焦点快播：奥斯特电流实验flash制作 关于奥斯特实验的那些故事

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研究电和磁，绕不过的人物是英国的吉尔伯特。

1600年，他在《论磁》一书中对磁和静电作了当时最深入的剖析。他认为两者虽然有一些相同，但电和磁是两种截然不同、没有联系的现象。

吉尔伯特关于“电磁无关论”影响了学术界近200年。

到了18世纪，有关闪电改变指南针的磁化强度，或者使小刀、汤匙变成磁体的现象越来越多。还有一些科学家，在做静电实验中发现了莱顿瓶放电能使钢针磁化，这些科学家包括美国的富兰克林。这些现象表明电与磁是以某种方式紧密联系着的。不过，所有的研究都以失败告终，电和磁的联系研究依旧没有突破。

对于自然哲学信徒，这些现象也没有引起他们的惊奇，因为他们本来就坚信电力与磁力是某种方式相互关联着的。

1785年，库仑发现了电荷间存在的相互作用规律：电荷之间的作用力与距离平方成反比。因为思考电和磁的关系，所以库仑也预言了“磁极之间的作用力与距离平方成反比”。这也引起许多科学家进一步的设想电和磁之间的关系。

而同时代科学家的认同和闪电让铁制品磁化的现象，让深受康德“统一自然力”哲学思想影响的奥斯特坚定了电和磁有内在联系的信心。不过，他认为电转化为磁还需要找到一个合适的条件。从1806年开始，他为此而努力实验研究着。

1820年4月，在哥本哈根大学的一次讲座结束前，奥斯特重复做了实验。奥斯特偶然在南北方向的导线下面放置了一枚小磁针，刚开始的时候，磁针平行于导线，当电源接通时，小磁针竟然转向了东西方向，几乎与导线垂直。

对于此现象，听课的大多数学者基本无动于衷，但奥斯特却是期盼已久。

小磁针转动，说明小磁针受到了力的作用，而能让小磁针转动的唯一原因就是电流产生了磁!静止电荷不对磁发生作用在当时已经是一种常识，所以，这是运动的电荷(电流)对放在导线线路附近的磁体发出的一种奇妙的“路旁”力。

奥斯特与奥斯特实验示意图

从现象还可以得出，载流导体对一个磁极的作用力并不沿导线到磁极的连线，而是与此连线垂直，所以导致磁针转动，奥斯特认为电流对磁体可能是“横向力”而不是“纵向力”。这种力与之前所发现的引力、电荷间的力与磁极间的力都不同。奥斯特是谨慎的，在接下来3个月内，他做了60多个实验。他用各种材料作导线，发现导体材料对实验结果没有影响。而用其他物体代替小磁针，也不会产生偏转。结果是明确的：电流具有磁效应。

在7月21日，奥斯特发表论文《关于磁针上电冲突作用的实验》，指出电流产生的磁力与电流方向垂直。

论文很短，震憾很大!对于欧洲物理学界不亚于一次大地震。

因为奥斯特的思维和实践突破了人类对电和磁认识的局限性。

1820年8月，奥斯特在不断深入的研究中还发现，磁铁对自由悬挂着的电流也有力的作用。

1820年夏天，法国物理学家阿拉果在瑞士日内瓦的一次自然科学家会议上观看了奥斯特实验。回国后的9月11日，在巴黎科学院介绍并重复了奥斯特实验。

安培由此得知了奥斯特实验，他的思想立即奔驰向前，然后他的实验也马上跟进。

奥斯特研究的是电能不能产生磁，安培则更进了一步，他考虑的是电流产生磁的磁极和磁力分布。在这些实验中，其中一些是用多个小磁针放在铜导线的横切面上。

安培的一个实验模拟图

当通电后，小磁针就会偏离原来的南北方向。并可以观察到电流磁场的力线是围绕着铜导线成圆形。

1820年9月18日，安培提出了磁针转动方向与电流方向相差判定的右手定则。

右手定则示意图

大拇指指向电流的方向，弯曲的四个手指所指的就是磁场的方向

如果让通电导线穿过纸张，并在纸上撒一些铁屑，被磁化的铁屑可以更直观的显示周围磁场的“形状”。

铁屑显示的直流电流的磁场

同样，也可用此方法显示出通电螺线管的磁场“形状”。

铁屑显示的通电螺旋管的磁场

通电螺旋管的磁场也可以用右手来判定。

右手螺旋定则示意图：

四个手指为线圈电流方向，大拇指则为通电螺线管的北极

为什么螺线管的磁场与直导线的不同？原来，螺线管环路的磁场是每段导线电流磁场叠加的结果。

上：是两个相反电流产生的平面磁感线，

下：是相加后的总磁场的平面磁感线。

安培并没有停下研究的脚步。

随着一个个实验的进行，发现也接踵而至。

安培发现两根平行导线通以同向的电流，两根导线相吸引，通以反向电流，两根导线想到排斥。这说明通电导线的作用并不仅仅显示净电荷的存在。并且，两个通电螺线管之间就像两块磁铁一样相互发生吸引或排斥。在这些发现的基础上，安培初步形成了磁的本质就是电流的思想。甚至对地磁场都有新的猜想。

当安培把磁转化为电后，关于磁的问题，只需要考虑电流和电流的作用就可以了。

安培对电流间的相互作用力作了详尽的研究，包括距离、方向和电流的强度。

而通过电流的磁力，也顺利解决电流大小的问题。安培依此制作了测量电流的仪器。

安培测量磁力仪器复制品：

利用两段导线通过电流来测量它们之间的力

事实上，电流间的磁力在很长时间是用来定义电流单位的一个优先方法，而电流的单位也因此用“安培”来命名。它的定义是：相距一米的两条平行长直导线，通过相等的电流，若导线间每米的作用力恰好为2×10－7牛顿，那么这电流定义为1安培。

奥斯特实验的影响是深远的。

对奥斯特实验的回应与延伸远不止在法国。

德国物理学家施威格在重复奥斯特实验后，发现通电导体下方的小磁针偏转角度会随电流强度变化而变化，当电流强度加倍时，小磁针偏转的角度也会加倍。基于这一发现，施威格制成了世界上最早的电流计。在这种电流“放大器”的基础上，最后演化成电报接收器和今天的磁电式电流计。

1821年，《英国哲学年鉴》的编辑邀请年轻的法拉第对电磁实验和理论进行历史的概括，综述奥斯特在上一年的发现在这个领域激起的巨大积极性。

不久之后，法拉第想到，他不能局限于只报告别人的工作，他感到他需要在自己的实验室重做这些实验。1821年9月3日他发现电流对磁体的作用在本质上是圆形的。

1822年，法国物理学家阿拉果发现，如果将导线绕在铁块上，当导线通电时，铁块也能被磁化，这就使该线圈的磁场强度加大。这种有铁块的螺线管就是所谓的电磁铁。

大约在同一时期，盖·吕萨克也独自发明了电磁铁。

1829年，美国物理学家亨利用绝缘导线取代裸铜线进一步加强了电磁铁的磁场强度。

正是奥斯特实验所产生的巨大影响，1934年，“奥斯特”成为磁场强度的单位。

荐书：春节里刚看完，能开阔视野，很好。

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