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    磁效應(yīng)

    2016/12/22 13:30:14

    自吉爾伯特開始以來的二百多年，電和磁一直是毫無關(guān)系的兩門學(xué)科，圍繞電與磁尋找自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系，成為一種潮流。1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，繼泰勒斯2400年之后，建立了電與磁的聯(lián)系。
    “頓牟綴芥，磁石引針”說明了磁現(xiàn)象。17世紀(jì)初，吉爾伯特?cái)嘌�，電磁之間沒有因果關(guān)系；庫侖也持相同觀點(diǎn)。但：1731年一名英國商人的一箱新刀在閃電過后帶上了磁性；電力與磁力都遵守平方反比定律，說明它們有類似的規(guī)律。1751年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)縫紉針經(jīng)過萊頓瓶放電后磁化了。1774年，德國一家研究機(jī)構(gòu)懸獎(jiǎng)?wù)鹘�，題目是：“電力和磁力是否存在實(shí)際和物理的相似性？”
    奧斯特（1777-1851）丹麥人，發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的第一人。1799年的博士論文《論外部自然的基本的形而上學(xué)范疇》中，闡述了康德哲學(xué)思想對科學(xué)的指導(dǎo)作用，并深受康德關(guān)于“基本力”可以轉(zhuǎn)化為其它各種形式的力的觀點(diǎn)影響，1803年，旅游德國時(shí)，結(jié)識了堅(jiān)信化學(xué)現(xiàn)象、電流和磁之間有相互聯(lián)系的德國青年化學(xué)家里特，還參加過里特為尋找這種聯(lián)系而進(jìn)行的一些實(shí)驗(yàn)。這些都為奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)打下了基礎(chǔ)。
    （1）1803年他曾說：“人們的物理學(xué)將不再是關(guān)于運(yùn)動(dòng)、熱、空氣、光、電、磁以及人們所知道的任何其他現(xiàn)象的零散的羅列，人們將把整個(gè)宇宙容納在一個(gè)體系中�！彼J(rèn)為“自然力之統(tǒng)一”。
    （2）1812年發(fā)表《關(guān)于化學(xué)力和電力的同一性研究》，表明他已經(jīng)將自然力的統(tǒng)一思想運(yùn)用到物理學(xué)和化學(xué)的研究中去了。他從電流流經(jīng)直徑較小的導(dǎo)線時(shí)導(dǎo)線會生熱的現(xiàn)象推測，如果導(dǎo)線直徑再小，就可能發(fā)光，直徑再繼續(xù)減小，就會產(chǎn)生磁。并指出:“人們應(yīng)該檢驗(yàn)的是，究竟電是否以其最隱蔽的方式對磁體有所影響。”
    （3）但是他認(rèn)為電流對磁體的作用是縱向的（即沿著電流的方向），所以他的猜測一直未能實(shí)現(xiàn)。他在通電的導(dǎo)線前面放一根磁針，企圖用通電的導(dǎo)線去吸引磁針。然而，導(dǎo)線灼熱了，甚至燒紅發(fā)光了，磁針毫無動(dòng)靜。但奧斯特深信，電和磁有某種聯(lián)系，就像迪那和發(fā)熱發(fā)光的現(xiàn)象一樣。
    （4）1819冬--1820年4月，奧斯特在給學(xué)生講“電學(xué)、伽伐尼電流和磁學(xué)”的課程時(shí)，他考慮：電流產(chǎn)生的磁效應(yīng)是否像電流通過導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的熱和光那樣向四周散射，即是一種側(cè)（橫）向作用呢？在一次講課中，他嘗試將磁針放在導(dǎo)線的側(cè)面。當(dāng)他接通電源時(shí)，發(fā)現(xiàn)磁針輕微的晃動(dòng)了一下！ 正是這一輕微的晃動(dòng)，奧斯特馬上意識到他多年孜孜以求的東西就要實(shí)現(xiàn)了。奧斯特緊抓不放，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，查明了電流具有磁效應(yīng)。1820年7月21日，發(fā)表了《電流對磁針的作用的實(shí)驗(yàn)》，引起了學(xué)術(shù)界的轟動(dòng)。
    （5）電沖突和螺旋線：奧斯特把導(dǎo)體周圍空間發(fā)生的這種效應(yīng)稱為“電沖突”指出：“這種沖突呈現(xiàn)為圓形，否則就不可能解釋這種現(xiàn)象：當(dāng)磁極放在導(dǎo)線下面時(shí)，磁極被推向東方；當(dāng)磁極被置于導(dǎo)線上方時(shí)，磁極被推向西方。其原因是，只有圓才具有這樣的性質(zhì)，
    其相反部分的運(yùn)動(dòng)具有相反的方向。此外，沿著導(dǎo)線長度方向連續(xù)前進(jìn)的圓形運(yùn)動(dòng)必然形成蝸線或螺旋線�！�
    （6）旋轉(zhuǎn)力與中心力：奧斯特的發(fā)現(xiàn)和牛頓力學(xué)的基本原理是相互矛盾的。在牛頓力學(xué)中，自然界的力只能是作用于物體連線上的吸引或排斥力，即直接推拉性質(zhì)的“中心力”。而奧斯特發(fā)現(xiàn)的卻是一種“旋轉(zhuǎn)力”。他所說的“螺旋線”，實(shí)際上就是關(guān)于磁的橫向效應(yīng)或電流所引起的渦流磁場的直觀描述。是“場”的思想的開端。

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