揭开电磁学新时代帷幕的奥斯特

揭开电磁学新时代帷幕的奥斯特
 
1820年4月的一天，丹麦哥本哈根大学的一间教室里正在上物理课 .快下课时，教授说：“让我们把导线与磁针平行放置试试看.”他把导线和磁针都沿磁子午线方向放好，然后接上电源，只见小磁针向垂直于导线的方向大幅度转去.学生无动于衷，教授却激动万分.这一天电磁学新时代来到了，这位揭开新时代帷幕的教授就是丹麦人奥斯特(1777—1851).奥斯特出身于贫穷的药剂师家庭，17岁起在哥本哈根大学学习药物学.

他对数学、物理、天文、哲学都有兴趣.22岁获博士学位.29岁任大学教授，31岁任法国科学院院士.
18世纪末，人们对电和磁分别有所了解，但不相信两者间会有什么联系.年轻的奥斯特受到德国哲学家康德的启发，想象电、磁和各种自然力是统一的.在一段时间内，他一边思考，一边实验，经历了多次失败，终于发生了课堂上那像是偶然实为必然的一幕.
奥斯特的发现开创了电磁学新时代.在很短的时间里，大量新奇的现象发现了，一系列重要规律找到了.
奥斯特还是一位深受欢迎的物理教师，美国至今每年向最杰出的物理教师颁发“奥斯特”奖章.
 
一、生平简介       
奥斯特(Hans Christian Oersted,1777～1851年)，丹麦物理学家、化学家.1777年8月14日生于丹麦的路克宾.1794年他进入哥本哈根大学学习医学和自然科学，1799年获得博士学位.1801—1803年他旅游德国、法国等地，于1804年回国.1806年被聘为哥本哈根大学物理、化学教授，研究电流和声学等课题.1824年倡仪成立丹麦自然科学促进会，1829年出任哥本哈根理工学院院长，直到1851年3月9日在哥本哈根逝世.终年74岁.
 
二、科学成就
 
1．1820年发现电流的磁效应
自从库仑提出电和磁有本质上的区别以来，很少有人再会去考虑它们之间的联系.而安培和毕奥等物理学家认为电和磁不会有任何联系.可是奥斯特一直相信电、磁、光、热等现象相互存在内在的联系，尤其是富兰克林曾经发现莱顿瓶放电能使钢针磁化，更坚定了他的观点.当时，有些人做过实验，寻求电和磁的联系，结果都失败了.奥斯特分析这些实验后认为：在电流方向上去找效应，看来是不可能的，那么磁效应的作用会不会是横向的？
       
在1820年4月，有一次晚上讲座，奥斯特演示了电流磁效应的实验.当伽伐尼电池与铂丝相连时，靠近铂丝的小磁针摆动了.这一不显眼的现象没有引起听众的注意，而奥斯特非常兴奋，他接连三个月深入地研究，在1820年7月21日，他宣布了实验情况.
       
奥斯特将导线的一端和伽伐尼电池正极连接，导线沿南北方向平行地放在小磁针的上方，当导线另一端连到负极时，磁针立即指向东西方向.把玻璃板、木片、石块等非磁性物体插在导线和磁针之间，甚至把小磁针浸在盛水的铜盒子里，磁针照样偏转.
 
奥斯特认为在通电导线的周围，发生一种“电流冲击”.这种冲击只能作用在磁性粒子上，对非磁性物体是可以穿过的.磁性物质或磁性粒子受到这些冲击时，阻碍它穿过，于是就被带动，发生了偏转.
 
导线放在磁针的下面，小磁针就向相反方向偏转；如果导线水平地沿东西方向放置，这时不论将导线放在磁针的上面还是下面，磁针始终保持静止.
 
他认为电流冲击是沿着以导线为轴线的螺旋线方向传播，螺纹方向与轴线保持垂直.这就是形象的横向效应的描述.
 
奥斯特对磁效应的解释，虽然不完全正确，但并不影响这一实验的重大意义，它证明了电和磁能相互转化，这为电磁学的发展打下了基础.
 
2．其他方面的成就
奥斯特曾经对化学亲合力等作了研究.1822年他精密地测定了水的压缩系数值，论证了水的可压缩性.1823年他还对温差电做出了成功的研究.他对库仑扭秤也作了一些重要的改进.
 
奥斯特在1825年最早提炼出铝，但纯度不高，以致这项成就在冶金史上归属于德国化学家F.维勒(1827).他最后一项研究是40年代末期对抗磁体的研究，试图用反极性的反感应效应来解释物质的抗磁性.同一时期法拉第在这方面的成就超过了奥斯特及其法国的同辈.法拉第证明不存在所谓的反磁极.并用磁导率和磁力线的概念统一解释了磁性和抗磁性.不过，奥斯特研究抗磁体的方法仍具有很深的影响.
 
3．出版了《奥斯特科学论文》集
他的重要论文在1920年整理出版，书名是《奥斯特科学论文》.
 
三、趣闻轶事
1．磁针的跳动，使他激动得摔了一跤
奥斯特受康德哲学思想的影响，一直坚信电和磁之间一定有某种关系，电一定可以转化为磁.当务之急是怎样找到实现这种转化的条件.奥斯特仔细地审查了库仑的论断，发现库仑研究的对象全是静电和静磁，确实不可能转化.他猜测，非静电、非静磁可能是转化的条件，应该把注意力集中到电流和磁体有没有相互作用的课题上去.他决心用实验来进行探索.
 
1819年上半年到1820年下半年，奥斯特一面担任电、磁学讲座的主讲，一面继续研究电、磁关系.1820年4月，在一次讲演快结束的时候，奥斯特抱着试试看的心情又作了一次实验.他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方，接通电源的瞬间，发现磁针跳动了一下.这一跳，使有心的奥斯特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤.但是因为偏转角度很小，而且不很规则，这一跳并没有引起听众注意.以后，奥斯特花了三个月，作了许多次实验，发现磁针在电流周围都会偏转.在导线的上方和导线的下方，磁针偏转方向相反.在导体和磁针之间放置非磁性物质，比如木头、玻璃、水、松香等，不会影响磁针的偏转.1820年7月21日，奥斯特写成《论磁针的电流撞击实验》的论文，正式向学术界宣告发现了电流磁效应.
 
2．设立奥斯特奖章
奥斯特的功绩受到了学术界的公认，为了纪念他，国际上从1934年起命名磁场强度的单位为奥斯特，简称“奥”.1937年美国物理教师协会还专门设立了奥斯特奖章，来奖励教学有成绩的优秀物理教师.