奠定电磁学的理论基础,他功不可没!

一石激起千层浪。话说奥斯特发现电流磁效应的动静发布后,列国科学家感应诧异的同时,纷纷以其尝试为根本进行研究,想弄清电与磁之间到底有什么联系。

这些科学家里,包罗法国帝国年夜学的总学监安培。公元1820年9月初的一天午时,他读完奥斯特关于“电生磁”的论文后,惊得从椅子上站了起来。

1

安培之所以震动,是因为他委实没有想到,本身多年研究电、磁学,居然偏向都错了!

这事仍是从头说起。

生于法国里昂的安培从小就很伶俐,上学时出格喜好拉丁文和数学。喜好科学的父亲在业余一方面教安培数学常识,另一方面鼓动勉励他用拉丁文阅读欧拉等作家的作品。文理科根本扎实的安培广涉群书,对汗青、哲学、物理、化学等都造诣很深。公元1808年,33岁的他被录用为法国帝国年夜学总学监,本家儿讲数学、哲学等课程。

安培画像(收集图)

与那时年夜大都科学家一样,安培对热点的电学和磁学很是感乐趣。持久的研究中,他对库仑关于“电、磁之间没有联系”的不雅点深信不疑。半斤八两长一段时候,他都沿着库仑的程序,对电力、磁力进行量化研究。这就是安培感应震动的真正原因。

“既然电与磁之间存在必然联系,那从素质上解决两者的关系,再从微不雅长进行诠释,很是有需要。”深读奥斯特的论文后,安培仿佛看到一扇通标的目的新范畴的年夜门。

于是,思维火速的他决议快速推开这扇门。

2

安培先反复了奥斯特的尝试。他在直导线四周放几个小磁针,当直导线通电后,小磁针都有分歧水平的动弹。他进一步不雅察,发现这些磁针的偏向都不异。

“看来,我得先弄清电流与磁力偏向到底有什么联系。”安培心猿意马下第一个研究方针。

电流对磁针效应的尝试。(收集图)

他先经由过程尝试确定直导线通电时磁针的偏向,然后改变电流偏向,发现小磁针的偏向也随之改变。他试着用右手来暗示电流与磁力的偏向,居然当作功了。颠末多次试验,他得出以下结论:右手握住直导线,伸直年夜拇指的偏向暗示电流偏向,弯曲四指所指的偏向就是磁力偏向。

“若是把直导线换当作环形导线,磁力偏向是否也有纪律?”安培把直导线改为U形导线绕当作的螺线管(注一)后,继续用最现当作的东西——右手来测试,于是得出以下结论:右手握住通电螺线管,弯曲四指指标的目的电流偏向,年夜拇指所指那端就是螺线管的海说神聊极。

一周后,安培标的目的法国科学院提交了一篇关于电流与磁力偏向的论文,文中把先前获得的两个结论放在一路,称其为“右手螺旋定章”。后来,人们把此定章叫做“安培定章”。

右手螺旋定章示意图。(来历于收集)

3

安培研究了电流与磁力偏向的关系后,又着手研究电流对电流的感化。经由过程尝试,他发现两条平行的通电导线,当电流偏向不异时互相吸引,电流偏向相反时则互相排斥。他把这个结论扩展为一篇论文。9月25日,此论文在法国科学院的刊物上颁发,安培受到科学界的普遍存眷。

再接再厉,安培把直导线折当作各类外形,然后不雅察分歧外形导线的感化力。他发现,这些导线与通电螺线管发生的磁场很是相似。为此,他借鉴科学家牛顿把质量分化当作质量元的先例(注二),把电流分当作无限多的电流元,并用四个精巧的尝试来切磋电流元之间的彼此感化。于是,安培把磁的素质简化为电流,从而创立了闻名的“分子电流假说”:在物体的原子、分子内部,存在一种叫分子电流的环形电流;恰是分子电流的存在,使每一个物质微粒都当作为磁体。“没有磁化的物体内部,分子电流偏向是混乱无章的,小磁体也是混乱无章的,是以对外不显示磁性;磁化的时辰,在外磁场的感化下,每个分子电流发生的磁场偏向变得不异,对外显示出磁的感化。”如斯推理,电磁现象变得合理。

甲图是混乱无章的“分子电流”,乙图是法则排布的“分子电流”。(收集图)

两个多月后的12月4日,安培在法国科学院的会议上作了以电流与磁力纪律为本家儿题的理论陈述。陈述中,他切确阐述了电流与磁力偏向、电流彼此感化、分子电流等电磁理论;论文最后部门还提出操纵电磁来传递电报讯号的建议。

会后,法国科学院的专家颠末具体阐发,认为安培陈述的内容在电磁学方面具有开创性,奠基了电磁学的理论根本。电磁学年夜咖麦克斯韦不单把安培誉为“电学中的牛顿”,还认为其工作是“科学上最辉煌的当作就之一”。

4

胜不骄,败不馁。当作功路上顺风前行的安培没有骄傲,而是总结经验,标的目的更高的方针奋斗。1822 年,47岁的他总结有关电磁学理论的研究当作果,颁发了论文《电动力学的不雅察汇编》(注三);1824年,他发现了用来探测和怀抱电流的电流计,后人也叫它安培计或安培表;1827 年,他出书了《电动力学理论》一书,把电磁学理论推标的目的一个新高度。

电流计(收集图)

为了纪念这位奠基电磁学理论根本的科学家,伦敦国际电学年夜会于1908年公开决议,把“安培”作为国际单元制中暗示电流的根基单元,简称安,英文符号A。同时划定,把1秒内从硝酸银溶液中电解出1.11800毫克银的恒心猿意马电流为1安培,又称国际安培。

奥斯特固然发现电可以或许发生磁,但并没有研究磁可否发生电;安培固然奠基了电磁学理论的根本,但在电磁学的运用方面并没有过多研究。当两位巨匠沉浸于电磁学研究的同时,有一位铁匠的儿子,不单经由过程尝试确定磁能生电,并由此引出一系列电磁学发现,并且在电磁学理论方面提出新不雅点,为电磁学家们树起进步的路标。欲知后事,请观点拉第系列之上集《磁生电,“电学之父”十年辛劳不平常!》。

【备注】

注一:螺线管,指多重卷绕的导线,卷绕内部可所以空心的,或者有一个金属芯。当有电畅通过导线时,螺线管内部会发生平均磁场。螺线管是物理学中很主要的元件。

注二:质量元,质量的根基单元。力学史上,质量的界说起首由牛顿提出。他认为质量是物质的数目,即质量元的量度。

注三:电动力学,也称为经典电动力学,经典的电磁动力学理论。其研究电磁场的根基属性、活动纪律以及电磁场和带电物质的彼此感化。迄今人类对天然界熟悉得最完整、最深切且应用也最为普遍的是电磁彼此感化。

  • 发表于 2018-01-13 00:00
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