电磁场是如何被发现的？

人们长期接触电和磁的现象，知道磁棒有北极和南极。18世纪，发现电荷有两种:正电荷和负电荷。电荷和磁极互相排斥，异性相吸。力的方向在电荷或磁极的连线上，力的大小与它们之间距离的平方成反比。在这两点上类似于重力。18年底发现电荷可以流动，这就是电流。但是电和磁之间的联系一直没有被发现。

在19世纪早期，奥斯特发现电流可以偏转一个小磁针。然后安培发现力的方向和电流的方向，以及磁针到通过电流的导线的垂直方向都是互相垂直的。不久之后，法拉第发现，当磁棒插入线圈时，线圈中会产生电流。这些实验表明电和磁之间有密切的关系。电和磁之间的联系被发现后，人们意识到电磁力的本质在某些方面与引力相似，但在另一些方面则不同。为此法拉第引入了电力线的概念，认为电流在导线周围产生磁力线，电荷在各个方向产生电力线，并在此基础上产生了电磁场的概念。

现在人们认识到电磁场是物质的一种特殊形式。电荷在其周围产生一个电场，这个电场带着力作用于其他电荷。磁铁和电流在其周围产生一个磁场，这个磁场作用于其他磁铁和内部有电流的物体。电磁场也有能量和动量，是传递电磁力的介质，电磁力渗透整个空间。

19世纪下半叶，麦克斯韦总结了宏观电磁现象的规律，引入了位移电流的概念。这个概念的核心思想是:改变电场可以产生磁场；改变磁场也能产生电场。在此基础上，他提出了一组表达电磁现象基本规律的偏微分方程。这组方程称为麦克斯韦方程组，是经典电磁学的基本方程。麦克斯韦的电磁理论预言了电磁波的存在，其传播速度等于光速，这一点后来被赫兹的实验所证实。于是人们意识到麦克斯韦的电磁理论正确地反映了宏观电磁现象的规律，肯定了光也是电磁波。因为电磁场可以带力作用于带电粒子，所以一个运动的带电粒子同时受到电场和磁场的作用力。洛伦兹把电磁场对运动电荷的作用力归结为一个公式，人们称之为洛伦兹力。描述电磁场基本规律的麦克斯韦方程组和洛仑兹力构成了经典电动力学的基础。

受奥斯特电流磁效应实验等一系列实验的启发，安培认识到磁现象的本质是电流，并将各种涉及电流和磁体的相互作用归结为电流之间的相互作用，提出了寻找电流元素相互作用规律的基本问题。为了克服孤立电流元件不能直接测量的困难，安培经过周密的理论分析，精心设计了四个示零实验，并得出了结果。但由于安培对电磁作用的超距作用的概念，在理论分析中强加了两个电流元之间的力沿着连线的假设，期望遵守牛顿第三定律，使得结论错误。上面的公式是修改后的结果，抛弃了错误的力是沿着连线的假设。从短程作用的观点应该理解，一个电流元产生磁场，磁场对另一个电流元施加作用力。