中科院物理所

将在05月22日 09:00 直播

预约

视频号

在持续的电流出现之前人类经历了漫长的静电时代，古希腊的第一位哲学家和科学家泰勒斯（Thales,公元前625-547）就发现用丝绸摩擦琥珀后可以像磁石一样吸引轻小的物体，这其实就是静电现象，泰勒斯也因此成为了第一位完成静电实验的科学家。由于静电是在摩擦后的琥珀上发现的，所以英语中的电这个词的词根Electron原意是“琥珀”，它起源于希腊语中的“琥珀”（ελεκτρον）。 而在中国最早记录静电现象的是在公元三世纪晋朝的张华（232-300），他在《博物志》中记载：“今人梳头，解著衣，有随梳解结，有光者，亦有吒声。”张华在这描述的就是人在梳头、脱衣服时出现的静电现象，这一现象在干燥季节大家可能都遇到过。

2009年美国发行的100美元钞票上的富兰克林

1989年德国发行的10马克钞票正面

从静电到获得持续的电流人类等待了二千多年，直到意大利物理学家亚力山大·伏打（Volta, 1745-1827）出现。1800年伏打将铜片和锌片浸于食盐水中相互堆叠，并接上导线，制成了第一个电池：伏打电堆。伏打电堆可以提供稳定持续的电流，是电磁学和电化学的研究基础。伏打电池基本原理直到现在还在被使用，而且随着电动汽车的推广电池技术成为了一项十分重要的战略性技术。

1984年意大利发行的10000里拉的正面就采用了伏打的肖像，肖像的左侧就是伏打电堆的图片。这张钞票背面的建筑就是位于科莫湖边的伏打纪念堂，这是1927年为了纪念伏打逝世100周年而建立的，纪念堂下方上圆、庄严肃穆，纪念堂正门上方刻着伏打的名字，里面陈列着伏打使用过的一些物品，包括他发明的电池。

1984年意大利发行的10000里拉正面

意大利10000里拉上的伏打电堆

1984年意大利发行的10000里拉背面

伏打在电磁学发展过程中的贡献是具有里程碑意义的，他使电磁学的研究从静电走向了动电。伏打电池的出现为奥斯特发现电流的磁效应和法拉第发现电磁感应提供了基础，十九世纪大量新元素的发现也得益于电池的出现，伏打的成果使电磁学的发展进入了快车道。

很长时间里，人们认为电和磁是没有关系的。伏打的成果使人类脱离了静电的约束，并推动物理学进入电磁学时代。1820年，丹麦科学家奥斯特偶然发现通电的导线能使旁边的磁针发生偏转，而其偏转方向垂直于电流方向。1970年丹麦发行的100克朗钞票上就将奥斯特的磁针偏转实验印在了上面。这张电流磁效应的实验示意图上甚至标注了直流电源的正负极和一个指针正在偏转的带有精美刻度的罗盘。

1970年丹麦发行的100克朗钞票

100克朗钞票上的磁针实验图

奥斯特的电流磁效应实验使电和磁之间从此紧密的联系在了一起，电学和磁学从此逐步发展成为了一门统一的学科—电磁学。奥斯特的电流磁效应实验可以认为是电磁学诞生的标志。

奥斯特证明了电流能产生磁场，他是康德哲学观点的拥护者，康德认为电和磁等自然界中不同的力是可以相互转换的。这一结论在1831年被英国物理学家法拉第所发现的电磁感应所证实。法拉第发现的电磁感应定理可以简单描述为：变化的磁场能产生电场。这意味着磁可以逆向生电，由此产生的电流就称为感生电流，只要闭合电路中的磁通量发生变化，电路中就会有感生电流出现。法拉第的发现对推动人类进入电器时代具有重大意义。法拉第出身贫寒，品德高尚，在英国人民心中具有崇高的地位，因此1991年英格兰银行发行的20英镑钞票就采用了法拉第的肖像。

1991年英格兰银行发行的20英镑钞票

 

 

英国物理学家麦克斯韦从数学上建立了完备的经典电磁学的理论基础，并预言了电磁波的存在。赫兹在1887年证明了这一预言，无线电通信时代就此开启了。取得“无线电通讯之父”称号的科学家是意大利人马可尼（Marconi, 1874－1937），1901年马可尼实现了跨大西洋无线电通信的创举，马可尼也因为自己在无线电通讯上的成就获得了1909年的诺贝尔奖。

意大利在1990年发行的2000里拉上采用了马可尼作为人物主题。这张钞票的背面图案包括无线电发射塔、无线电报收发机、以及一艘名为“Elettra”的游艇，在这艘游艇上，马可尼曾进行过多次无线电通信实验。整个背面的底纹采用了象征电磁波的条纹作为防伪线条。

1990年意大利发行的2000里拉正面

1990年意大利发行的2000里拉背面

电磁学的发展前后经历了二千多年，而其高速发展只是近三百余年的时间，伏打使电磁学摆脱了静电的约束后，电磁学进入了近代电磁学阶段。电磁学、量子力学和相对论构成了现代物理学的三大理论支柱，塑造了我们当今现代化的生活，其中电磁学是这三大理论支柱中最为古老的学科。我们需要感谢那些为此做出了贡献的科学家，这些科学家被作为不同国家钞票的主题，正是在向他们致以最崇高的敬意，表达这些国家和人民对待科学的态度。我们现在已置身于无处不在的电磁波中，随着这些精美钞票的流通，他们的精神也会变的无处不在。

原标题：钞票上的电磁学

来源：现代物理知识杂志

编辑：Eric

近期热门文章Top10