人类有关电磁现象的认识可追溯到公元前「电磁力的产生」

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电磁力，是大家非常熟悉的一种自然力。是宇宙四大基本力之一。相比其他几个力，电磁力的发现和应用极大地改变了人类的命运和生活。现代所有的发明和创造，或多或少都与它有关。可以说电磁力的发现和应用是人类现代文明的基石。

电磁现象在自然界广泛存在，天空中的闪电；水里的电鳗；能吸附金属的磁石等现象，引起了古人的兴趣。但由于当时生产力水平的限制，只是在磁石的应用上有些进展。

中国古代的指南车

电磁力作为宇宙的四大基本力之一，是一种强力。是电荷、电流在电磁场中所受力的总称。（也有称载流导体在磁场中受的力为电磁力，而称静止电荷在静电场中受的力为静电力。）

一.电荷（electric charge），作为要素之一。最早由本杰明.富兰克林（1706年1月-1790年4月）发现，他把电荷划分为“正电荷”和“负电荷”，是物质的一种物理性质，称带有电荷的物质为“带电物质”。

两个带电物质之间会互相施加作用力于对方，也会感受到对方施加的作用力。同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。。静止的带电粒子会产生电场，移动中的带电粒子会产生电磁场，带电粒子也会被电磁场所影响。一个带电粒子与电磁场之间的相互作用称为电磁力或电磁相互作用。

本杰明.富兰克林

本杰明.富兰克林又提出了电荷守恒定律：

1.电荷既不能创造,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变 。

2.一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变 。

电荷亦称电，有实物的属性．不能离开电子和粒子而存在。使物体带电的实质是获得或失去电子的过程。

起电的本质：都是将正、负电荷分开,使电荷发生转移，实质是电子的转移，并不是创造电荷。

库仑扭秤

1785年法国科学家查尔斯.库伦痛过扭秤实验得出库仑定律：“真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，同名电荷相斥，异名电荷相吸。“库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律，是电磁学和电磁场理论的基本定律之一。

库仑定律公式

点电荷是带电粒子的理想模型。真正的点电荷并不存在，只有当带电粒子之间的距离远大于粒子的尺寸，或是带电粒子的形状与大小对于相互作用力的影响足以忽略时，此带电体就能称为“点电荷”。

库仑定律也有局限性：只适用于场源电荷静止、受力电荷运动的情况，但不适用于运动电荷对静止电荷的作用力。库仑定律只适用于点电荷之间。

自然界中的电荷只有两种，即正电荷和负电荷。例如，由丝绸摩擦的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷，由毛皮摩擦的橡胶棒所带的电荷叫负电荷。所谓物体不带电就是电子数与质子数相等，物体带电则是这种平衡的破坏。在自然界中不存在脱离物质而单独存在的电荷 。

自然界的闪电

二.电流（Electron flow），导体中的自由电荷在电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了 电流。电源的电动势形成了电压，继而产生了电场力。电学上规定：正电荷定向流动的方向为电流方向。电流运动方向与电子运动方向相反。

电流由两个表达式：

1.通过导体横截面的电荷量Q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流，也叫电流强度。即 I=Q/t

2.电流微观量的大小：

(I=ΔQ/Δt)可得I = nesv。

n ：表示单位体积内的自由电荷数；e：自由电荷的电量；s：为导体横截面积；v：为自由电荷定向移动的速率。

金属中自由移动的电荷

电流的传导介质有导体，半导体。在导体如在固态金属内，电荷流动的载子是电子，从低电势流到高电势。在其它种介质内，任何电荷载子的载子流都可以形成电流。

导体通电时会产生三大效应：热效应（焦耳定律）；磁效应（毕奥-萨法尔定律）；化学效应（法拉第电解定律）

电磁感应实验

三.电磁场 （electromagnetic field），电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体的总称。随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起。

磁极的力线

英国物理学家迈克尔·法拉第 （1791年9月～1867年8月）在1831年，首次发现电磁感应现象，研究了电荷，磁极之间以及电流元之间的相互作用，跟质点之间的万有引力一样，都是不接触力，都遵守平方反比律。他认为电荷和磁极周围的空间充满了力线（电力线和磁力线），靠力线将电荷或磁极联系在一起。

磁电的转换

1864年，英国科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（1831〜1879）在前人研究电磁现象取得的成果的基础上，总结了宏观电磁现象的规律，并引进位移电流的概念。将电磁场理论用简洁、对称，完美，数学的形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的“麦克斯韦方程组“。

麦克斯韦方程组乃是由四个方程共同组成的：

1.高斯定律：该定律描述电场与空间中电荷分布的关系。

2.高斯磁定律：该定律表明，磁单极子实际上并不存在。

3.法拉第感应定律：该定律描述时变磁场怎样感应出电场

4.麦克斯韦-安培定律：该定律阐明，磁场可以用两种方法生成：一种是靠传导电流（原本的安培定律），另一种是靠时变电场，或称位移电流（麦克斯韦修正项）。

描述电磁场在某一体积或某一面积内的数学模型

微分形式的麦克斯韦方程是对场中每一点的数学模型

这个概念的核心思想是：变化着的电场能产生磁场；而由于法拉第感应定律，变化着的磁 场也能产生电场。据此，1865年他预言了电磁波的存在，他断定电磁波的存在，推导出电磁波与光具有同样的传播速度。这一理论为以后，能源特别是电力的应用和发展打开了极大的空间。是现代工业技术的奠基石。

电磁波的传播

1888年德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹（1857年2月－1894年1月）首先证实了电磁波的存在。他证明了无线电辐射具有波的所有特性，并发现电磁场方程可以用偏微分方程表达，通常称为波动方程。他发现电磁波为横波，电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性变化，其强度与距离的平方成反比，波本身带有能量，任何位置之能量、功率与振幅的平方成正比，其速度等于光速（每秒30万公里）。赫兹实验不仅证实麦克斯韦的电磁理论，更为无线电，电视和雷达的发展找到了途径。

从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。电与磁可说是一体两面，变动的电会产生磁，变动的磁则会产生电。电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，而其每秒钟变动的次数便是频率。

当电磁波频率低时，主要藉由有形的导电体才能传递；当频率渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期转化以电磁波的形式向空间传播出去。不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。

电磁辐射是传递能量的一种方式，根据频率或波长分为不同类型，这些类型包括（按序增加频率）：电力，无线电波，微波，太赫兹辐射，红外辐射，可见光，紫外线，X射线和伽玛射线。其中，无线电波的波长最长而伽马射线的波长最短。X射线和伽玛射线电离能力很强，其他电磁辐射电离能力相对较弱，而更低频的没有电离能力。

电磁辐射技术是现代信息技术的基础，具体可分为：

无线电波3000米～0.3毫米。

红外线 0.3毫米～0.75微米。

可见光0.7微米～0.4微米。

紫外线 0.4微米～10毫微米

X射线10毫微米～0.1毫微米

γ射线 0.1毫微米～0.001毫微米

宇宙射线小于0.001毫微米

电磁力的发现和其相关理论的应用极大的改变了世界的面貌和人们的生活。特别是其在能源，交通，信息等领域的应用，为人类文明的进步和发展做出了巨大的贡献。