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電磁學之父-James Clerk Maxwell
‧生平
James Clerk Maxwell(馬克士威)di一八三一年六月十三日出生di英國愛丁堡(Edinburgh University),伊細漢e時陣dor聰慧非凡。伊十六歲便進入愛丁堡大學,三冬後轉到劍橋大學(University of Cambridge),一八五四年以優異e成績ui三一學院(Trinity College)數學系畢業。數學長才加上敏銳e物理直覺,ho伊無外久成為一位卓越e物理學家。自一八六0至六五年,馬克士威擔任倫敦國王學院e自然哲學gah天文學教授。其後,伊di一八七一年受聘為劍橋大學物理學教授,並負責籌建該校第一所物理實驗室─卡文迪西實驗室(Cavendish Laboratory),ma di七四年開始擔任第一任主任。可惜天嫉英才,馬克士威di 48歲e時,di劍橋過身去。

‧馬克士威e貢獻
身為物理學家,馬克士威上重要e貢獻,是伊所提出e一組電磁學方程組「馬克士威方程組」。伊ui四個偏微分方程式組成(ma edang轉換成積分方程式),每一個方程式對應一個重要e電磁學定律,mgor各定律攏m是伊所發現。當然,除了ga四個定律kng做伙,並寫成形式統一e數學式,馬克士威gorh做了一gua重要e發現,像是di一八五九年,伊di分子運動論中引進機率e觀點,導出氣體分子e速度分布定律,ma dor是有名e「馬克士威速度分佈」,ga分子運動論邁向統計力學e一個重要里程碑。愛因斯坦(Einstein,Albert 1879-1955),di紀念馬克士威過身e紀念會上講過一段話; 「di馬克士威之前,大家認為:ui表現出來e自然過程來講,物理實體是物質微粒組成e,yin e行為gah運動ma edang 用微分方程式來描述。di馬克士威之後,咱dor進入連續場e世界,雖然zit e場vah edang ui微分方程式來描述,mgor vedang ui力學e角度解釋。這是一個對物理實體概念e重大改變,是物理學上ui牛頓(Sir Isaac Newton,1643-1727)以來所經歷e最深刻ma是最具成效e變革.....」
下面veh介紹e是幾個伊重要e發現。

‧ 熱學  
  熱學di zit個所在是熱力學、分子運動論、統計力學e泛稱,三者所研究e攏是gah溫度有關e物理現象。ui歷史e發展edang了解,zit三門熱學支系各有千秋mgor ma edang相輔相成。代先出現e是巨觀e熱力學,gorh來是微觀e分子運動論,di zit兩個理論e充分互動下,最後終於導致統計力學e誕生。所以di zit e環環相扣e長久發展之中,馬克士威曾經對分子運動論作出偉大e貢獻。

‧馬克士威e四大定律
馬克士威以「場」來取代假設e「力線」。利用電場gah磁場作為基本物理量,然後開始整理當時e電磁理論,以數學式精煉出四個定律,分別是電e高斯定律、磁e高斯定律、法拉第定律,gorh有經過伊修正過e安培定律。原則上,宇宙間任何e電磁現象,攏是zit四個定律所涵蓋,ma是構成電磁學e核心理論。zit組方程式攏稱為是馬克士威方程式,下面是zit個方程式e介紹:

(一) 電e高斯定律:大數學家高斯(Gauss,1777~1855)所導出e方程式,描述電荷gah周圍電場之間e關係。zit個定律e前身dor是有名e庫侖定律,描述兩個帶電質點之間e作用力。庫侖定律等於是電學中e牛頓重力定律,甚至連公式ma 差不多。
(二) 磁e高斯定律:zit個方程式指出單獨e磁極是無可能存在,ma dor 是磁南極gah磁北極一定攏是成對出現。
(三) 法拉第定律:zit個方程式描述e是變動e磁場veh如何產生電場──zit個現象是法拉第最偉大e物理發現。
(四) 安培定律修正版:安培定律原本是描述電流veh按怎產生磁場,mgor馬克士威發現變動e電場ma edang產生磁場。因此zit個方程式所描述e是磁場vah按怎ui電流gah變動e電場共同產生。

