电和磁就像孪生兄弟,有很多相似之处。 古希腊哲学家泰勒斯曾将电和磁误认为是同一事物。 他认为,摩擦琥珀能吸引草屑,磁铁能吸引铁片,都是因为它们“有灵魂”。 1600年,一位名叫吉尔伯特的英国医生纠正了泰勒斯的错误,明确指出电和磁是两种不同的现象。 但从那时起,许多人就将电和磁视为无关的事物。 在人们的印象中,磁就是磁,电就是电。 两者之间没有关系。
到了18世纪中叶,伟大的德国哲学家康德提出了全新的世界观。 康德认为,世界上只有两种基本力,一是引力,二是斥力; 自然界中的其他力,如电、磁、热、光、化学亲和力等,都是这两种基本力。 不同条件下的转化。 康德的这一杰出哲学思想发表在他1786年出版的《形而上学》一书中。
在此之前的一年,法国学者库仑在发现电荷作用定律的同时,用自制的扭力天平测量了磁力的大小。 测量结果表明,磁力的公式与电荷相互作用的公式非常相似。 这种巧合包含着某种偶然性。 可惜库仑没有意识到这一点。 电荷可以分离,正电荷和负电荷可以独立存在; 磁极无法分离。 无论磁棒被分成多少段,每段都是一个新的磁棒,有北极和南极。 库仑因此断言电和磁之间没有关系,也不可能相互转换。
康德阐述了一个思想,库仑提出了一个实验结论。 因此,当时的大多数科学家都认为后者更可信,并认为库仑的观点是正确的。 电和磁之间有联系吗?
科学家说:“不。”
哲学家说:“应该有。”
大自然提供了一些神秘的问号。 早在17世纪,人们就发现了一些奇怪的现象。 1681年7月,一艘在大西洋航行的商船被闪电击中。 结果,船上的三个指南针全部失效:其中两个指南针被消磁电流磁效应是谁发现的,另一个指南针的南北指针颠倒了。 还有一次,意大利一家五金店被雷击中。 后来发现,被毁坏的盒子里的刀叉有的被熔化,有的被磁化。 这些现象表明,雷电既可以使钢失去磁性,又可以使其具有磁性。 据说富兰克林在一次莱顿瓶放电实验中意外发现钢针被磁化了。 如何解释这些现象呢?
严峻的雕像
1820年,一位哲学物理学家和化学家解开了这个秘密,并第一个发现了电磁学之间的微妙关系。 这位先驱的名字叫奥斯特。
1777年8月,奥斯特出生于丹麦卢克宾。 他的父亲是一名制药商,家境贫困。 奥斯特12岁时就帮助父亲制药。 他开始痴迷于化学。 17岁考入哥本哈根大学学习物理、化学和药理学。 他还对哲学产生了浓厚的兴趣,并于22岁时获得了哲学博士学位。大学毕业后,奥斯特前往柏林,结识了许多科学家。 1804年,他回到丹麦,成为哥本哈根大学自然哲学教授。
奥斯特信奉康德的自然哲学,认为自然界一切力都是统一的,光、电、磁、化学亲和力等在一定条件下可以相互转化。 他的博士论文题目是《康德的哲学思想与自然科学》。 在这一哲学思想的指导下,他一直试图寻找电与磁之间的联系。 这是一次雄心勃勃、目标明确的探索,但道路却是曲折的。 他做了很多实验,但都没有达到他想要的效果。
起初,奥斯特使用莱顿瓶进行实验。 不管莱顿瓶里的电流有多么强,他都没有发现它有磁效应。 那么为什么闪电会磁化刀子呢? 奥斯特认为这一定是因为莱顿瓶携带的电力是静电,而闪电是动电的。 于是他转而利用伏打堆产生的电流进行实验。 但它也失败了。 难能可贵的是,奥斯特的探索目标始终明确,尽管走了很多弯路,但从未动摇过。
1800年,当沃尔特发明电堆时,据说一位年轻的化学家做出了一个半真半假的预测。 化学家说:下一个划时代的发现将在“1819年三分之二,即1820年”实现。 有趣的是,整整20年后,他的预言成真了。
从1819年冬天到1820年春天,奥斯特讲授电学和磁学。 这几个月对他的人生至关重要。 他重新思考了一个困扰他多年的问题:如何将电流转化为磁力? 他想:如果电流可以产生磁效应,也许磁效应是横向的,不能沿着电流的方向——因为很多人都试图朝这个方向探索,但没有结果。 这是一个大胆而天才的想法。
奥斯特证明了电流的磁效应
1820年4月的一天,奥斯特在课堂上进行了一项即兴实验,抱着试一试的想法。 他将一根非常细的铂丝连接到伏打电池上。 将玻璃覆盖的磁针放置在细铂丝下方。 在之前的实验中,磁针和导线是垂直的。 这一次,他特意让磁针和细铂丝平行。 当着众多听课学生的面,奥斯特打开电源,然后他发现磁针竟然摆动了! 由于他实验中的电流很小,磁针的摆动也不明显,所以在场的学生并没有注意。 然而,奥斯特却欣喜若狂。 据说他高兴得在讲台上摔倒了。 只有奥斯特知道:这是人类第一次有意识地发现电与磁的关系!
经过三个月的深入研究,奥斯特终于发现载流导线周围确实存在环形磁场。 这正是他一直在寻找的电流磁效应!
哥本哈根的奥斯特雕像
1920年7月21日电流磁效应是谁发现的,奥斯特在一本杂志上发表了他的实验结果。 这篇论文是用拉丁文写的,标题是“磁针电流冲击实验”。 这是一篇划时代的论文,薄薄的四页纸,没有任何数学公式,也没有示意图,但却用简明扼要的文字向世人宣告:人类第一次发现了电与磁的转换关系。 电与磁,这两条古老的河流在奥斯特这里交汇!
奥斯特的发现震惊了欧洲物理学界。 人们原本认为毫不相关的两个现象却有着如此奇妙的关系。 这一发现成为现代电磁学的一大突破,各国科学家纷纷转向电磁研究。 法拉第后来对奥斯特的发现做出了这样准确的评价:“它突然打开了一个曾经黑暗、现在充满光明的科学领域的大门。”