牛顿力学思想对电磁学理论的影响

王 丹，李 楠，姜琳琳，赵茂祥

(1.吉林师范大学物理学院，吉林 四平 136000；2.物理国家级实验教学示范中心（吉林师范大学），吉林 四平 136000)

1 引言

对于电磁学知识的学习以及理解过程中，依照相关的理论知识和知识体系加以概括，明确相关知识要点的存在，电磁学中相对枯燥的部分就是理论知识，很多的人无法合理的把控电磁学的真正理论内涵，以至于在实际运用的时候，面临着极大的阻碍，引发了相对严重的后果[1]。除了电磁学以外，物理学中的知识也多是理论知识，想要真正的了解相关的知识点，需要将其本质的内容加以明确，在这样的角度之上，应该认识到电磁学中力学思想的关键价值。1687 年，牛顿完成了巨著《自然哲学的数学原理》，其象征着经典力学的构建，同时也让其成为了伟大的思想家，其影响力日渐广阔。在这部伟大的巨著中，牛顿详尽的概述了他的自然哲学观，阐述了力学思想。对牛顿的力学思想简单表述：自然界统一的思想、万有引力思想和超距作用观念等。因为牛顿力学在研究多种理论时获取了理想的成果，使得相关的思想得以在生产实践中合理的运用起来，以至于越来越多的科学家对于牛顿的力学思想抱有深信不疑的态度。

2 电磁学理论建立的过程

牛顿的力学思想能够划分出不同的组成部分，多位研究人员试图运用力学思想解释自然现象，甚至使用相关的理论去解释复杂的生命现象，自此，牛顿的力学思想以及力学方法等得以广泛的运用起来。经过相关的调查研究，电磁学理论重点是建立在牛顿力学原理、超距作用观念和自然力统一思想上诞生的理论，其中涉及到库仑定律以及电力作用等等[2]。

2.1 库仑定律

牛顿在自己的著作《自然哲学的数学原理》中加以证明，若是引力和距离平方的增大明显减少的时候，中空球体对球体中的物体将不会反映出一定的作用力。在1766 年，美国物理学家富兰克林开展的实验中发现了这样的现象：放置于金属杯内的软木塞将不会受到金属杯电性的干扰。1766 年，英国的普利斯特利也在相关的实践中发现了此类问题：在中空的金属器带电的情况下，除去开口的位置，其对于空腔中的电荷将不会表现出任何的作用力。在这样的基础之上，普利斯特利开始了大胆的假设：电荷之间的作用力就相当于物体间实际存在的引力，由此便能适当的运用牛顿的相关思想。将牛顿的引力思想适当的移植在电磁学中，虽然并未证明相关的观点，但是为后来的科学研究指明了方向。1785 年，库仑借助于扭秤实验证实了反比定律，这就是库仑定律的诞生。该定律继承了牛顿引力定律的基本形式，同时也将牛顿的超距作用观念加以延续。通过相关的实践证实，引力和电力属于同类力，其呈现出统一性。

2.2 安培定律

1820 年，法国物理学家阿拉果在瑞士了解到奥斯特发现了电流磁效应的这一重磅消息，及时的向法国科学院报告了相关的情况。在安培知晓这一消息，第二天重复进行了奥斯特的相关实验，并对其进行发展。经过科学的验证以及深入的研究，安培为“磁”的本质是电提供了相对可靠的证据。在对电流的相互作用进行合理的研究时，安培也像牛顿一样把电流比作无数个电流元的重要集合，结合着牛顿的牛顿力学理论，将电磁力合理的转化为电流元间的吸引力以及排斥力等，之后运用相对高超的数学技巧，将电流元的相互作用力加以总结，也就是平方反比的作用力形式。此理论将电磁现象合理的纳入至牛顿力学的范畴中，证明了电力、磁力以及引力属于同一种类型的力，体现出明显的统一性[3]。

2.3 电力作用

1893 年，德国的高斯让电力、磁力和万有引力进行了统一，并且统一于一个关系式内，促使电磁学理论和力学模式间的关系更进一步。1846 年，韦伯对电力作用的一般公式加以提及，其重点是建立在安培电动理论基础之上，其也可以视为牛顿力学的范畴。将牛顿的超距作用观作为主要的例子，其涉及到的主要内容就是力的传递无需通过一定的时间，但是结合物理的角度上分析，歧义和矛盾仍然存在，若是力的传递无需时间，将意味着传递的速度会呈现出无限放大的状态。在这一实践中，涉及到的公式属于典型的平方反比作用力的形式。此种类型的公式，因导数并不会逐步的简易，但是积分易求得并且会循环出现，可以随意的安排左列和右列，如果列表计算中出现了被积函数相似的形式，需要及时的终止列表，适当的借助对应的解方程过程求出。在库仑定律以及电力作用、安培定律中涉及到相同的概念，其中包含到的电磁现象得以正确的解释，由于超距作用的存在，让力学中并未充分的体现出来，但是电磁学中的作用十分明显，只有对牛顿力学方法以及力学思想进行详细的了解，才能在具体应用的过程中，真正的认识电磁学实际的内容以及实质的问题。

3 牛顿的力学方法及电磁学理论

经过上文的分析，电磁学中涵盖的库仑定律、电力作用以及安培定律等进行了深入的阐述，同时明确了牛顿力学方法及相关的力学思想，了解其对于电磁学产生的影响。在时代飞速发展的进程中，电磁学的相关理论已经逐步的摆脱了牛顿力学的束缚，在相关的研究实践中，多位科学家继续展开了深入的分析[4]。

