請本組的同學將你瞭解的法拉第與馬克士威這兩個科學家的貢獻整理出來,並說明他們對天文學的影響與關係?

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  1. 麥可.法拉第Michael Faraday,1791年9月22日-1867年8月25日,英國物理學家,當時對「物理」的稱呼為「自然哲學」,也精於化學,在電磁學及電化學領域有以下貢獻。
    在電學方面,法拉第研究負載直流電的導體與附近磁場之間的關係,在物理學中建立起磁場這個概念。他發現了電磁感應、抗磁性及電解。另外,他也發現磁場能對光線產生影響,進而發現兩者間的基本關係。另外,法拉第還發明了一種依電磁轉動的裝置,為電動機的前身。
    在化學方面,法拉第發現了不同的化學物質,如苯類。他還發明了一種加熱工具,是本生燈的前身。化學中的氧化數也出自法拉第之手,另外如陽極、陰極、電極及離子等現今電化學中經常使用的專有名詞,也是由法拉第推廣給世人。
    http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E6%B3%95%E6%8B%89%E7%AC%AC&variant=zh-tw

    詹姆斯.克拉克.馬克士威爾(James Clerk Maxwell,又譯馬克斯威爾、馬克斯威,1831年6月13日-1879年11月5日),英國物理學家。古典電動力學的創始人,統計物理學的奠基人之一。
    馬克士威爾的主要貢獻是建立了馬克士威爾方程式組,創立了古典電動力學,並且預言了電磁波的存在,提出了光的電磁說。
    http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E9%A6%AC%E5%85%8B%E5%A3%AB%E5%A8%81&variant=zh-tw

  2. 法拉第於1821年開始研究電流與磁鐵的相互作用,最後終於發現馬達的原理,確立現在製造馬達的基礎。
    1831年由於法拉第持續的研究,對於電磁感應有了重大發現,因而製作出人類第一台的發電機。法拉第放棄任何金錢的報酬,把這一項發明公諸於世,為人類開發了一個永不枯竭的金礦。1833年他提出電解法則,後來的科學家為紀念他在物理學上偉大的貢獻,就以他的姓氏「法拉第」做為計算電容量的單位名稱。1844年發現光在磁場中的偏振現象,稱為「法拉第效應」。他最先提出「光和電波性質相同」的理論。另外,他還有許多的發明:汽量電壓計、碳氫化合物的石油精、光學玻璃、凝膠化學等。

    http://www.bud.org.tw/museum/s_star09.htm
    麥克斯威爾9月1日,發表《氣體分子運動論的例證》論文,首次用統計的方法得出了氣體分子的速率分布定律,後來被稱為麥克斯威爾速率分布律。
    到倫敦擔任國王學校的自然哲學及天文學教授,並以有關土星環的穩定性的論文榮獲劍橋大學的亞當斯獎金。此年麥克斯威爾帶著論文拜訪了年近七旬的法拉第,受到他的鼓勵,又重新開始他中斷五六年的電磁學研究。
    發表第二篇電磁學方面的論文《論物理的線》,此論文中麥克斯威爾由電與磁交互作用的現象,推導出幾個微分方程組,稱為麥克斯威爾方程組,由此建立了電磁作用的理論。
    在他和別人合作發表的《各種電學的量的基本關係》論文中,首先指出電磁單位和靜電單位的比值等於光速。
    發表他第四篇電磁學方面的論文《電磁場動力理論》,他採用了拉格朗日和漢彌爾頓的數學方法,推導出電場和磁場的波動方程式,並得到電磁波的速度即是等於光速。由此其再一次肯定電磁波的存在,並斷言光即是一種電磁波。
    麥克斯威爾發表他第五篇電磁學方面的論文《關於光的電磁理論》。在大病初癒之後,辭去教職到蘇格蘭自己的莊園中修養,使他更專注於建立他的電磁理論。他在電磁理論方面的貢獻,使他成為繼牛頓之後,最偉大的理論物理學家。此後麥克斯威爾開始總結他的電磁學方面的成就,撰寫其最著名的《論電學和磁學》一書。
    http://www.sanmin.com.tw/learning/science/science/scientist/maxwell.asp

