麦克斯韦电磁理论支配着所有宏观电磁现象，包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等。并在这个理论框架内统一了光学。这是继牛顿之后物理学的最大成就在爱因斯坦和量子力学出现之前。
但是这个理论，即使在麦克斯韦死，还能实验无法证明，它可以不被广泛认可。当时，最有影响的理论是韦伯和诺依曼电磁理论。因为两者都位于欧洲大陆，所以这个理论也被称为大陆电动力学。当然，他们的理论还没有被实验证明。
麦克斯韦的理论是建立在法拉第场的基础上的，与其他所有学派完全不同电磁现象的解释。麦克斯韦电磁场太复杂，初始表现形式太复杂。甚至在英国，麦克斯韦理论并没有得到太多的关注，大多数物理学家都对这个理论感到困惑。
也有少数人愿意相信麦克斯韦的一切。其中，除了简化麦克斯韦的英国人赫维方程，有爱尔兰的乔治菲茨杰拉德，英国的奥利弗洛奇。这三个人和麦克斯韦有一个共同的特点，就是都来自英伦三岛。
自从麦克斯韦在1873年发表了《电磁学通论》，菲茨杰拉德和洛奇就成了这个理论的忠实支持者。1878年，在都柏林会面后，他们决定合作验证麦克斯韦电磁学理论从理论和实验两个方面[40]。他们经常相互交流的发现，并与赫维西建立了联系。
菲茨杰拉德认为，在闭合电路中对电容器放电会引起快速电流振荡，可产生厘米或米波长的电磁波。他甚至精确地计算出了这种方法可以产生的波长。菲茨杰拉德进行了许多实验。也许他的实验确实产生了电磁波，但他没有。找不到合适的电磁波探测方法。
动手能力更强的洛基差点成为发现电磁波的第一人。1987年，洛奇受邀对避雷针进行优化。当时避雷针是用电阻极低的铜棒直接接地的。但是很多事实发现，这种方式在很多情况下并没有达到很好的防雷效果。很多情况下，雷电并不经过铜杆的指定路径，而是经过其他电阻更高的线路。
洛奇假设闪电不是由连续的直流电组成的，而是由变换的电流组成的。经过大量用莱顿瓶模拟雷电的实验，他认为电阻低的铜棒在周期性变化的电流作用下，感性阻抗大，所以整体阻抗不是最低的。这一发现极大地优化了避雷针的设计。
今天的避雷针一般由两部分组成，一部分是外壳，一部分是中心接地棒。外壳与中心接地棒之间有几毫米的距离，形成耦合电容。当雷电击中避雷针时，直流部分通过外壳接地放电，交流部分通过耦合电容接地放电，雷电流立即泄入地下。
1888年，洛奇进行了一系列实验，其中一项几乎改写了电磁学的历史。洛奇在避雷针优化的实验中使用了两个莱顿瓶，并在它们上方放置了一对火花隙。莱顿瓶放电时，火花间隙会出现光弧，洛奇用这种方法模拟闪电。在一次实验中，Rocky用两根29米长的导线连接莱顿瓶，在两根导线之间放置了几个火花隙B1、B2和B3，如图120所示。
图121洛基电磁波实验
莱顿瓶放电时，火花隙A中会出现一个光弧，然后洛基惊讶地发现B1、B2和B3也有对应的光弧，而末端的B3光弧最长。洛奇知道这是因为激波在间隙A产生的激波沿导线传播，在末端B3反射，这里入射波和反射波同相，产生的电压是A点的两倍.