3.1 法拉第的观点

牛顿力学方法和电磁学理论间存在着极为密切的联系，但是这种关系的存在，需要经过合理的验证加以判断，在具体判断前，需要结合相关学者的观点进行详细的分析，制定出科学的对策，保证牛顿力学方法和电磁学理论间的联系适时展示出来。法拉第可谓开启来新的征程，在人们对牛顿的力学思想抱有深信不疑的态度时，法拉第却超乎了所有人的想象，其打破了一定的限制和束缚，为正确的解释相关的电磁现象，同时合理的阐述电磁作用力的实际传递情况，受到“粒子邻接作用”的深刻影响，其在关注到某一个物体从一个地方运动至另一个地方时，他还想了解能够拉动它的东西。在这样的认知中，法拉第设想电磁间能够传递出的能量，不管是“拉”还是“推”，其均属于无处不在的个体，其彰显出传递电磁力的实际价值。法拉第将其称作是“场”，其第一观点就对牛顿的超距作用观加以否定，描绘出了全新的物理图像。运用何种方式对其进行描述？法拉第仍然采用了流体力学的手段，将力线以及力管等概念加以提出，正是由于力线和力管的存在，让不同的电荷和磁体等连接起来，其认为力线和力管均存在着现实的物理价值。除了上述提及到的相关力学思想之外，法拉第的另外一种思想便是物理力呈现出统一性，其运用了具体的手段去证实这一观点，证明五种自然力的统一存在。现阶段，诸多的学者致力于此方面的研究工作。法拉第作为一名实验物理学家，虽然提出了全新的概念，但是在一定程度上其体现出定性特征。1854 年，麦克斯韦对法拉第的著作《电学实验研究》进行了阅读，被其阐述的见解深深地吸引。麦克斯韦也就此阐述了自己的认识，其认为：场和力线的模型均是富有价值的存在，其决心使用一般的数学方法将法拉第的相关观念加以表达。

3.2 W.汤姆逊的观点

在对部分学者的观点进行总结的时候，应该清楚地掌握相关的要领，同时结合部分研究学者所提出观点的年份和时间，将其与牛顿力学理论相互结合到一起进行分析，由此才能更好的阐述两者之间的密切关联。1847 年，W.汤姆逊在研究不可压缩流体的过程中，了解到流线连续性的存在，在这样的基础之上，对于电磁现象和流体力学本身的相似性进行了合理的阐述和分析，这种观点的出现直接的影响到麦克斯韦，其受到了深刻的启发，麦克斯韦将静电场进行了比喻，将其视作流体力学的稳定流场，正负电荷被视为流体的源和沟，电力线则属于流管的存在，电场的强度可以视作流速[5]。基于此，适当的引申出新的矢量函数，由此清楚地表述出电磁场这一重要的概念。1862 年，W.汤姆逊发表了《论物理力线》的论文，在这篇文章中，其适当的引入了新的媒质理论，在相关的理论实践中，其将电磁以太的力学模型加以构建起来，使其更好的服务于相关的理论概述。该模型虽然在具体使用的过程中妥善的处理了相关的问题，但是在其观点中，却认为此模型并不是电磁场具体存在的实际反映。后来，其逐步的转向了场的观点。适当的使用相对娴熟的数学技巧，可以让麦克斯韦的方程加以体现出来，确保电磁学更加完善。W.汤姆逊对电磁现象和流体力学间的关系进行了合理的对比，通过相应的实验证实了两者之间的联系，验证了流体力学这一力学方法的存在，将其适当的运用至电磁学中，将反映出的电磁现象和流体力学展开科学的对比。即便牛顿力学中超距作用被否定，但是牛顿力学的思想以及力学方法还是能够直接的影响到电磁学的发展轨迹，在电磁学的研究中出现了问题时，可以通过力学的方法加以解答，针对于多数的物理学家来说，适当的使用类比方式，借助于力学思想和力学方法等基本的要素，研究出电磁现象，属于当前电磁学研究中相对精准的一种方式[6]。牛顿力学方法多种多样，如类比法和分析综合法等，借助于多样化的手段，可以清楚地了解到电磁学的理论，明确电磁学的深刻内涵所在，使得牛顿力学的重要性得以重新的认识。

4 结语

电磁学理论的相关研究工作具体开展的过程中，存在着相对明显的复杂问题，由于电磁学本身涉及到多个方面的内容，想要进一步明确电磁学的基本理论，清楚的掌握电磁学中较为复杂的理论知识，还需通过牛顿的力学思想和力学方法展开分析，由此开展进一步的分析工作，做好科学的规划与合理的安排，确保电磁学的研究进展更加的理想。对于电磁学的发展过程展开实际调查的时候，能够清楚的了解到电磁学的发展轨迹和力学思想息息相关，经过对牛顿力学思想和对电磁学理论的影响进一步分析，能够明确电磁学的基本原理所在，由此清楚的掌握电磁学的具体观点，将其合理的运用至实际的生活实践中。通过本文的概述，了解到当前电磁学理论和牛顿力学理论及方法间的关系，在阐述了相关的认识之后，旨在为类似的研究工作提供有效的借鉴和参考。