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八卦物理10（奥斯特，安培，洛伦兹，亥姆霍兹） 2010-09-14 17:13 (分类:物理奥赛) 奥斯特 长期以来，磁现象和电现象一直是被分别进行研究的，库仑曾证明：“电与磁是完全不同的实体”；安培也说过：“电和磁是相互独立的两种不同的流体”；托马斯杨说：“没有任何理由去设想电与磁之间存在任何直接的联系。” 奥斯特深受康德关于各种自然力相互转化的哲学思想的影响，在自然科学研究中，始终坚持自然界各种现象相互联系的观点。 然而，一位名叫威克菲尔德的小商人，就曾描述过雷电使他箱子中的刀、叉、钢针磁化现象；富兰克林发现莱放电可以使焊条、钢针磁化或退磁。德国巴伐利亚电学研究院提出了一个有奖征文题目电力和磁力是否存在着实际的和物理的相似性呢？ 奥斯特以前是将磁针方法导线的延长线上。1820(嘉庆皇帝第二子道光即位, 29岁) 年4 月的一天，奥斯特在进行一次的演讲。奥斯特把导线和磁针平行放置进行实验。 1820年，他发现胡椒中刺激性成分之一的胡椒碱。1825(道光四年)年，他首次分离出金属铝。 法拉第在评价奥斯特的发现时说：它猛然打开了一个科学领域的大门，那里过去是一片漆黑，如今充满了光明。安培也曾写道：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。 童话作家安徒生就是奥斯特教授的学生，也是他非常亲密的朋友。安徒生创作的童话两兄弟，就是以奥斯特和他的哥哥安德斯桑多为原型的。 Fourier 个人和Napoleon关系不错，但Napoleon后来对他不太满意，因为当Napoleon东山再起时Fourier躲着不想见他。但Napoleon还是委以重任，主管法国科学院，他上任之后的第一个任务就是出版自己的书。Fourier变换于是乎变得重要了，就开始有人和他争优先权，就是那个和他一起争论文评奖的那位，叫做Biot，(Biot-Savart定律的那个)。 Biot,Savart做出特殊情况下的载流导线对磁极作用实验，找Laplace做数学处理，“虽然不严格，微了再说”，“这个微当然不用Laplace，我们谁都会做”，“有个结果，就先微微再说”。安培 1775年1月22日生于里昂一个富商家庭。年少时就显出数学才能。他的父亲信奉卢梭的教育思想，供给他大量图书，令其走自学的道路，于是他博览群书，吸取营养；卢梭关于植物学的著作燃起了他对科学的热情。安培1 2 岁学会了微积分，1 4 岁就读完吉德罗和达拉姆伯主编的2 0 卷的百科全书。1802年他在布尔让-布雷斯中央学校任物理学和化学教授；1808年被任命为新建的大学联合组织的总监事，此后一直担任此职；1814年被选为帝国学院数学部成员；1819年主持巴黎大学哲学讲座；1824年担任法兰西学院实验物理学教授。1836年6月10日在巡视法国各大学途经马赛时逝世。终年61岁。 安培最主要的成就是18201827年对电磁作用的研究。安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学”，1827年安培将他的电磁现象的研究综合在电动力学现象的数学理论一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献，电流的单位“安培”是以他的姓氏命名的。他在数学和化学方面也有不少贡献。他曾研究过概率论和积分偏微方程；他几乎与H戴维同时认识元素氯和碘，导出过阿伏伽德罗定律，论证过恒温下体积和压强之间的关系，还试图寻找各种元素的分类和排列顺序关系。1、怀表变卵石安培思考科学问题专心致志。据说有一次，安培正慢慢地向他任教的学校走去，边走边思索着一个电学问题。经过塞纳河的时候，他随手拣起一块鹅卵石装进口袋。过一会儿，又从口袋里掏出来扔到河里。到学校后，他走进教室，习惯地掏怀表看时间，拿出来的却是一块鹅卵石。原来，怀表已被扔进了塞纳河。2、马车车厢做“黑板”还有一次，安培在街上行走，走着走着，想出了一个电学问题的算式，正为没有地方运算而发愁。突然，他见到面前有一块“黑板”，就拿出随身携带的粉笔，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，直到他实在追不上马车了才停下脚步。安培这个失常的行动，使街上的人笑得前仰后合。3、“电学中的牛顿”安培将他的研究综合在电动力学现象的数学理论一书中，成为电磁学史上一部重要的经典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一，还把安培誉为“电学中的牛顿”。 Ampre从数学转行研究电磁学，因为“未开垦的处女地实在太可爱了”。 最开始搞数学和化学，直到44岁，还没有在物理学上取得进展。在奥斯特发现电流的磁效应一年后，他就提出了分子电流的假说。后来，他的分子电流假说受到攻击。为了维护自己的理论，他尝试了各种各样的实验，并在实验中观察到了磁生电的现象。但是他太专注于维护他的分子电流假说，而忽视了这一发现。这个伟大的发现，留给了10年后的法拉第。 安培根据两个螺线管通有电流时,它们会跟两根磁棒那样相互作用, 提出了“ 磁就是电流” 的假说。