磁學的應用起源與春秋戰(zhàn)國，隨著近代電學的發(fā)展，促成了電磁學的理論和應用的快速發(fā)展，從近代1831年法拉第感應定律，到1865年麥克斯韋方程組的提煉，再加以1907年的外斯假說奠定了現代電磁學的理論基礎。最后到1996年歐盟強制推行電磁兼容法規(guī)和2001年中國的推進，電磁兼容技術越來越受到相關各行各業(yè)的重視，電磁兼容性能成為儀表的關鍵性技術指標。
1、概述
戰(zhàn)國時期，指南針作為中國古代四大發(fā)明之一，是中國古代勞動人民在長期的實踐中對物體磁性認識的結果。它的發(fā)明對人類的科學技術和文明的發(fā)展，起了無可估量的作用。
早期，由于磁現象曾被認為是與電現象獨立無關的，同時也由于磁學本身的發(fā)展和應用，如近代磁性材料和磁學技術的發(fā)展，新的磁效應和磁現象的發(fā)現和應用等等，使得磁學的內容不斷擴大，所以磁學在實際上也就作為一門和電學相平行的學科來研究了。
電磁學從原來互相獨立的兩門科學(電學、磁學)發(fā)展成為物理學中一個完整的分支學科，主要是基于兩個重要的實驗發(fā)現，即電流的磁效應和變化的磁場的電效應。這兩個實驗現象，加上1865年麥克斯韋提出的電磁方程組，奠定了電磁學的整個理論體系，發(fā)展了對現代文明起重大影響的電工和電子技術。1907年，皮埃爾·外斯的外斯假設中奠定了鐵磁性理論，被譽為“現代磁學之父”，闡述主要磁材料的3種元素(鐵Fe、鈷Co、鎳Ni)、過渡元素以及稀有金屬的特性。
2、最早的磁應用
①指南針又稱司南
指南針是中國古代勞動人民在長期的實踐中對物體磁性認識的結果。作為中國古代四大發(fā)明之一，它的發(fā)明對人類的科學技術和文明的發(fā)展，起了無可估量的作用。在中國古代，指南針起先應用于祭祀、禮儀、軍事和占卜與看風水時確定方位。指南針又稱司南，主要組成部分是一根裝在軸上的磁針，磁針在天然地磁場的作用下可以自由轉動并保持在磁子午線的切線方向上，磁針的北極指向地理的北極，利用這一性能可以辨別方向。常用于航海、大地測量、旅行及軍事等方面。
記載司南的最早的文獻是《鬼谷子》，其中寫道：“鄭人之取玉也，必載司南之車，為其不惑也。”(謀篇)從《鬼谷子》中的記載可以看出，鄭人去“取玉”，必須要帶上司南，就是為了避免方向的迷失。
11世紀末或12世紀初，中國船舶開始使用指南針導航。北宋《萍州可談》：“舟師(掌舵者)識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針”。指南針應用在航海上，是全天候的導航工具，彌補了天文導航、地文導航之不足，開創(chuàng)了航海史的新紀元。
②羅盤的發(fā)明與西傳
羅盤由阿拉伯人傳入歐洲，為后來歐洲航海家的航?；顒觿?chuàng)造了條件。
磁針問世后，先后用于堪輿和航海。為了使用方便，讀數容易，加上磁偏角的發(fā)現，對指南針的使用技巧提出了更高的要求，方家首先將磁針與分度盤相配合，創(chuàng)制了新一代指南針--羅盤。不過有些場合，碗中的水浮磁針仍在使用，故沈括《夢溪筆談》卷二十四稱"水浮多蕩搖"。江蘇、河北和遼寧旅大曾出土元代的不帶刻度的指南針專用針碗。當航船還在使用浮針加針碗時，堪輿羅盤卻遠遠地跑到了前面。
羅盤古稱“地螺”、“地羅”。南宋曾三聘的《因話錄》(作于公元1200年前后)"子午針"條說:"地螺，或有子午正針，或用子壬丙午間縫針。"曾三聘是江西臨江俯峽江(今江西西清江)人。離峽江不遠的江西臨川，于1985年出土了世界上最早的堪輿旱羅盤模型，正可與《因話錄》的記載相互印證。1985年5月，江西臨川南宋朱濟南墓(葬于1198年)出土了座底墨書“張仙人”的瓷傭一式兩件。風水先生“張仙人”傭 ，左手抱一羅盤。值得注意的是，該羅盤的磁針與水羅盤的磁針根本不同，中部增大呈菱形，菱形中央有一明顯圓孔，明確現象地表示這是一種用軸支承的旱羅盤。
中國的磁針和羅盤先后經由陸水兩路西傳，曾給人類的文明的進程帶來重大的影響。以前史學界認為磁針在水中的水羅盤與指南針一脈相承，是中國的發(fā)明，但旱羅盤是歐洲所發(fā)明，16世紀才經由日本船傳入中國。而今臨川羅盤證明：旱羅盤的發(fā)明權也屬于中國。
