6.2.1 电磁学奠基在线视频

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换

或传递的一种电磁装置

那么电磁现象是如何发现 发展的呢

首先要从丹麦科学家奥斯特谈起

奥斯特深受康德哲学思想影响

认为各种自然力都来自于同一根源

可以相互转化

富兰克林发现莱顿瓶放电可使钢针磁化的现象

启发奥斯特认识到

电向磁的转化是有可能的

关键是要找到转化的具体条件

奥斯特于1812年出版《关于化学力和电力的统一性的研究》

根据电流流经直径较小的导线就会发热的现象

推测如果通电导线的直径进一步缩小

那么导线就会发光

使通电导线的直径变得更小

小到一定程度时

电流就会产生磁效应

他指出

我们应该检验电是否以其最隐蔽的方式对磁有所影响

可以说 寻找电和磁这两大自然力之间联系的设想

经常盘旋在奥斯特脑海中

1819年冬 他开设了一个讲座

讲授电磁学方面的问题

在备课过程中

奥斯特分析了前人在电流方向上

寻找磁效应都未成功的事实

想到磁效应可能像电流通过导线产生热和光那样

是向四周散射的

即是一种横向力 而不是一种纵向力

1820年春 他安排了一个这方面的实验

他采用讲演时常用的电池槽

让电流通过一根很细的铂丝

把一个带玻璃罩的指针放在铂丝下面

检验自己的想法

然而实验并没有取得他预想的效果

1820年4月某晚 他在讲课快要结束是突然产生一个想法

他说 让我们把到导线放到与磁针平行放置来试一试

当他接通电源时

发现小磁针果真微微动了一下

这一现象使奥斯特又惊又喜

他紧紧抓住这一现象

持续进行了3个月的实验研究

终于在1820年7月21日发表了

题为《关于磁针上的电流碰撞的实验》的论文

用仅仅4页篇幅的简洁实验报告

讲述他的实验装置和60多个实验的结果

在这篇论文中他总结到

电流的作用仅存于载流导体的周围

沿着螺旋纺线垂直于导线

电流对磁针的作用可以穿过各种不同的介质

作用的强弱取决于介质

也取决于导线到磁针的距离和电流的强弱

铜和其它一些材料的指针不受电流作用

通电的环形导体相当于一个磁针

只有两个磁极 等等

奥斯特的发现揭开了物理学史上的一个新纪元

就像后来安培所说的那样

奥斯特先生

已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了

奥斯特不仅仅是一位著名的物理学家

而且还是一位优秀的教师

他的讲课有分析 有表演 更有实验

他说过 我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课

因为归根到底

所有的科学进展都是从实验开始的

法国科学院院士阿拉戈

于1820年9月10日重复了奥斯特的实验

这引起了他的同胞物理学家安培的兴趣

他进一步研究

发现磁针转动方向与电流方向存在一定的相关性

这一发现后经麦克斯韦总结为右手螺旋法则

安培认为既然磁针与磁针间有作用力

电流又可以产生磁效应

那么电流与电流之间是否也会产生相互作用呢

在接下来的研究中

安培详细分析了电流元在磁场中所受力的特性

总结出安培定律

为了纪念安培在电磁学上的贡献

1946年国际计量委员会将安培确定为电流单位

其定义是这样描述的

在真空中

截面积可忽略的两根相距1米的平行

而无限长的圆直导线内

通以等量恒定电流

导线间相互作用力在1米长度上为2×10-7牛时

则每根导线中的电流为1安培

该定义经1948年第9届国际计量大会通过沿用至今

1960年10月第11届国际计量大会决定

采用安培作为电学量的基本单位

说起安培还有一个趣事

某次安培在街上行走 走着走着

突然想到一个算式

正为没有地方运算而发愁

突然 他看到前面有一块 黑板

就拿出粉笔 在上面运算起来

那黑板原来是一辆马车的车厢背面

马车走动了 他也跟着走 边走边写

马车越来越快 他就跑了起来

一心一意要完成他的推导

直到他实在追不上才停下脚步

安培这个失常的行动

使街上人笑得前仰后合

德国物理学家欧姆从傅立叶发现的热传导规律受到启发

导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差

因而欧姆认为

电流现象与此相似

猜想导线中两点之间的电流

也许正比于它们之间的某种驱动力

后来称之为电动势

欧姆花了很大的精力在这方面进行研究

刚开始时

欧姆用伏特电堆作电源

但是因为电流不稳定 效果不好

后来 他接受别人的建议

改用塞贝克温差电池作电源

从而保证了电流的稳定性

这种电池是1821年发明的

用两种不同金属的导线连接而成电路

两个接头的温度不同时可以产生电流

温差越大 电流越强

但是新的问题又出现了

如何测量电流的大小呢

首先欧姆利用电流的热效应

用热胀冷缩的方法来测量电流

但这种方法难以得到精确的结果

后来他创造性的把奥斯特关于电流磁效应的发现

和库仑扭秤结合起来

巧妙地设计了一个电流扭秤

用一根扭丝悬挂一磁针

让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置

再用温差电池

一端浸在沸水中

一端浸在碎冰中

并用两个水银槽作电极

与铜线相连

当导线中通过电流时

磁针偏转角与导线中的电流成正比

1826年欧姆提出了欧姆定律

电阻中电流与电压成正比

他还证明了导体的电阻与其长度成正比

与其横截面积和传导系数成反比

以及在稳定电流的情况下

电荷不仅在导体的表面上

而且在导体的整个截面上运动

但是 科学界仍不承认欧姆的科学发现

许多人对他还抱有成见

甚至认为这个定律太简单 不足为信

这一切使欧姆感到万分痛苦和失望

但是 真理之光终究会放射出来的

1831年有位叫波利特的科学家发表了一篇论文

得到了与欧姆同样的结果

这才引起科学界对欧姆的重新注意

1841年 英国皇家学会授予他科普利金质奖章

并且宣称欧姆定律是在精密实验领域中最突出的发现

他得到了应有的荣誉

1854年欧姆与世长辞

十年之后英国科学促进会为了纪念他

决定用欧姆的名字作为电阻单位的名称

使人们每当使用这个术语时

总会想起这位勤奋顽强 卓有才能的中学教师