我們可以把自己的注意力集中到一個質(zhì)點的原始位置和實際位置上。在這種情況下,質(zhì)點的位移就是由第一個位置畫到第二個位置的直線來量度的;蛘,我們也可以考慮固定在空間中的一個小面積,并確定在位移過程中有多大數(shù)量的固體物質(zhì)通過了那個面積。
同樣,一種流體的速度可以參照著各個質(zhì)點的實際速度來加以研究,也可以參照著通過任一固定面積的流體數(shù)量來加以研究。
但是,在這些情況下,我們要求分別地既知道位移或速度又知道物體的密度,以便應用第一種方法,而一旦我們企圖形成一種分子理論,我就必須應用第二種方法了。
在電的流動事例中,我們根本不知道有關導體中的電密度或電速度的任何東西,我們只知道按照流體理論將對應于密度和速度之乘積的那個值。因此,在所有的這種事例中,我們必須應用測量通過面積之通量的那種更普遍的方法。
在電科學中,電動強度和磁強度屬于第一類,它們是參照直線來定義的。當我們想要指明這一事實時,我們可以把它們叫做“強度”。
另一方面,電感和磁感,以及電流,卻屬于第二類,它們是參照面積來定義的。當我們想要指明這一事實時,我們將稱它們?yōu)椤巴俊薄?br> 這些強度中的每一種強度,都可以被認為可以產(chǎn)生或傾向于產(chǎn)生它的對應通量。