奥斯特实验课件

奧斯特實驗及其意義相關實驗研究課題

奧斯特實驗奧斯特實驗及其意義19世紀20年代前，磁和電是獨立發展的奧斯特,丹麥物理學家

HansChristianOersted深受康德哲學關於“自然力”統一觀點的影響，試圖找出電、磁之間的關係奧斯特實驗1820年7月看演示實驗奧斯特實驗表明長直載流導線與之平行放置的磁鍼受力偏轉——電流的磁效應磁鍼是在水平面內偏轉的

——橫向力突破了非接觸物體之間只存在有心力的觀念——拓寬了作用力的類型意義揭示了電現象與磁現象的聯繫宣告電磁學作為一個統一學科誕生歷史性的突破此後迎來了電磁學蓬勃發展的高潮評價

Ampere寫道：“Oerster先生……已經永遠把他的名字和一個新紀元聯繫在一起了”．Faraday評論說：“它突然打開了科學中一個一直是黑暗的領域的大門，使其充滿光明”．相關實驗9.18Ampere圓電流對磁鍼作用9.25Ampere平行電流對磁鍼作用9.25Arago鋼片被電流磁化磁鐵對電流的作用Ampere通電導線受馬蹄形磁鐵作用而運動Ampere螺線管與磁鐵相互作用時顯示出N極和S極確定載流螺線管極性

實驗表明載流螺線管相當於磁棒，螺線管的極性與電流成右手螺旋關係一系列實驗表明

磁鐵————磁鐵

電流————電流

都存在相互作用愛因斯坦指出：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決一個問題也許僅是一個數學上或實驗上的技能而已，而提出新的問題，新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創造性的想像力，而且標誌著科學的真正進步。”研究課題畢奧－薩筏爾的研究課題安培的研究課題電流產生磁的逆效應電、磁相互作用的傳遞問題畢奧－薩筏爾的研究課題尋找電流元對磁極作用力的定量規律認為電流對磁極的作用力是自然界的基本力受Oester橫向力的影響，認為每一個電流元對磁極的作用力也垂直於導線與磁極構成的平面困難是無孤立的電流元

關鍵是找到幾何關係把電流分割成許多電流元還和幾何因素如有關即解決了電流產生磁場的規律（見下節）安培的研究課題幾乎在同樣的背景下，安培提出的問題更深入，顯示出大師的風範安培認為：磁現象的本質是電流物質的磁性來源於“分子”電流這是安培根據實驗的種種表現作出的重要的抽象“分子”電流所謂“分子”，是指構成物質的基元，當時對物質結構和分子、原子的認識還很膚淺

每個分子都有電流環繞著，當分子排列整齊時，它們的電流合起來就可以滿足磁棒的磁性所需要的電流

磁化可視為使物質中的分子電流排列整齊顯示出總體效果以“分子電流”取代磁荷

——能解釋磁棒與載流螺線管的等效性可將種種磁相互作用歸結為電流之間的相互作用提出尋找任意兩個電流元之間作用力的定量規律——即可解決磁相互作用的問題困難同樣是無孤立的電流元兩電流元及兩者連線三者不共面涉及的幾何因素更多，難度增大安培精心設計了四個示零實驗來解決這些困難無定向秤實驗一：用對折導線，在其中通以大小相等、方向相反的電流．把它移近無定向秤附近的不同部位，觀察無定向秤的反應結果：無定向稱不動說明：當電流反向時，它產生的作用力也反向數學表達：實驗二：用載流曲折線對無定向秤作用，結果與載流直導線的作用一樣說明電流元具有向量性,表為

實驗三：裝置如圖只允許圓弧形導體沿其切線方向運動而不允許圓弧形導體沿著與其垂直的方向運動結果：圓弧導體不動說明：作用在電流元上的力是與它垂直的——橫向力

實驗四

圓線圈A、B、、C線度之比為1/n：1：n，A與B的距離以及線圈B與C的距離比為1：n，A與C固定，並串聯，其中電流相同，線圈B可以活動，通以另一電流結果：B不動結論：所有幾何線度增加同一倍數時，作用力的大小不變安培給出的公式根據安培的假設：兩個電流元之間的相互作用沿它們的聯線，相當於承認假設的目的是期望電流元之間相互作用力滿足牛頓第三定律，由此推出的公式內含各項都是標量兩者方向相反P90（2.14)實際沒有孤立的電流元，兩個孤立電流元不一定滿足牛頓第三定律，橫向力，並不一定沿連線，此條件應該去掉安培定律

經過後人對安培的公式修正、加工，得到現在的安培定律形式被Maxwell譽為“科學中最光輝的成就之一”．Ampere本人則被譽為“電學中的Newton”．啟示

安培從錯綜複雜的現象與聯繫中，提煉出磁現象的本質

——獨具慧眼；提出尋找電流、電流之間的相互作用的定量規律問題——問題的深度、廣度和重要性高於其他同代人提出的問題，顯示出大師風範，也反映了正確抽象、洞察本質的重要性；

在解決問題上，面對難以測量的困難，巧妙地設計示零實驗，設計與理論猜測相結合，揭示出電流元相互作用應具有的特點，