五、電與磁之間有無關系？
長久以來，人們壹直認為電和磁是互不相幹的兩個事物；但二者卻有壹定的相似性。不論是電荷還是磁極都是同性相斥，異性相吸，作用力的方向在電荷之間或磁極之間的連接線上，力的大小和它們之間的距離的平方成反比。18世紀末發現電荷能夠流動，這就是電流。但長期沒有發現電和磁之間的聯系。
1777年，庫倫在研究改良航海指南針中的磁針的方法的過程中，做了扭秤實驗，能夠測出靜電力或磁力的大小；這似乎暗示著在電和磁之間存在著密切的區別和聯系。在大量實驗的基礎上，1789年，庫倫歸納了類似於兩個點電荷相互作用的兩個磁極相互作用定律。庫侖豐富了電學與磁學研究的計量方法，將牛頓的力學原理擴展到電學與磁學中；為電磁學的發展、電磁場理論的建立開拓了道路。但庫侖提出電和磁有本質上的區別。
1820年之前，庫倫、安培、托馬斯·楊和畢奧壹開始都認為電和磁是兩個概念，二者沒有任何聯系。可是奧斯特壹直相信電、磁、光、熱等現象相互存在內在的聯系，尤其是富蘭克林曾經發現萊頓瓶放電能使鋼針磁化，更堅定了他的觀點。1820年，丹麥人奧斯特第壹次發現了電流的磁效應，這個實驗開創了把電和磁聯系起來的電磁學，對科學界造成了巨大的振動。
兩周之後法國人安培就提出了磁針轉動方向和電流方向的關系——著名的“右手定則”。1820年畢奧與薩伐爾***同創建了畢奧-薩伐爾定律，這是靜磁學的壹個基本定律，精確地描述載流導線的電流所產生的磁場。二人轉而相信電磁之間有密切聯系，支持奧斯特的觀點。
在奧斯特電流磁效應實驗及其他壹系列實驗的啟發下，安培1821年1月提出“分子電流假說”，認為磁場是由於運動的電流產生的，指出磁現象的本質是電流，從而解開了幾千年的謎團。安培把涉及電流、磁體的各種相互作用歸結為電流之間的相互作用，提出了尋找電流元相互作用規律的基本問題。1822年，安培革命性地提出了磁場對運動電荷的作用力公式“安培定律”，運用高度的數學技巧總結出了載流回路中電流元在電磁場中的運動規律。安培定律是壹個電磁定律，是物理學中壹個非常重要的定律。“電流”這個概念也是安培創造的，毫不客氣地說，安培在電磁學中的作用是巨大的，“電學中的牛頓”是實至名歸的。
1831年法拉第發現電磁感應現象——發現當壹塊磁鐵穿過壹個閉合線路時，線路內就會有電流產生，由此得出法拉第電磁感應定律；並進而得到產生交流電的方法。他的發現奠定了電磁學的基礎，是麥克斯韋的先導。曾任美國科學院院長的約瑟夫·亨利於1830年的獨立研究中發現法拉第電磁感應定律，比法拉第早發現這壹定律，但其並未公開此發現。1875-1876年，曾任美國科學院院長的羅蘭做了帶電旋轉盤的磁效應實驗，第壹次揭示了運動電荷能夠產生磁場。
至此，經過多年的爭議和艱苦實驗，電磁之間有必然聯系的結論被證實了，二者可以相互轉化。奧斯特和安培證實了電會生磁；而法拉第、亨利和羅蘭證實了磁能生電。
六、電磁理論的提出
在電和磁之間的聯系被發現以後，人們認識到電磁力的性質在壹些方面同萬有引力相似，另壹些方面卻又有差別。為此法拉第引進了力線的概念，認為電流產生圍繞著導線的磁力線，電荷向各個方向產生電力線，並在此基礎上產生了電磁場的概念。1831年，法拉第用鐵粉做實驗，形象地證明了磁力線的存在。他指出，這種力線不是幾何的，而是壹種具有物理性質的客觀存在。
韋伯為建立電學單位的絕對測量做出了很多貢獻，1849年左右，他提出了電流強度和電磁力的絕對單位，高斯在韋伯的協助下提出了磁學量的絕對單位。韋伯於1846年至1878年間在電動力學（即電磁學）測量方法方面的研究具有重要的基礎性意義，他發明了許多電磁儀器，用來定量的測量電流強度、磁強度和電功率。