③磁化技術和磁偏現象的記述
北宋時磁化技術取得了突破，這些技術加速了磁性指向器的普及，并且導致指向器形制新的演變。指南魚的磁性是很弱的，作為一種“天然的”缺陷，圓形的魚首也使它的指向精度受到限制。雖然這種簡易的磁化技術使指南魚的制作容易了許多，但它的形狀造成與勺形司南有類似的缺陷。
同樣，具有實用性的磁化技術，與曾公亮同時代的沈括在《夢溪筆談》中也有記載。他寫道：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也”(卷24)。這種形制易流行、且簡單，磁化效果也相當好，特別是，它對指向器形制的改進產生了另一個突破--針狀。用針指向，它的指向精度可以得到極大的提高。這樣，司南就衍變成了指南針，而且這種指南針也更容易普及了。無疑，這是磁性指向器形制的最重要的改進。
由于指針指向精度得以提高，人們在使用指南針時很快就注意到，它所指的方向有時并非正南，這就是磁偏現象--“然常微偏東，不全南也”。
3、近代電磁的發(fā)展簡介
眾所周知，“電生磁、磁生電”。通?！半妼W”的發(fā)展史為人熟知，伏特、安培、瓦特、和歐姆等科學家在初中物理里就有介紹。而對“磁學”發(fā)展史的了解對于目前各行各業(yè)面臨的電磁兼容問題十分重要。
“磁學”發(fā)展史又可以分為“近代”和“現代”磁學發(fā)展史?！敖贝艑W主要以法拉第、麥克斯韋和洛倫茲為代表，奠定了電磁現象、電磁場和電磁波的基礎理論；而“現代”磁學主要以皮埃爾.外斯為代表，確定了主要基礎磁材的磁特性、磁疇等基礎理論，為磁材的快速發(fā)展奠定了基礎。
①電磁感應定律—1831年
法拉第定律最初是一條基于觀察的實驗定律。后來被正式化，其偏導數的限制版本，跟其他的電磁學定律一塊被列麥克斯韋方程組的現代赫維賽德版本。
法拉第電磁感應定律是基于法拉第于1831年所作的實驗。這個效應被約瑟·亨利于大約同時發(fā)現，但法拉第的發(fā)表時間較早。
俄國物理學家海因里希·楞次(H.F.E.Lenz，1804-1865)在概括了大量實驗事實的基礎上，總結出一條判斷感應電流方向的規(guī)律，稱為楞次定律(Lenz law)。
電磁感應現象是電磁學中最重大的發(fā)現之一，它顯示了電、磁現象之間的相互聯系和轉化，對其本質的深入研究所揭示的電、磁場之間的聯系，對麥克斯韋電磁場理論的建立具有重大意義。
②Maxwell方程組—1865年
麥克斯韋方程組(Maxwell's equations)是英國物理學家詹姆斯·麥克斯韋在19世紀建立的一組偏微分方程，描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間的關系。它含有的四個方程分別為：電荷是如何產生電場的高斯定理；論述了磁單極子的不存在的高斯磁定律；電流和變化的電場是怎樣產生磁場的麥克斯韋-安培定律，以及變化的磁場是如何產生電場的法拉第電磁感應定律。從麥克斯韋方程組，可以推論出光波是電磁波。麥克斯韋方程組和洛倫茲力方程共同形成了經典電磁學的完整組合。1865年，麥克斯韋建立了最初形式的方程，是由20個等式和20個變量組成。
它由四個方程組成：描述電荷如何產生電場的高斯定律、論述磁單極子不存在的高斯磁定律、描述電流和時變電場怎樣產生磁場的麥克斯韋-安培定律、描述時變磁場如何產生電場的法拉第感應定律。
從麥克斯韋方程組，可以推論出光波是電磁波。麥克斯韋方程組和洛倫茲力方程是經典電磁學的基礎方程。從這些基礎方程的相關理論，發(fā)展出現代的電力科技與電子科技。
1888年，赫茲根據電容器放電的振蕩性質，設計制作了電磁波源和電磁波檢測器，通過實驗檢測到電磁波，測定了電磁波的波速，并觀察到電磁波與光波一樣，具有偏振性質，能夠反射、折射和聚焦。從此麥克斯韋的理論逐漸為人們所接受。