‧發明四大定律了後對後世e影響
馬克士威ui一八五五年開始研究電磁學,發表上述方程組則是一八六四年e代誌。di提出這組e方程組了後,伊進一步di zit gui個數學式中發現新e物理現象,結果竟然以紙gah筆推算出電磁波e存在,甚至連波速攏ga算出來。巧合e是,di zit個理論中e波速竟然gah當時已經知道e光速非常接近,因此伊做出一個大膽e假設:電磁波是真正存在e物理實體,而可見光是電磁波e一個特例。後來,赫茲(H.R. Hertz,1857-1894)di一八八七年ka di實驗室中製造並測得電磁波,進而量到電磁波e波長與波速。di赫茲宣布實驗結果liau後,義大利工程師馬可尼(G. Marconi,1874-1937 )gah俄國e波波夫(A.S. Popov,1859-1906)ma di一八九五年分別實現遠距離無線電傳播。進入二十世紀後,電磁波e每一個波段(包括無線長波、無線短波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線)攏找著實用價值,成為人類ve-dang 欠缺e生活用品。

‧後紀gah我e感想
馬克士威是一e天才,伊di電學大師法拉第發表偉大e發現"電磁感應"hit冬出世。dor di伊過身去e hit冬,另外一位天才愛因斯坦出世。由於馬克士威四大定律e發現,創造liau之後電磁波e使用,ma ho咱edang過著zit款便利e生活,同時zit個理論ma edang堪稱是近代物理最重大e發現。像zit款e科學家,我足希望講edang di咱臺灣ma edang出現zit種人才,edang造福gorh ka濟e人民,ho zit社會更加繁榮,進步。這m是無可能,總有一工咱dor edang因為伊感覺榮耀。

電 機 07 翁 梓 洋
簡介:
我目前是清華大學電機系二年級e學生
是ui台南來新竹zit個所在求學e
求學e過程gorh算做是足平順
ma希望我edang完成未來e目標

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發電機e創造者- - Faraday [法拉第] e故事
  . 出身艱苦、天生愛讀冊
Michael Faraday(1791~1867)是全世界第一部發電機e發明者,伊為人類開啟了一個現代化e生活方式,不止是因為伊是電學之父,或者是物理、化學e高手,ma是因為伊e天賦gah精彩e一生以及誠意、正直e人品,為人類照著光gah發揚著力。
Farady出世di英國London[倫敦]城外eNewington,一個鐵匠e散赤家庭,mgor伊平凡e父母善良、勤儉又gorh守本份,並無ho當時e階級觀念束縛著leh,Farady起初自學e意志gah日後晉身di科學e舞台,伊e成功,是才華、認真、機緣、眼界、探索、實踐、嚴僅、發明、理想gah人格等等e高貴綜合體。
伊十三歲dor失學去冊店做學徒,專門deh做裝訂冊eqin-a工。Kangkue完工有閒e時,dor利用時間di店裡讀各種e書本,若是裝釘好e冊本iau kng di店內,伊dor趕緊把握時間專心自修,冊店e老闆ma真疼惜zit位心思單純、骨力、求上進e少年人,七冬e師仔工形塑著伊一生成就e階梯。
伊是一個標準e冊蟲,對各種方面e冊伊攏甲意,比如藝術、科技、植物、動物、礦物等,尤其科學方面e資料是上吸引伊,其中大英百科全書gah Jane Haldimand Marcet [瑪西夫人]e《化學對話錄》(Conversation on Chemisy)對伊e影響上大,這ma奠基了Farady一世人e科學基礎e想望。1812年是Farady一生e轉變點,伊去聽了當年已經名聲tang天下di皇家科學院(Royal Institution)e化學家--Sir Humphry Davy[德維爵士1778-1829)e四gai「自然哲學」e演講,dor做一份完整gorh詳細總共有386頁e筆記,gorh加上插圖整理了後,寄ho當時出名ezit位化學大師,期待di來年有機會入去皇家科學院工作,edang實現著伊做一個科學家e夢想。隔冬Sir Humphry Davy ho伊來做伊e助理實驗員,仝冬伊e頭家cua伊做伙去歐洲大陸考察gah參觀實驗室,ho伊大開眼界,ma熟識著hit時陣e科學界名流,如:法國e物理學家Ampere[安培1775-1836]、化學家Gay-Lussac [蓋.呂薩克1778-1850]。這是一gai相當重要e科學之旅,Farady見識著如何進行科學研究e方法,轉去英國了後,伊dor edang 家己獨立做研究,1816年伊發表伊e第一篇論文。

