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1820年

奥斯特发现电流磁效应

磁学和电学是自然科学中最早的两个研究领域,从远古时代的电闪雷鸣到近代的富兰克林风筝实验和避雷针的发明,从中国古代认为磁石是“慈爱的石头”而拥抱铁器到近代指南针的发明,电和磁一直是人们好奇且想为己所用的自然现象。可是,电和磁之间是否存在联系呢?19世纪的物理学大亨库仑和安培起初都坚信,电和磁之间风牛马不相及,两者毫无干系。不过丹麦人在课堂上的一个意外,彻底颠覆了人们的呆板认识。

位于哥本哈根的奥斯特雕像Ⓞ

19世纪的丹麦是一个童话的世界,因为这里有世界上最美的童话和最出色的童话作家——安徒生。大街上口口相传的《卖火柴的小姑娘》和枕头边温馨夜话的《丑小鸭》悄悄地在每个人心中种下了一颗童话的种子,其中包括安徒生的挚友——年轻教师奥斯特。如童话中的魔法一样,物理学魔法在奥斯特的实验课堂上发生了。当时奥斯特正在演示电学实验,在电路导线旁边随手放了一个小磁针,电路通断的一瞬间,奥斯特看到了神奇的一刻——小磁针居然在没有任何外界接触的情况下发生了摆动。虽然听众的注意力并不在这个小小的磁针上,但奥斯特自己却激动万分,差点在讲台上摔倒。因为奥斯特在研究库仑的实验结果之后,早已明白静电和静磁之间确实不能发生相互作用,他就猜测运动电荷和磁之间可能存在相互作用,这一次实验现象正如他所料!之后,奥斯特做了一系列实验,确认了闭合回路中的电流能够使磁针发生偏转,而对非磁性物质则没有任何作用。1820年7月21日,奥斯特发表论文《论磁针的电流撞击实验》,一石激起千层浪。许多电学研究者如梦方醒地认识到了电和磁之间的密切联系,无数个实验迅速开展起来。

奥斯特演示电流的磁效应实验Ⓦ

1820年7月,在奥斯特宣布发现电流磁效应的第二天,法国物理学家安培就重复了奥斯特的实验,同时他还做了更进一步的电流和电流之间相互作用的实验。根据实验结果,安培明确指出磁针偏转方向和电流方向关系符合右手定则(安培定则),两条互不接触的平行载流导线之间存在相互作用,并总结出电流相互作用与电流大小、间距、取向的规律。安培根据电流磁效应制作了第一个螺线管磁体,在此基础上发明了测量电流大小的电流计。安培另一重要的科学贡献是他的分子电流假说,他从现象出发解释了自然界物质磁性的物理来源,这一假说为人们最终认识磁的起源提供了方向。这位痴迷物理学的科学家有着许多轶闻趣事,有一次安培沿着塞纳河边走路边思考问题,沿途拣鹅卵石并扔出去玩,然而到了学校之后却发现兜里的怀表变成了鹅卵石,原来怀表被不幸扔进了塞纳河。又有一次,他在逛街途中想起了一个科学问题,于是拿起随身的粉笔就在街头的一块“黑板”上演算起来,没想到“黑板”开始动了并越跑越远,安培却拿着粉笔满大街追起了“黑板”,直到实在追不上了才停下,原来“黑板”是一辆马车的车厢后板。

安培Ⓦ

电磁学作为一门综合学科,正是从奥斯特的发现和安培的实验开始。后人为了纪念他们对物理学的贡献,决定采用“奥斯特”作为磁场强度的单位,符号为Oe,采用“安培”作为电流强度单位,符号为A。

20世纪初教学用的安培计Ⓞ GKqhmouE967fJ7rbNhGTeRfPlunTeJXgj4CsFeOH+KkMxfFcL+kdTQkfR2znufdU

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