  3. 詹姆斯·克拉克·馬克士威爾(James Clerk Maxwell,又譯馬克斯威爾、馬克斯威,1831年6月13日-1879年11月5日),英國物理學家。古典電動力學的創始人,統計物理學的奠基人之一。

    馬克士威爾1831年6月13日生於英國的愛丁堡,1847年~1850年在愛丁堡大學學習。1850年~1854年進入劍橋三一學院攻讀數學。1856年~1860年擔任阿伯丁郡的馬裡查爾學院教授。1860年~1865年在倫敦皇家學院執教,並從事氣體運動理論的研究。1860年成為英國皇家學會會員。1871年任劍橋大學教授,創建並領導了英國第一個專門的物理實驗室卡文迪許實驗室。

    馬克士威爾的主要貢獻是建立了馬克士威爾方程式組,創立了古典電動力學,並且預言了電磁波的存在,提出了光的電磁說。

    http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%A9%B9%E5%A7%86%E6%96%AF%C2%B7%E5%85%8B%E6%8B%89%E5%85%8B%C2%B7%E9%BA%A6%E5%85%8B%E6%96%AF%E9%9F%A6
    由電解溶液中的電力在一段距離外不發生作用的事實,法拉第猜測與靜電作用原理可能相同。超距力作用的理論基礎穩固,最深奧的問題已可由詳細的數學理論說明。有數學訓練的物理學家可能不敢探討此問題,但法拉第覺得應可成功的再討論,他展開一連串實驗,以點原子理論闡明靜電力在一段距離外不直接發生作用,而被轉換成兩點原子間之應變。靜電力線由應變形成,總效應稱靜電場。

    力線成為法拉第後來場論發展之中心。此期他視之為磁鐵四周媒體之應變,但對媒體未作說明。在靜電研究中,應變存在於空氣分子間,或以絕緣體硫黃感應而言,應變則存於硫黃分子間。此即被感應體之帶電總與感應體之帶電量相同而符號相反之因,因它是應變線另一端。

    法拉第的力線觀念具有革命性含義:系統能量存於發射靜電力或生成感應電荷的物體,而存於分子間的應變內。簡言之,能量存於場內,此即場論之首要原理。由於磁力線在真空中可通行,因而產生了難題,多數物理學家認為某種媒體(如以太ether)必傳導這些應變,但法拉第終其一生對此論點皆表示明確看法。