. 認真拍拚出頭天
一個成功e人,伊e成就m是無付出dor有e,一開始Farady di實驗室ma是愛ui清洗矸仔做起,經過多年e拍拚,真正實現著伊e理想,成為一代偉大科學宗師,ma是皇家科學院e研究員。
伊對科學e貢獻非常大,實驗興趣gah專業研究範圍包括物理學化學,比如有機化學中ebenzene[苯],dor 是伊di 1825年發現著e化合物,這是ui海翁魚油[鯨油]中研發出來e物件,事後,伊di皇家實驗室起造一個小鍊爐,無外久dor煉出了鐵鎳合金,後來又gorh煉出鉑、銀、錫、鈦、銥等多種金屬gah鐵e合金,伊是第一位利用低溫方法ga氯氣gah二氧化硫液化分離e科學家。1833年伊提出電化學定律,奠基著整個電化學e基礎,後來e人為著veh紀念伊對人類e貢獻ga「96500 Coulomb[庫侖]」e電容量稱作「Farad」[法拉]。1831年提出伊一生中上重要e發現--「電磁感應現象」,伊e實驗裝備其實dor是一個變壓器,後來導引伊建造了第一部發電機。另外,有關電解質(electrolyte)、離子(ion)、陽離子(cation)、陰離子(canion)等名詞都是Farady gah一位學問飽e牧師叫William Whewell(1794-1866)逗陣創立e新生名詞。
Farady ma是一個傑出e示範實驗表演者,每冬年尾時e「耶誕講堂」,攏吸引一大群觀眾、學習者來觀賞伊做科學示範,zit個傳統流傳到今仔日。另外伊ma di皇家科學院主持37冬e「拜五暗時討論會」(Friday Evening Discourses),是真受歡迎e科學講座。
Farady無所不止deh涉及知識e寶庫,ma在在處處反映di伊入世e作為內底,一塊臭肉、一種玻璃、一支彎刀、一個modah[馬達] 、一座燈塔、……事事項項若是ho伊du著,伊信手dor ga發揮成做食品化學、玻璃工業、合金製造,大到電e世界、細到伊老年時陣對海上靠岸e照明改善,每一項若伊經手cap著,dor有魔術師hit款奇妙e改創。

