焦點快播：奧斯特電流實驗flash制作 關于奧斯特實驗的那些故事

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研究電和磁，繞不過的人物是英國的吉爾伯特。

1600年，他在《論磁》一書中對磁和靜電作了當時最深入的剖析。他認為兩者雖然有一些相同，但電和磁是兩種截然不同、沒有聯系的現象。

吉爾伯特關于“電磁無關論”影響了學術界近200年。

到了18世紀，有關閃電改變指南針的磁化強度，或者使小刀、湯匙變成磁體的現象越來越多。還有一些科學家，在做靜電實驗中發現了萊頓瓶放電能使鋼針磁化，這些科學家包括美國的富蘭克林。這些現象表明電與磁是以某種方式緊密聯系著的。不過，所有的研究都以失敗告終，電和磁的聯系研究依舊沒有突破。

對于自然哲學信徒，這些現象也沒有引起他們的驚奇，因為他們本來就堅信電力與磁力是某種方式相互關聯著的。

1785年，庫侖發現了電荷間存在的相互作用規律：電荷之間的作用力與距離平方成反比。因為思考電和磁的關系，所以庫侖也預言了“磁極之間的作用力與距離平方成反比”。這也引起許多科學家進一步的設想電和磁之間的關系。

而同時代科學家的認同和閃電讓鐵制品磁化的現象，讓深受康德“統一自然力”哲學思想影響的奧斯特堅定了電和磁有內在聯系的信心。不過，他認為電轉化為磁還需要找到一個合適的條件。從1806年開始，他為此而努力實驗研究著。

1820年4月，在哥本哈根大學的一次講座結束前，奧斯特重復做了實驗。奧斯特偶然在南北方向的導線下面放置了一枚小磁針，剛開始的時候，磁針平行于導線，當電源接通時，小磁針竟然轉向了東西方向，幾乎與導線垂直。

對于此現象，聽課的大多數學者基本無動于衷，但奧斯特卻是期盼已久。

小磁針轉動，說明小磁針受到了力的作用，而能讓小磁針轉動的唯一原因就是電流產生了磁!靜止電荷不對磁發生作用在當時已經是一種常識，所以，這是運動的電荷(電流)對放在導線線路附近的磁體發出的一種奇妙的“路旁”力。

奧斯特與奧斯特實驗示意圖

從現象還可以得出，載流導體對一個磁極的作用力并不沿導線到磁極的連線，而是與此連線垂直，所以導致磁針轉動，奧斯特認為電流對磁體可能是“橫向力”而不是“縱向力”。這種力與之前所發現的引力、電荷間的力與磁極間的力都不同。奧斯特是謹慎的，在接下來3個月內，他做了60多個實驗。他用各種材料作導線，發現導體材料對實驗結果沒有影響。而用其他物體代替小磁針，也不會產生偏轉。結果是明確的：電流具有磁效應。

在7月21日，奧斯特發表論文《關于磁針上電沖突作用的實驗》，指出電流產生的磁力與電流方向垂直。

論文很短，震憾很大!對于歐洲物理學界不亞于一次大地震。

因為奧斯特的思維和實踐突破了人類對電和磁認識的局限性。

1820年8月，奧斯特在不斷深入的研究中還發現，磁鐵對自由懸掛著的電流也有力的作用。

1820年夏天，法國物理學家阿拉果在瑞士日內瓦的一次自然科學家會議上觀看了奧斯特實驗?；貒蟮?月11日，在巴黎科學院介紹并重復了奧斯特實驗。

安培由此得知了奧斯特實驗，他的思想立即奔馳向前，然后他的實驗也馬上跟進。

奧斯特研究的是電能不能產生磁，安培則更進了一步，他考慮的是電流產生磁的磁極和磁力分布。在這些實驗中，其中一些是用多個小磁針放在銅導線的橫切面上。

安培的一個實驗模擬圖

當通電后，小磁針就會偏離原來的南北方向。并可以觀察到電流磁場的力線是圍繞著銅導線成圓形。

1820年9月18日，安培提出了磁針轉動方向與電流方向相差判定的右手定則。

右手定則示意圖

大拇指指向電流的方向，彎曲的四個手指所指的就是磁場的方向

如果讓通電導線穿過紙張，并在紙上撒一些鐵屑，被磁化的鐵屑可以更直觀的顯示周圍磁場的“形狀”。

鐵屑顯示的直流電流的磁場

同樣，也可用此方法顯示出通電螺線管的磁場“形狀”。

鐵屑顯示的通電螺旋管的磁場

通電螺旋管的磁場也可以用右手來判定。

右手螺旋定則示意圖：

四個手指為線圈電流方向，大拇指則為通電螺線管的北極

為什么螺線管的磁場與直導線的不同？原來，螺線管環路的磁場是每段導線電流磁場疊加的結果。

上：是兩個相反電流產生的平面磁感線，

下：是相加后的總磁場的平面磁感線。

安培并沒有停下研究的腳步。

隨著一個個實驗的進行，發現也接踵而至。

安培發現兩根平行導線通以同向的電流，兩根導線相吸引，通以反向電流，兩根導線想到排斥。這說明通電導線的作用并不僅僅顯示凈電荷的存在。并且，兩個通電螺線管之間就像兩塊磁鐵一樣相互發生吸引或排斥。在這些發現的基礎上，安培初步形成了磁的本質就是電流的思想。甚至對地磁場都有新的猜想。

當安培把磁轉化為電后，關于磁的問題，只需要考慮電流和電流的作用就可以了。

安培對電流間的相互作用力作了詳盡的研究，包括距離、方向和電流的強度。

而通過電流的磁力，也順利解決電流大小的問題。安培依此制作了測量電流的儀器。

安培測量磁力儀器復制品：

利用兩段導線通過電流來測量它們之間的力

事實上，電流間的磁力在很長時間是用來定義電流單位的一個優先方法，而電流的單位也因此用“安培”來命名。它的定義是：相距一米的兩條平行長直導線，通過相等的電流，若導線間每米的作用力恰好為2×10－7牛頓，那么這電流定義為1安培。

奧斯特實驗的影響是深遠的。

對奧斯特實驗的回應與延伸遠不止在法國。

德國物理學家施威格在重復奧斯特實驗后，發現通電導體下方的小磁針偏轉角度會隨電流強度變化而變化，當電流強度加倍時，小磁針偏轉的角度也會加倍?；谶@一發現，施威格制成了世界上最早的電流計。在這種電流“放大器”的基礎上，最后演化成電報接收器和今天的磁電式電流計。

1821年，《英國哲學年鑒》的編輯邀請年輕的法拉第對電磁實驗和理論進行歷史的概括，綜述奧斯特在上一年的發現在這個領域激起的巨大積極性。

不久之后，法拉第想到，他不能局限于只報告別人的工作，他感到他需要在自己的實驗室重做這些實驗。1821年9月3日他發現電流對磁體的作用在本質上是圓形的。

1822年，法國物理學家阿拉果發現，如果將導線繞在鐵塊上，當導線通電時，鐵塊也能被磁化，這就使該線圈的磁場強度加大。這種有鐵塊的螺線管就是所謂的電磁鐵。

大約在同一時期，蓋·呂薩克也獨自發明了電磁鐵。

1829年，美國物理學家亨利用絕緣導線取代裸銅線進一步加強了電磁鐵的磁場強度。

正是奧斯特實驗所產生的巨大影響，1934年，“奧斯特”成為磁場強度的單位。

薦書：春節里剛看完，能開闊視野，很好。

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