    http://content.edu.tw/junior/phy_chem/ty_lk/std/content/magn/cph12/faraday.htm

  4. 法拉第當時雖已是舉世聞名的科學家,卻是一貧如洗,沒有自己的房子。和其他科學家比較起來,法拉第最偉大的地方,就是他不曉得自己有多偉大。
    這位發明了第一部馬達和發電機的人,同時在電磁、電機、化學、合金、土木工程等方面皆有重大貢獻的科學家,但是一輩子都在貧窮、被誤解、無子、喪失記憶的打擊中,卻活出快樂、堅強,甚至還不斷幫助許許多多的人!
    法拉第在1791年出生於英國,父親是一位鐵匠,健康情形很不好,收入僅夠一家的溫飽。法拉第的父母是以溫善勤儉聞名鄉里,教子有方,從來不因家中貧困而氣餒。他們很想把法拉第送進學校讀書,卻又沒有錢供應這項費用。而且,當時英國的階級地位非常明顯,人們一出生就註定他的社會階級;法拉第的父親是做工的人,所以法拉第也必須去做一名學徒。然而困苦的環境,沒有使法拉第一家人痛苦,反而使他們更緊密。在他們的心中,貧窮是上帝給的祝福,而不是詛咒。
    小學畢業後,法拉第就到雷伯先生的書店學習釘書,成為一名釘書匠。他常常利用客人還沒來拿訂好的書之前,趕快閱讀那本書,有時候裝訂剩的書,他也會留一本下來閱讀。這些書包括了:藝術、科學、礦物、植物、地下水道、橋樑建造、甚至於論愛爾蘭豬的關節炎等,各式各樣奇怪的內容。其中一本以薩華茲博士所著的《悟性的提升》提到的五個讀書方法,對法拉第影響很大,成為他一直奉行的治學方法。
    七年的釘書生涯,使得法拉第研讀了許多關於科學方面的知識,尤其是在電學、化學方面,他常節省零用錢,去買一些廉價的儀器,照著書中的說明去做實驗,沒有一本關於科學的書能逃過他的注意。同時他也到「都市哲學會」聽課。都市哲學會成立的目的,在於提昇社區失學學生的知識水準。這些課程和實驗,完全佔據了法拉第心思,但是現實生活的需要,讓他不得不當一個訂書工人;興趣與現實的衝突,不斷在法拉第的心中掙扎著。
    1810年,英國皇家學會最負盛名的科學家—戴維,做連續四場的演講,當時法拉第也去聽演講,還做了完整的筆記。法拉第在厭倦了他的職業之後,寫了一封信給戴維,內容不外是對戴維的崇敬,以及希望幫他介紹工作,同時他還附上386頁的筆記,做為他專心聽講的證據(這份筆記現在仍保存在皇家學院)。當今最偉大的科學家,怎麼會肯花時間為一個窮苦的釘書匠回信呢?但是戴維卻回信了,而且經由他的介紹,法拉第得以擔任皇家學會的實驗室助手,從此展開他的研究歷程。
    戴維是當時知名的科學家,他發現了鈣、鎂、鈉、鉀等15種元素,被後世稱為「無機化學之父」,戴維晚年時卻說:「我一生最大的發現,是發現了法拉第。」的確,沒有戴維,就沒有法拉第。但是,戴維和他的夫人,對法拉第並不友善,在到歐洲考察科學期間,法拉第被要求隨行侍候,作戴維和他夫人的僕人。這位夫人為了顯示她的高貴和權威,經常蓄意侮辱他,不准他和他們同桌吃飯,法拉第只得逆來順受,委屈求全。
    有一次,有人請戴維發明一種礦工用的安全燈,這是一項艱鉅重要的工作,因為這關係到數千名工人的生命,法拉第立即研究這個問題,並且提供戴維許多聰明的建議。第二年,安全燈就在地層底下亮起光明,這使得戴維不得不對法拉第另眼相看,可是法拉第卻宣稱這種安全燈並非「絕對安全」,愛慕虛榮和名譽的戴維大為惱火,造成二人交惡的開端。
    法拉第也做化學實驗,他相信氣體也可以變為液體。他寫了篇論文給皇家學會,戴維看到那篇文章,並加上一些註解,表示這個論文的實驗有某些部分,他曾經參加過意見。法拉第當然沒有異議,於是這篇論文便在會中宣讀了,但是戴維卻無法容忍,一個釘書匠又是男僕的法拉第,居然會得到那麼大的榮耀,戴維一直認為自己是英國最偉大的科學家,他不願意有人搶了他的風釆。
    因此,當有人提議讓法拉第成為皇家學會會員的時候,戴維便堅決反對。而投票的結果,僅只一票反對,其他人都贊成,於是法拉第順利的成為皇家會會員,使他有更多的機會和參與科學家們研究。
    一百多年前,全世界都還沒有發電機、沒有電橙,也沒有馬達,「電」只不過是一個名詞,然而一件偉大的發明,往往不是在瞬間爆發出來的,而是歷經許多年代,無數的科學家埋頭鑽研、一點一滴累積起來,我們翻開「電磁學」的歷史,美國的富蘭克林、德國的葛利克、法國的法易、英國的瓦特遜在電磁學上,都有不可磨滅的頁獻。當時受到厄斯特與安培在電學上的發現的影響,許多科學家開始從事電磁的實驗,包括戴維、歐勒斯頓等人。法拉第於1821年開始研究電流與磁鐵的相互作用,最後終於發現馬達的原理,確立現在製造馬達的基礎。
    1831年由於法拉第持續的研究,對於電磁感應有了重大發現,因而製作出人類第一台的發電機。法拉第放棄任何金錢的報酬,把這一項發明公諸於世,為人類開發了一個永不枯竭的金礦。1833年他提出電解法則,後來的科學家為紀念他在物理學上偉大的貢獻,就以他的姓氏「法拉第」做為計算電容量的單位名稱。1844年發現光在磁場中的偏振現象,稱為「法拉第效應」。他最先提出「光和電波性質相同」的理論。另外,他還有許多的發明:汽量電壓計、碳氫化合物的石油精、光學玻璃、凝膠化學等。
    法拉第27歲的那一年,遇到一位銀匠的女兒—撒拉,繼而結為夫婦。撒拉可以說是一位十全十美的賢妻,對法拉第一生淡泊,從事科學研究,從不懷疑。在她的腦中,沒有嫉妒、沒有貪心。法拉第拒絕了許多次致富的機會,她都表示贊同,法拉第收入微薄,卻很慷慨,她沒有任何怨言。她曾經說:「雖然科學對他來說,是如此的扣人心弦和興奮,而且時常剝奪了他的睡眠,但是我卻滿足於做他思想的枕頭。」法拉第夫婦終身無子,兩人互相扶持,直到老年時,法拉第都還寫情詩給撒拉。
    法拉第也是一位虔誠的基督徒,經常在倫敦桑地馬尼安教會證道,還2次被選為教會長老。他經常幫助窮苦、生病的人,甚至忘記自己也十分貧窮。有一次演講,會中有維多利亞女皇、皇室成員、教授、學者,法拉第講完後,聽眾報以熱烈掌聲,但是法拉第一直沒有出來致謝,原來他早已從後門溜走,因為他還要去為一位即將彌留的老太太讀聖經,陪他走完人生最後一段路。
    雖然法拉第一生中的研究成果豐富,但是經常是在斷斷續續中完成,因為他患有頭痛和失憶症的毛病,嚴重時甚至忘記自己正在做哪個實驗他在這些打擊中,卻能活出自己的快樂和堅強,還不斷幫助許多人,這種人才是真正值得我們尊敬。1867年8月25日,法拉第坐在椅子上,安靜地走完他的一生;撒拉在喪禮上唸出法拉第最後的遺言:「我的一生,是用科學來侍奉我的上帝」。我們相信,科學和上帝都將因法拉第而彰顯。