.電學之父e創見
Di Farady眾多科學研究當中,上hong人呵咾e是電學。Di電學方面上一粒一e成就是電解定律gah發電機e發明。
電解定律是Farady di 1833到1834年之間e實驗所得著e成果,這是電荷無連續性,上gai早e有力證據。
Farady gorh提出「場」e概念來論講「電場」、「磁場」e現象,1852年伊進一步引用鐵粉來顯示出磁棒四邊e磁力線形狀、場e講法gah力線e模型,這攏是對電力線/電場線、磁力線/感應線e抽象概念做出具體e證明。
有人講科學是ga普通知識做一個系統性e述說,人類雖然有頭腦tang好思考,mgor種種已存在gah咱生活有關係e現象gah事實,咱veh 發覺gah歸納成做一套理論、符碼、定律、定理等等,m是ganna靠直覺dor 具有說服力,科學e創見gah發明其中除了隱含著真、善、美e本質,ma是人類文明史e一部份,Farady本人是創造zit部份歷史e要角。
一百外冬前,前全世界攏iau無發電機、無電火,ma無modah,「電」e概念ganna是一個名詞nia-nia,或者只是科學家yin di實驗室e一種cittor物nia-nia。為什麼只是hong認是cittor物呢?因為di一般人看起來,科學人yin攏是有淡薄仔神經質,長年短月關di臭味歹鼻e實驗室內底,sng弄桌頂e試管、鐵片、金屬線gah taigore矸仔、罐仔、甌仔,閣加減有扮演做上帝e操弄角色e怪胎色彩。雖講科學家知影「電」是自然界上迷人e物件,想盡辦法veh掀開伊神祕e面紗,但是di hit當時e人認為「電」gah日常生活一絲仔攏無關連,m免費心、費氣去注意開發,精明e生理人,更加ve去投資zit款無回報e電氣事業。
Mgor一件重大e發明,m是di一目nia-a dor會ui天頂賜ho你,伊是歷經真濟年代、無數e科學家拍拚研發、交換心得、專精神奉獻,一點一滴累積起來e底蒂,到時機成熟e時刻,du著適當e人才出現,zit款kia di世界重要中心點e人一出手dor會改變著全世界。Ui科學發展史上經常有按呢e代誌發生,以「電磁學」e歷史來看,經由美國eFranklin[富蘭克林1706-1790]、德國eGuericke[葛利克1602-1686]、法國e法易、英國e瓦特遜di電磁學上,攏有了不起e疊磚做底貢獻,集大成e大師dor是Farady。
總講一句,英國國寶級科學大師Newton edang解釋蘋果ui樹頂落落(lak6lorh6)地,卻vedang解答電、磁、光、熱e謎題,Farady是開啟zit方面e導領者。1821年9月3日Farady發現、證實「電磁轉動」e事實,這dor是modah 出世e第一工,hit一刻伊天真急促e狂喜趕緊想veh gah牽手分享e心意,是Sarah付出一隻烘臭火焦e火雞去換來e,ma是牽動日後電e世界日常生活歷史性e一刻,若m是gah電相關e發展,家務事對婦女e負擔永遠dor是ho查某人處di勞動雜事e操勞當中。
認真拍拚m是一句口號,背後是苦工、苦心、毅力、巧智e交織付出過程,伊是一種實踐e哲學。就以伊e「電磁感應定律」做例,是先前經過大量e實驗、不計其數e失敗、經過十冬e苦練,dann有伊di 1831年e「電磁感應現象」基礎理論e根據,ui zit個基礎Farady歸納出來五項新發現:變化e電流、變化e磁場、運動e恆定電流、運動e磁場、di磁場中運動e導體。1831年9月23日,伊利用磁鐵gah轉動e線圈產生電流e實驗成功,研究報告一出爐馬上轟動科學武林,經過zia-e 推論,di 20冬後,1851年才gorh得著「電磁感應定律」。後來科學界ui veh記念Faradye貢獻,ga zit工定做「電機工業e出生日」(the birth of the electrical industry)。
Farady 有一個真好e習慣,除了做筆記,dor是伊總會ga伊所做過e實驗過程ga整理起來,《電學實驗研究》dor是一冊重要e紀錄資料,zit本冊收集三千外個條目,詳細記述著伊所做過e實驗ham結論,是一本足珍貴e科學文獻。

  
.名師出高徒弟
人講「無狀元老師、有狀元學生」zit句話對Sir Humphry Davy gah Farady yin zit對師生來講,是半真半假,應該講「有狀元師父、ma有狀元學生」。代誌是按呢生e,當年因為Farady追求做一個科學家之理想e實現,大方自我推薦,得著機會gah Davy共事,Davy是當時知名e科學家,伊發現鈣、鎂、鈉、鉀等15種元素,ho後世人稱做「無機化學之父」,Davy慧眼vat英雄,欣賞gah提拔Farady,憑Faradye才能加上拍拚,伊e光環三不五時ma會ga老導師傷著,經過一寡風風雨雨,伊e師父di老e時年講出一句可愛gorh可敬e話語:「我一生上大e發現,是發現著Farady。」有影,若無Davy,dor無Farady。舉一寡例來講,安全礦燈e製造、天狼石e非金屬成分分析、解開鐵矽、鐵鉑合金e祕密、四氯化碳e合成、各種電學研究,攏是此di引進、指導、互補、超越e綜合成就,二人淵源分ve開。

