第五节 电磁学的新时期
自吉尔伯特开始以来的二百多年,电和磁一直是毫无关系的两门学科,围绕电与磁寻找自然现象之间的联系,成为一种潮流。
1820年,奥斯特发现了电流的磁效应,建立了电与磁的联系。
一、发现电流磁效应
1.电力与磁力都遵守平方反比定律,说明它们有类似的规律。1751年,富兰克林发现缝纫针过电后磁化了。但规律究竟在哪里?
2.奥斯特 (1777-1851)丹麦人: 发现电流磁效应的第一人。
“在观察的领域内,机遇只偏爱那种有准备的头脑。” ——巴斯德
奥斯特寻找电与磁的关系的想法酝酿已久:
1803年:“我们将把整个宇宙容纳在一个体系中。”他认为“自然力之统一”。
1812年:“我们应该检验的是,究竟电是否以其最隐蔽的方式对磁体有类似的作用。”
1818-1819年,与奥共事的人说:“奥斯特经常在寻找这两种大自然力之间的关系。”
机会来了,1820年4月,奥斯特在一次讲课中,发现磁针在通电导线的作用下动了一下!这才恍然大悟,原来以前总把电流的磁力想象为纵向,实际应为横向。
演示奥斯特实验
奥斯特紧抓不放,经过反复实验,查明了电流具有磁效应。1820年7月21日,发表了《电流对磁针的作用的实验》,引起了学术界的轰动。
3.意义
第一个解释出了电与磁之间的内在联系。
为电报和电机的发明开辟了道路。
为电磁场理论的发展奠定了基础。
二、安培和安培定律
1.安培 (1775-1836) :法国科学家。
安培在法国长大时,正是法国社会变革时期,他几乎没受过正规教育,只好以他父亲和百科全书做老师。个人遭遇不好,家庭几经磨难。即使这样,也没有动摇安培对科学的追求。1827年发表了名著《从实验导出的关于电动力学现象的数学理论》。人们为纪念他,将电流强度的单位定义为“安培”。
2.两篇论文
阿拉果在1820年9月11日在法国科学院演示了奥斯特的实验,引起了安培的兴趣。安培夜以继日地工作一周之后,于9月18日发现了电流间也存在着相互作用力,在1820年12月4日,又提出了著名的安培定律:
其中dx,dy为电流线元。
3.经验
安培在总结他的经验时,这样写到:“从对实施的观察开始,尽可能地改变伴随事件,并佐以精确的测量,以便导出完全基于试验的一般规律,再从这些规律导出这些力的数学表达式……这就是牛顿所遵循的路线。”
安培的电流元之间作用力的又一个平方反比规律的发现,是人们对大自然力之间的内在联系又有了一个新的认识。安培的工作,为以后电动力学的研究和发展,开拓了一个新的基础。