  5. 馬克士威最重要的貢獻,即為他所提出由四個偏微分方程式所組成的電磁學方程組「馬克士威方程組」,每個方程式對應一個重要的電磁學定律,奇怪的是各個定律皆非他所發現。在馬克士威著手研究電磁學時,早已有許多物理學家在這個領域取得豐碩的成果。
    當時的電磁學說分成兩大派,其中一派堅信「超距作用」,認為電力或磁力的作用可跨越空間,並不需要任何媒介,以安培為代表;另一派則以法拉第為領袖,認為這兩種力是「接觸作用」,亦即需要力線作為媒介。
    馬克士威繼承法拉第的基本思想,但以「場」來取代假想的「力線」。利用電場與磁場作為基本物理量,著手整理當時的電磁理論,以數學精煉出四個定律:
    (一)電的高斯定律:大數學家高斯最先導出的方程式,描述電荷與周圍電場之間的關係。
    (二)磁的高斯定律:這個方程式指出孤立的磁極絕不存在,即磁南極與磁北極一定總是成對出現。
    (三)法拉第定律:這個方程式描述的是變動的磁場如何產生電場──這個現象是法拉第最偉大的物理發現。
    (四)安培定律修正版:安培定律原本是描述電流如何產生磁場,馬克士威卻發現變動的電場也可以產生磁場。因此這個方程式所描述的,是磁場如何由電流與變動的電場共同產生。
    馬克士威於1955年開始研究電磁學。這十年當中,他所做的都是理論工作,即嘗試利用自己超群的數學天份,將前人的結果寫成正確的數學式。他之所以能夠發現安培定律中的漏洞,也是根據數學中的線索!他用數學導出了「變動的電場可產生磁場」這個結論。但是遺憾的是,在馬克士威有生之年,始終未能見證電磁波存在的客觀證據。
    在赫茲宣布實驗結果後不久,義大利工程師馬可尼與俄國的波波夫同於一八九五年分別實現了遠距離無線電傳播。進入二十世紀後,電磁波的每個波段(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)都找到了實用價值,成為人類不可一日或缺的夥伴。此外,馬克士威亦對分子運動論作出不朽的貢獻。1859年,他首次在分子運動論中引進機率觀點,導出氣體分子的速度分布定律,即著名的「馬克士威速度分佈」,這是由分子運動論邁向統計力學的一個重要里程碑。

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