.樸素平凡中e偉大
Farady一世人e研究成果一大堆,di現今e世界咱e日常生活凡是gah電機、化學、材料、土木工程所研發出來e使用品攏gah伊有相關,mgor zia-e豐富成果大部份攏是di停停續續中完成。因為伊有頭痛gah失憶症e症頭,嚴重e時甚至會ve記得家己dng deh做dor一個實驗。尚且伊e發明、發現定定遭受著抹烏、毀謗。伊di zia-e打擊中,ma會長期保持著歡歡喜喜e心堅強去完成,出名e科學家Joule [焦耳1818~1889]、Maxwell[馬克斯威爾1831~1879]、Kelvin[凱爾文1824~1907]、Edison[愛迪生1847~1931]等人,di任用愛才、教導拓展以及意志人格上攏深受著伊e影響,同時伊ma是一位虔誠e基督徒,伊時常去幫助別人,這是伊出身艱苦體貼別人e一面。
伊e成就並無因為商品生產e經濟利益e引誘來ho伊看重榮華富貴,伊堅持選擇做一個科學家e身份固執di真理e追求、科學e探索,親像逐gai遭受著外界中傷e同時,伊e牽手Sarah dor ga安慰講:「我寧願你親像qin-a 容易ho人傷害、ma無愛看你變作小人隨時防備別人」。
1867年8月25日,Farady坐di椅仔頂,安靜和祥完成伊e一生;撒拉di喪禮儀式讀出Farady上後e遺言:「我e一世人,是用科學來奉待我e上帝」。
咱應該相信,因為Faradye信、望、愛ga人性上好e一面示現ho人類。
下面e問題,咱edang思考:
1. Farady ganna小學畢業niania,為什麼edang進入皇家科學院做實驗gah變作會員?
2. 無受過正規e學院派教育,Farady是用什麼方法學習e?
3. Farady di化學上有什麼貢獻?
4. Farady di電學上有什麼貢獻?
5. 為什麼Farady 是一個冊蟲?一個科學少年具有什麼特色?
深度探討:
6. 請報告Farady 1825~1863年主持「星期五之夜討論會」(Friday Evening Discourses)為什麼這個討論會是全世界上受歡迎e科學教室?yin deh討論什麼?有什麼出名e人士di zia上過課?
7. 為什麼Farady hong稱為「電化學之父」,伊對化學e「電解」有什麼貢獻?用伊命名e[法拉第電解定律]e內容是什麼?
8. 電化學中eFarady constant[法拉第常數]是什麼意思?
9. Farady di物理上e貢獻有什麼?
10. 電容e單位以Farady來命名,伊對電容性質e研究有什麼?
11. 為什麼後來科學界ga 1831年9月23日zit工定做「電機工業e出生日」(the birth of the electrical industry)?
12. Di光學領域上,有Farady Effect[法拉第效應],什麼是Farady Effect?
參考書目:
張文亮,《電學之父—法拉第的故事》,台北市:文經,1999。
 袁玉潔、張春凰共筆
新世代袁玉潔e九怪話:我e姓名是尼可拉斯凱潔,尼可拉斯凱吉是我e尪,我是尼可拉斯凱吉e某。感謝你看我e文章,你能看到我e文章是你e福氣拉!
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舊人類e古意話:當veh gorh校正一gai玉潔e作業e時,發現A4二頁eFarady故事實在看著無夠氣,dor開始cue資料,學生取題目起一個頭,我來收拾結局,自Farady出世206年後,我di讀伊e資料e時dann重新認vat著gah咱日日生活有密切關係e大師,di zia veh用一句話來形容我e寫後感:水是生命e必要,無水 人dor無生命,Farady親像水,水無名酒e虛貴,卻是化做咱e一部份,ho咱ve記得伊e存在。
(20050612)



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