奥斯特和电流磁效应发现的前前后后

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奥斯特和电流磁效应发现的前前后后





奥斯特（Hans Christion Oersted，1777．8．14—1851．3．9）是丹麦物理学家，对物理学的主要贡献是发现了电流的磁效应，把电和磁统一起来．

在19世纪前，人们普遍认为电和磁之间是没有什么关联的．但是，当时德国的自然哲学家们，则从另一个角度对电和磁发生了兴趣，即对极化现象感到兴趣，因为这一例子好像表明他们所假定的两个对立极之间的辩证张力或者使杂乱变为有序的力的存在．自然哲学家谢林（F．Schelling，1775─1854）就有这种主张，进而认为宇宙间具有普遍的自然力的统一．谢林的思想对他的挚友奥斯特具有深刻的影响，导致奥斯特去研究电和磁之间的联系．

1803年，奥斯特主张，物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及大家所知道的任何其他现象的零散的汇总，它将把整个宇宙纳在一个体系之中．

1807年，奥斯特宣称正在研究电和磁的关系．因为富兰克林曾在1751年证明，用莱顿瓶中的电可以使磁针磁化或退磁，莱顿瓶只能供给瞬间电流，所以没能继续研究下去．伏打电堆的发明，为连续电流提供了电源，奥斯特才能对此问题继续研究下去．

1812年，奥斯特用德文写成题为“关于化学力和电力的等价性的研究”的论文，次年译成法文在巴黎出版．在论文中，他提出应该检验电是否以其最隐蔽的方式对磁体有所影响．

1818─1819年，据与奥斯特共事过的人回忆，奥斯特一直在寻找这两大自然力（指电力和磁力）之间的联系，为发现这种联系，奥斯特经常苦苦思索并进行各种试验．

1820年4月的一天，奥斯特在去哥本哈根大学讲课的路上，产生了一个念头：如果静电对磁石毫无影响，那么若用一根导线把伏打电池的两极联系起来，让电荷在其中运动，这样会发生什么现象呢？事情是否会有所不同？他带着这些问题走进了教室．教室里坐满了青年学生．奥斯特把自己带去的伏打电堆放在讲台上，然后用一根白金丝把电堆的两极连起来，并将一枚小磁针放在它附近．这时，奇怪的现象出现了：磁针本该指南北的，现在却转动了，并在垂直于导线的方向停下来．听众无动于衷，而演示者却激动万分．课后他继续留在教室里，核对了他刚刚发现的这个不寻常的现象．起初，他想磁针的转动也许因为电流通过导线，导线发热产生空气流引起的．为此，他把一块硬纸放在导线与磁针之间，以阻挡气流，但是实验结果依然如此．然后，奥斯特把伏打电堆转了180度，使导线中的电流朝反向流动，结果磁针的朝向也转了180度．这就表明，磁针的指向与电流在导线中的流动方向有关．接着，奥斯特在磁针和带电导线之间放上各种介质，如玻璃、木板、水、树脂、陶器、石头等等，结果表明，它们之间的作用并不减弱．开始时用白金丝连结电堆的两极，后来又用大电堆，并用粗铜导线连接，先后共做了60多个实验，得到的结果是一样的．这样，奥斯特便把观察所得的结果，如实地写成题为“关于磁体周围电冲突的实验”的论文，送交法国杂志《化学与物理学年鉴》发表．这就是我们通常所讲的1820年7月21日的那篇论文．杂志在刊登时，编者加了一个不平常的说明：“《年鉴》的读者都知道，本刊从不轻易支持宣称有惊人发现的报告（也许因为其中多数都是一些怪人所写的东西），至今我们都因为能坚持这一方针而自豪．但是，至于说到奥斯特先生之文章，则其所得之结果无论显得多么奇特，都有极详细的记录为证，以致无任何怀疑其谬误之余地．”

在论文中，奥斯特自己写道：“我们将在导体中和其周围空间中所发生的这种效应称之为电冲突．看来所有非磁性体都能为这种电冲突透过，但磁性体则抗拒它通过，因此它们就能在冲突力量的推动下运动．……从上述事实，我们还可以推出这种冲突呈现为圆形的，否则就不可能发生这样的情形：将闭合导线的一段放在磁极下面时，磁极被推向东方，而放在磁极上面时，就被推向西方．其原因是，只有圆才具有这样的性质，其相反部分的运动方向相反．”


1820年，奥斯特称之为“电磁学”的新学科诞生了，电转化为磁成为现实，表明电和磁是可以统一的，使“自然力统一的思想”得到了一个例证．其次，电流磁效应的发现，表明作用力是一种旋转力，它和力学中力表现出来的形式是不同的，人们认识到一种新的相互作用形式．第三，这一发现为制造灵敏电流指示器创造了条件，同时，它本身就包含了未来的电力技术应用的内容．

奥斯特的发现一经传播，到处都在重复这一实验．1820年9月11日，在法国科学院举办的每周的科学例会上，法国物理学家安培（André Marie Amp‘e，1775.1.20─1836.10.6）听到了两个月前在哥本哈根发现的这个重要的实验事例，并且看到电流磁效应的演示实验后，对此极感兴趣，立即对它进行研究，仅仅几个星期，便在科学院举办的科学例会连续发表报告，进一步揭示电和磁之间的内在联系．

通过实验和研究，安培发现，不仅电流对磁针有作用，而且两个电流之间彼此也有作用．两根平行的载流导线中，如果通过的电流方向相同，导体之间呈现出互相吸引；如果通过的电流方向相反，导线之间呈现出互相排斥．同时又发现，两根载流导线之间的力的大小，是与两根导线中各自通过的电流I1和I2的乘积成正比，与导线的长度成正比，与两根导线之间的距离平方成反比．由此，安培提出了电流磁效应的定量规律，后来称之为的安培公式．这一公式作为他的“电动力学”基本定律的起点．“电动力学”这一名词是在安培的著作中第一次出现的，他常用“电动力”来表示电压．所以我们说，安培是电动力学的先创者．在上述研究的基础上，安培又提出了一个关于电流使磁体偏斜方向的法则，也就是确定电流的磁场方向的法则，即“安培法则”．为了表彰安培的功绩，电流的单位就用他的名字来命名．

除此以外，安培还提出了“分子电流”的概念，用它来解释物体为什么具有磁性．安培的这一观念，为现代物理学所证实．现代物理学认为，物体内部的原子或分子的磁性，是由于电子在原子核周围转动或绕着自身轴急速旋转而产生的．

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