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奥斯特实验

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奥斯特实验

1820年4月的一天,丹麦科学家奥斯特在上课时,无意中让通电的导线靠近指南针,他突然发现了一个现象。

这个现象并没有引起在场其他人的注意,而奥斯特却是个有心人,他非常兴奋,紧紧抓住这个现象,接连三个月深入地研究,反复做了几十次实验。

通过实验,奥斯特发现通电导线周围存在着磁场的实验。

如果在直导线附近(导线需要南北放置),放置一枚小磁针,则当导线中有电流通过时,磁针将发生偏转。

在此基础上,通过了解环形电流、通电螺线管磁场的磁感线,以及条形磁体和马蹄形磁体磁场的磁感线,进一步认识磁场的方向性。

奥斯特实验

在奥斯特实验中,当电路闭合时,电路中有电流,导线下边的小磁针发生偏转,受到磁场作用。

电路断开时,电路中无电流,小磁针不发生偏转。所以得到的结论是:电流周围存在磁场。

同时,电路中电流方向相反时,小磁针偏转方向发生也相反,说明小磁针受到的磁场作用相反。所以得到的结论是:磁场方向跟电流的方向有关。

奥斯特实验的两个典型结论就是:电流周围存在磁场;磁场方向跟电流的方向有关。

奥斯特实验

奥斯特研究电流磁效应的过程

丹麦物理学家汉斯·奥斯特(H.C.Oersted,1777-1851)是康德哲学思想的信奉者,深受康德等人关于各种自然力相互转化的哲学思想的影响,奥斯特坚信客观世界的各种力具有统一性,并开始对电、磁的统一性的研究。

1751年富兰克林用莱顿瓶放电的办法使钢针磁化的发现对奥斯特启发很大,他认识到电向磁转化不是可能不可能的问题,而是如何实现的问题,电与磁转化的条件才是问题的关键。开始奥斯特根据电流通过直径较小的导线会发热的现象推测:如果通电导线的直径进一步缩小那么导线就会发光如果直径进一步缩小到一定程度,就会产生磁效应。

但奥斯特沿着这条路子并未能发现电向磁的转化现象。奥斯特没有因此灰心,仍在不断实验,不断思索,他分析了以往实验都是在电流方向上寻找电流的磁效应,结果都失效了,莫非电流对磁体的作用根本不是纵向的,而是一种横向力,于是奥斯特继续进行新的探索。1820年4月的一天晚上,奥斯特在为精通哲学及具备相当物理知识的学者讲课时,突然来了“灵感”,在讲课结束时说:“让我把通电导线与磁针平行放置来试试看!”于是,他在一个小伽伐尼电池的两极之间接上一根很细的铂丝,在铂丝正下方放置一枚磁针,然后接通电源,小磁针微微地跳动,转到与铂丝垂直的方向。

小磁针的摆动,对听课的听众来说并没什么,但对奥斯特来说实在太重要了,多年来盼望出现的现象,终于看到了,当时简直使他愣住,他又改变电流方向,发现小磁针向相反方向偏转,说明电流方向与磁针的转动之间有某种联系。

奥斯特为了进一步弄清楚电流对磁针的作用,于1820年4月到7月,费了三个月的时间,做了六十多个实验,他把磁针放在导线的上方、下方,考察了电流对磁针作用的方向;把磁针放在距导线不同距离,考察电流对磁针作用的强弱;把玻璃、金属、木头、石头、瓦片、松脂,水等放在磁针与导线之间,考察电流对磁针的影响……

奥斯特于1820年7月21日发表了题为《关于磁针上电流碰撞的实验》的论文,这篇论文仅用四页纸,十分简洁地报告了他的实验,向科学界宣布了电流的磁效应。

1820年7月21日作为一个划时代的日子载入史册,它揭开了电磁学的序幕,标志着电磁学时代的到来。

奥斯特当时把电流对磁体的作用称为“电流碰撞”,他总结出了两个特点:一是电流碰撞存在于载流导线的周围;二是电流碰撞“沿着螺纹方向垂直于导线的螺纹线传播”。

奥斯特实验证实了电流所产生的磁力的横向作用,他在二十年前建立的信念,终于靠自己的实验证实了。

有人说奥斯特的电流磁效应是“偶然地发现了磁针转动”,当然也不无道理,但是法国的巴斯德 说得好:“在观察的领域中,机遇只偏爱那种有准备的头脑。”

奥斯特的发现轰动了整个欧洲,对法国学术界的震动尤大,法国物理学家阿拉果在瑞士听到了奥斯特发现电流磁效应的消息,十分敏锐地感到这一成果的重要性,随即于1820年9月初从瑞士赶回法国。9月11日即向法国科学院报告了奥斯特的这一最新发现,他详细地向科学院的同事们描述了电流磁效应的实验。阿拉果的报告,在法国科学家中引起了很大反响。当时,以科学上极为敏感、最能接受他人成果而著称的安培(A.M.Ampere,1775-1836)对此作出了异乎寻常的反应,他于第二天就重复了奥斯特的实验,并加以发展,在一周内于9月18日向法国科学院报告了第一篇论文,阐述了他重复做的电流对磁针的实验,并提出了圆形电流产生磁性的可能性。安培在这个实验中发现磁针转动的方向与电流方向的关系服从右手定则,即是后人称它为“安培右手定则”。

奥斯特实验说明了什么

奥斯特实验表明通电导线周围和永磁体周围一样都存在磁场。

奥斯特实验揭示了一个十分重要的本质:电流周围存在磁场,电流是电荷定向运动产生的,且磁场的方向与电流的方向有关,所以通电导线周围的磁场实质上来源于运动电荷。

参考文献

右手定则http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/480436.html

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