1855-1856年，麥克斯韋在《法拉第力線》文中引入了“電場”、“磁場”的概念；麥克斯韋總結了宏觀電磁現象的規律，並引進位移電流的概念。這個概念的核心思想是：變化著的電場能產生磁場；變化著的磁場也能產生電場。1865年他預言了電磁波的存在。1873年麥克斯韋在其專著《論電和磁》中完成了統壹的電磁理論。
在當時的德國，人們依然固守著牛頓的傳統物理學觀念，法拉第、麥克斯韋的理論對物質世界進行了嶄新的描繪，但是違背了傳統，因此在德國等歐洲中心地帶毫無立足之地，甚而被當成奇談怪論。這種狀況壹直持續到後來赫茲發現了人們懷疑和期待已久的電磁波為止。
1885至1889年間， 赫茲 首先通過實驗全面驗證了麥克斯韋理論的正確性。在實驗室產生了無線電波，證明了無線電輻射具有波的特性，首次證實了電磁波的存在，測量了波長和速度。 赫茲 還通過實驗證實電磁波是橫波，具有與光類似的特性；他指出無線電波的振動性及它的反射和折射的特性，與光波和熱波相同，結果他確鑿無疑地肯定：光和熱都是電磁輻射。
由於電磁場能夠以力作用於帶電粒子，壹個運動中的帶電粒子既受到電場的力，也受到磁場的力，洛倫茲把運動電荷所受到的電磁場的作用力歸結為壹個公式，人們就稱這個力為洛倫茲力。描述電磁場基本規律的麥克斯韋方程組和洛倫茲力就構成了經典電動力學的基礎。
現在人們認識到，電磁場是物質存在的壹種特殊形式。電荷在其周圍產生電場，這個電場又以力作用於其他電荷。磁體和電流在其周圍產生磁場，而這個磁場又以力作用於其他磁體和內部有電流的物體。電磁場也具有能量和動量，是傳遞電磁力的媒介，它彌漫於整個空間。人們認識到麥克斯韋的電磁理論正確地反映了宏觀電磁現象的規律，肯定了光也是壹種電磁波。電學、磁學和光學得到了統壹，實現了物理學的第二次大綜合。
七、電磁波的利用
電磁波的電場(或磁場)隨時間變化，具有周期性。在壹個振蕩周期中傳播的距離叫波長。振蕩周期的倒數，即每秒鐘振動(變化)的次數稱頻率。整個電磁頻譜，包含從電波到宇宙射線的各種波、光、和射線的集合。不同頻率段落分別命名為無線電波(3KHz-3000GHz)、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線(伽馬射線)和宇宙射線，即波長越來越短，頻率越來越高。
電磁波為橫波，可用於探測、定位、通信等；最常用的是頻率最小的無線電波。紅外線用於遙控、熱成像儀、紅外制導、火的溫暖（熱輻射），與熱效應有關的現象都是。可見光是大部分生物用來觀察事物的基礎；紫外線用於醫用消毒、驗證假鈔、測量距離、工程上的探傷等；X射線用於、醫學上人體透視CT照相、工程上的探傷、物理學的測量晶體結構；伽瑪射線用於醫學治療和使原子發生躍遷從而產生新的射線等。
頻率介於3KHz到3000GHz的無線電波是主要用於通信等領域，無線電廣播（常用的收音機）與電視都是利用電磁波來進行的。根據不同的持播特性，不同的使用業務，對整個無線電頻譜進行劃分，***分9段：甚低頻(VLF)、低頻(LF)、中頻(MF)，高頻(HF)、甚高頻(VHF)、特高頻(UHF)、超高頻(SHF)、極高頻(EHF)和至高頻，對應的波段從超長波、長波、中波、短波、米波、分米波、厘米波、毫米波和絲米波(後4種統稱為微波)。
無線電頻譜波段劃分表