此外，洛奇还证明了沿导线存在驻波。在一个黑暗的房间里，他观察到电线上有可见的辉光。1888年夏天，他还进行了一系列实验，直到他认为自己已经发射并接收到了24年前麦克斯韦预言的电磁波。
然后洛奇去了阿尔卑斯山度假，他准备回来的时候报告这个惊人的结果。然而，他在火车上偶然发现了1888年7月《物理年鉴》中一篇名为《空气中的电动波及其反射》的文章，署名是当时还不出名的德国研究者海因里希赫兹。
赫兹有一位非常著名的老师赫尔曼赫尔姆霍茨。亥姆霍兹是能量守恒定律的创始人之一，也是一个能理解麦克斯韦当时的电磁学理论。当时以韦伯和诺依曼为代表的大陆电动力学比较主流。
然而，亥姆霍兹发现，大陆电动力学的一个核心思想韦伯力，没有遵守他创造的能量守恒定律；后来的一些实验证明，诺伊曼的势理论也有一些问题。此时的他已经没有更好的选择，眼前只剩下不被看好的麦克斯韦。
亥姆霍兹，以他自己的方式，重新描述和推广麦克斯韦理论，并留下了至关重要的一步，这是由实验所验证的。在1879年冬天，根据亥姆霍兹在美国的倡议下，德国柏林科学院颁发了科学竞赛奖，寻求麦克斯韦电磁场理论。
亥姆霍兹鼓励他的学生赫兹从事这个实验。1886年至1888年间，赫兹验证了麦克斯韦通过一系列的实验来验证我们的理论。这个实验就是著名的赫兹实验。赫兹实验中使用的电磁波发射和接收装置如图122所示。
图122 Hz实验用电磁波发射和接收装置
在这个实验之前，赫兹首先观察到电磁作用在导线中的传播，通过大量的实验验证了位移电流的存在，然后观察到线波以有限的速度。在1887年11月和1888年1月，赫兹发表了两篇文章《论绝缘体中电扰动产生的电磁效应》和《论电磁作用传播的有限速度》来说明两个发现[42]。
赫兹此时几乎已经发现了电磁波，他准备进一步验证电磁效应在空气中的传播。这是赫兹最重要的阶段这也是他最困难的时刻发现电磁波。
在验证位移电流和丝波的过程中，赫兹已经非常擅长如何调节电容和电感，控制火花隙S处产生的光弧[42]。这个装置是图122的左半部分，相当于电磁波发生器。
在实验中，赫兹用两根铜棒连接感应线圈的两端。当感应线圈中的电流突然中断时，感应产生的高压会使火花隙S产生火花，然后电荷通过火花隙在锌板C之间振荡。根据麦克斯韦理论，这个火花会产生电磁波。
在赫兹实验中，最困难的是如何设计接收器，也就是探测器，来发现在空气中传播的电磁波。检波器是无线电接收系统中最重要的环节，其主要功能是从无线电信号中获取有用的信息。
受时代限制，赫兹只能设计出非常简单的探测器。他把一小段电线弯成一个圆圈，在电线两端留下一个小火花隙。如果电磁波能从空气中传播到这个小线圈，就会产生感应电压，在火花隙m处产生电弧。
这个实验极其困难。赫兹发射器确实可以产生电磁波，但是这个实验中的探测器太简单了。赫兹花了很多时间来调整发射机和探测器，具体的工作就是钻孔、缠绕线圈、调整电容和火花隙之间的距离、调整探测器的位置等一系列琐碎的工作。直到有一天，赫兹在一个黑暗的实验室里发现了火花隙M里的火花。
1888年3月，赫兹与亥姆霍兹分享了这一结果，同月31日，他将文章《空气中的电动波及其反射》复制到《物理年鉴》。这是人类历史上第一次在空气中观测到电磁波。
电磁波在空气中的传播速度由赫兹实验数据计算得出。虽然这个传播速度和光速有很大误差，但至少在一个数量级。
洛奇，一个英国人，错过了这个伟大的荣誉，但他没有我没有注意到他被赫兹抢劫的事实。相反，他被赫兹的完整性所鼓舞。s实验。菲茨杰拉德和赫维，另外两位来自英伦三岛的科学家，也对赫兹实验感兴趣。从那以后，四个人有了频繁的交流，这增加了赫兹关于电磁波的知识。
1888年12月，赫兹发表了《论电磁辐射》 [42]，论述了电磁波的偏振、反射和折射的研究方法，并提供了实验结果。在这篇文章的最后，赫兹非常自信地认为电磁波具有和光一样的属性。这些属性可以从光学和电磁学的角度推导出来。
在这一点上，麦克斯韦对光波和电磁波相同性的理论推导获得了充分的实验依据。在赫兹实验，只有时间能阻止无线通信的出现。在科学家、企业家、工程师和无数普通人的共同努力下，这个时间被无限缩短。
不同的人，带着不同的目的，驶入这片由法拉第、麦克斯韦、赫兹开辟的蓝海。这片蓝海所蕴含的巨大能量扭曲了这段历史，以至于很多参与者只能拥有背后的荣誉。
hfy
标签：实验赫兹麦克斯韦