1896年洛倫茲提出的電子論，將麥克斯韋方程組應用到微觀領域，并把物質的電磁性質歸結為原子中電子的效應。這樣不僅可以解釋物質的極化、磁化、導電等現象以及物質對光的吸收、散射和色散現象，而且還成功地說明了關于光譜在磁場中分裂的正常塞曼效應。此外，洛倫茲還根據電子論導出了關于運動介質中的光速公式，把麥克斯韋理論向前推進了一步。
在法拉第、麥克斯韋和洛倫茲的理論體系中，假定了有一種特殊媒質“以太”存在，它是電磁波的荷載者，只有在以太參照系中，真空中光速才嚴格地與方向無關，麥克斯韋方程組和洛倫茲力公式也只在以太參照系中才嚴格成立。這意味著電磁規(guī)律不符合相對性原理。
4、現代電磁發(fā)展史簡介
現代電磁學的發(fā)展離不開皮埃爾.外斯(1865-1940)，法國物理學家。他創(chuàng)建了幾乎整個鐵磁性理論，他的理論還被應用到亞鐵磁性理論中，因此被譽為“現代磁學之父”。他幾乎全部的工作都是在斯特拉斯堡大學完成的。
①外斯假設-磁疇—1907年
外斯假設提出外斯分子場理論：(1)分子場引起的自發(fā)磁化假設；(2)磁疇假設。
介紹三種主要的導磁材料：鐵、鈷和鎳，同時提出順磁和反亞鐵磁性，找出錳、過渡元素和稀土金屬釓—Gd，以及相關的化合物如Fe-Si，Fe-Ni，Fe-Co，AlNiCo，CrO2，EuO，GdCl3等。這也為目前常用的各種磁材，屏蔽材料提供重要依據。
②EMC法規(guī)強制推行
隨著電氣電子技術的發(fā)展，家用電器產品日益普及和電子化，廣播電視、郵電通訊和計算機網絡的日益發(fā)達，電磁環(huán)境日益復雜和惡化，使得電氣電子產品的電磁兼容性(EMC電磁干擾EMI與電磁抗EMS)問題也受到各國政府和生產企業(yè)的日益重視。電子、電器產品的電磁兼容性(EMC)是一項非常重要的質量指標，它不僅關系到產品本身的工作可靠性和使用安全性，而且還可能影響到其他設備和系統的正常工作，關系到電磁環(huán)境的保護問題。
EMC(電磁兼容性)的全稱是Electro Magnetic Compatibility， 其定義為“設備和系統在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力”該定義包含兩個方面的意思，首先，該設備應能在一定的電磁環(huán)境下正常工作， 即該設備應具備一定的電磁抗擾度(EMS)；其次，該設備自身產生的電磁騷擾不能對其他電子產品產生過大的影響，即電磁騷擾(EMI)。
為了規(guī)范電子產品的電磁兼容性，所有的發(fā)達國家和部分發(fā)展中國家都制定了電磁兼容標準。電磁兼容標準是使產品在實際電磁環(huán)境中能夠正常工作的基本要求。之所以稱為基本要求，也就是說，產品即使?jié)M足了電磁兼容標準，在實際使用中也可能會發(fā)生干擾問題。大部分國家的標準都是基于國際電工委員會(IEC)所制定的標準。
歐共體政府規(guī)定，從1996年1月1起，所有電氣電子產品必須通過EMC認證，加貼CE標志后才能在歐共體市場上銷售。此舉在世界上引起廣泛影響，各國政府紛紛采取措施，對電氣電子產品的RMC性能實行強制性管理。國際上比較有影響的，例如歐盟89/336/EEC指令(即EMC指令)、美國聯邦法典CFR 47/FCC Rules等都對電磁兼容認證提出了明確的要求。
目前，中國電子產品需要符合CCC認證，其中家用電器產品 EMC認證采用的EMC標準有以下三份：
GB 4343-1995《家用和類似用途電動、電熱器具，電動工具以及類似電器無線電干擾特性測量方法和允許值》 該標準己于 1995年8月25日發(fā)布，1996年12月1日起實施。
GB4343.2-1999《電磁兼容家用電器、電動工具以及類似器具的要求 第二部分 抗擾度》 該標準己于1999年3月23日發(fā)布， 2000年4月1日起實施。
GB 17625.1-1998《低壓電氣及電子設備發(fā)出的諧波電流限值(設備每相電流￡16A的設備)》 該標準己于1998年12月14日發(fā)布， 1999年12月1日起實施。目前該標準屬于鼓勵采用，如不合格將不作為認證整體判斷之依據。
作者：黃敏超