超低頻（SLF）波長10000km（10兆米）到1000km，對應頻率範圍是30Hz ~ 300Hz，廣泛地應用於軍民諸多方面。民用主要應用於醫學治療、工程探測、大地物理勘探、地震研究等方面；軍事主要應用於水下兵器的遙控、水下通信等方面。諸多應用中，以潛艇水下通信的應用最為突出，它能夠解決岸上指揮所與海上潛艇進行遠距離、大深度通信的難題。超低頻對潛艇通信系統龐大復雜、技術含量高，世界上只有美國、俄羅斯等幾個發達國家掌握了超低頻對潛通信技術。
超高頻（SHF）波長由10cm到1cm，厘米波對應的頻率範圍是3GHZ~30GHZ，廣泛應用於衛星通訊和廣播，蜂窩電話和頁面調度系統及3G-4G無線範圍。極高頻（EHF）波長由1mm到10mm，毫米波對應的頻率範圍是30~300GHz；主要應用於氣象雷達、空間通信、射電天文、波導通信、5G移動通信系統等方面。這兩個頻率是目前與我們聯系最密切的無線電波段。
1753年2月17日，《蘇格蘭人》雜誌上發表壹篇文章，作者提出了用電流進行通信的大膽設想，這算是電磁通信的壹個啟蒙。其後，壹位不知名的瑞典人、法國查佩兄弟、俄國外交家希林、英國青年庫克以及韋伯和高斯都在電磁電報上作出努力。1793年，法國查佩兄弟倆在巴黎和裏爾之間架設了壹條230千米長的接力方式傳送信息的托架式線路。1833年，韋伯和高斯在哥廷根市上空架設了兩條銅線，構建了第壹臺電磁電報機，實現了哥廷根大學物理研究所到天文臺之間距離約1.5千米的電報通信。
其實在1820年，安培首次提出利用電磁現象傳遞電報訊號。在19世紀末，意大利人古列爾莫·馬可尼和俄國人波波夫同在1895年進行了無線電通信試驗。而在印度，賈格迪什·錢德拉·博斯用無線電波響鈴並引發爆炸。1901年，塞爾維亞裔美國電氣先驅Nikola Tesla表示，他在1893年開發了無線電報。所以關於馬可尼無線電之父的說法很多人會不服氣。也難怪，那個時候信息不發達，在不同地方從事相似實驗也是很正常的；只不過馬可尼更有知識產權意識（最早獲得專利權）、宣傳更到位罷了。1913年4月14日，泰坦尼克號在撞擊冰山時，通訊便利的馬可尼的公司拯救接收了700名幸存者。時至今日，手機、廣播、天氣預報、航空航天等等都離不開無線電通信。
八、後序
同所有的認識過程壹樣，人類對電磁運動形態的認識，也是由特殊到壹般、由現象到本質逐步深入的。人們對電磁現象的認識範圍，是從靜電、靜磁和似穩電流等特殊方面逐步擴大，直到壹般的運動變化的過程。
在電磁學發展的早期，人們認識到帶電體之間以及磁極之間存在作用力，而作為描述這種作用力的壹種手段而引入的“場”的概念，並未普遍地被人們接受為壹種客觀的存在。現在人們已經認識清楚，電磁場是物質存在的壹種形態，它可以和壹切帶電物質相互作用，產生出各種電磁現象。
電磁場本身的運動服從波動的規律，這種以波動形式運動變化的電磁場稱為電磁波。信息時代，電磁場與電磁波的應用無處不在。電磁場理論利用精妙的數學語言來描述客觀的物理定律，通過數學方程的解來揭示場和波的客觀存在。
我們應該感謝所有為電磁波以及相關理論作出貢獻的科學家們—— 吉爾伯特、 富蘭克林、艾皮努斯（1724-1802，德國物理學家，首次嘗試系統地把數學應用到電磁理論上，他的各種實驗導致設計出平行板電容器，發現了礦物電氣石的電學特性，並 探索 了其熱電性）、庫倫、卡文迪許、安培、高斯、伏特、歐姆、畢奧、薩伐爾、奧斯特、法拉第、亨利、焦耳、羅蘭、基爾霍夫、麥克斯韋、亥維賽、洛倫茲、赫茲以及開爾文、馬可尼、特斯拉和波波夫等。他們卓有成效的工作為電磁理論和相關技術的進步作出的巨大貢獻，不斷推動著人類 社會 的進步和發展。