菲涅耳认为既然磁棒中有电流, 它就应当产生宏观热效应, 但实际上无法测出磁棒的自发温升, 因此他建议安培用分子电流来代替磁体中的宏观电流, 这样既能保证他的“磁就是电流” 的前提, 又能超脱宏观电流热效应的束缚安培接受了菲涅耳的意见, 提出了著名的安培分子电流假说 电流元与电流元之间的作用, 正如质点与质点之间的相互作用一样,是沿直线传播。 安培在分子电流假说的基础上开始建造超距电动力学的“ 大厦” 在他的电动力学框架中, 所有电磁现象和纯磁学现象都简化成为电流与电流相互作用的力学现象他否定了磁, 而认定电流是唯一可能的磁源实体。 阿喇戈和洪堡在年于英国格林尼治山测量地磁场强度时偶然发现, 金属可以阻尼磁针的振荡, 这实际上是人类发现的第一个电磁感应现象两年后, 阿喇戈根据这一现象做了铜圆盘实验, 他将一个铜圆盘装在一个垂直轴上, 让它自由旋转,再在铜盘上方自由悬吊一根磁针他发现, 当铜盘旋转时, 磁针跟着旋转, 但稍有滞后反之, 当磁针旋转时, 铜盘亦然这就是电磁学史上著名的“ 阿喇戈圆盘实验” 当时, 各个学派或个人都竞相对它作出解释, 谁都认为自己的解释最完美, 但谁也没有真正地解释它, 就连安培电动力学也不例外，阿喇戈提出的问题直到法拉第才给予了完美的解释。正是由于对阿喇戈洪堡现象的研究, 使法拉第从那里起步, 一步一步地深人到电磁感应现象的新世界, 最后导致电磁感应定律的发现。而阿喇戈洪堡现象的潜在意义, 在于它导致了法拉第电磁感应定律的发现, 阿喇戈也因这项实验在那年荣获了伦敦皇家学会科普勒奖章。洛仑兹洛仑兹1853年7月18日生于荷兰的安恒，这个小城以造纸和印刷业著称。那时欧洲的教科书大都印有“安恒”两个字。洛仑兹的爸爸是开镜子店的，已经传了三代了。25岁评上教授。从1919年开始，每当洛仑兹授课，莱顿大学都要派专人进行记录。荷兰政府从1945年起，将7月8日定位洛仑兹节。60岁（1912年）洛伦兹辞去莱顿大学教授职务，到哈勒姆担任一个博物馆的顾问。 19191926年在教育部门工作，68岁（1921年）起担任高等教育部部长。洛伦兹于1928年2月4日在荷兰的哈勃姆去世，终年75岁。为了悼念这位荷兰近代文化的巨人，举行葬礼的那天，荷兰全国的电信、电话中止三分钟。亥姆霍兹 德国物理学家、生理学家。1821年10月31日生于柏林的波茨坦。中学毕业后由于经济上的原因未能进大学，以毕业后需在军队服役 8年的条件取得公费进了在柏林的王家医学科学院。学习期间，还在柏林大学听了许多化学和生理学课程。1842年获得医学博士学位后,被任命为驻波茨坦驻军军医,这期间他开始研究生理学特别是感觉生理学。1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于力的守恒”讲演，在科学界赢得很大的声望，从而第二年被特许从军队退役，担任柯尼斯堡大学的生理学副教授。亥姆霍兹在这次著名的讲演中，详细地从当时已有的科学成果第一次以数学方式提出今天大家理解的能量守恒定律。主要的论点是：一切科学都可以归结到力学；证明了牛顿力学和拉格朗日力学在数学上是等价的，因而可以用拉格朗日的方法以力所传递的能量或它所作的功来量度力；所有这种能量是守恒的。他发展了J.R.迈尔、J.P.焦耳等人的工作,讨论了当时已知的力学的、热学的、电学的、化学的各种科学成果，严谨地论证了各种运动中能量的守恒定律。这次讲演的内容后来写成专著力之守恒。在柯尼斯堡工作期间，亥姆霍兹测量了神经刺激的传播速度，发表了生理力学和生理光学方面的研究成果，并在德国各大学讲学。他还在1851年发明至今仍为眼科检查使用的检眼镜，并且提出了这种仪器的数学理论。1853年他第一次访问英国，同W.汤姆孙（即开尔文）成为挚友。亥姆霍兹在1855年转到波恩大学任解剖学和生理学教授，就在这时出版了生理学手册的第一卷，并开始致力于流体力学的涡流研究。1857年起他担任海德堡大学的生理学教授。他利用共鸣器(称亥姆霍兹共鸣器)来分离并加强声音的谐音。他指出同一频率和同一音强的声音由于倍频的不同而具有不同音色。1863年出版了他的巨著音调的生理基础。他还在当时的解剖学基础上研究人耳的听觉。1868年亥姆霍兹认为生理学已经扩大到不是一个人所能掌握的范围了；并且认为在德国，生理学已很有成就，而物理学却停滞不前；于是他转向物理学，于1871年任柏林大学物理学教授。在柏林，他开始研究电磁作用理论，由于他的一系列讲演，J.C.麦克斯韦的电磁理论才真正引起欧洲大陆物理学家的注意，并且导致他的学生H.R.赫兹在电磁波的研究中取得巨大的成就。他还研究过化学过程中的热力学，在1882年发表论文化学过程的热力学；把化学反应中的“束缚的”和“自由的”能量区别开来，前者只能转化为热，而后者却可以转化为其他形式的能量。从R.克劳修斯的方程，亥姆霍兹推导出早于J.W.吉布斯提出的方程此方程后来被称为吉布斯亥姆霍兹方程,其中 是自由能，是总内能，是热力学温度，就是熵。在吉布斯的转述中，应当是焓。亥姆霍兹不仅对当时的医学、生理学和物理学有重大的贡献，而且还一直致力于哲学认识论。L.玻耳兹曼曾经说过：“亥姆霍兹在四个领域中哲学、数学、物理学和生物学获得同样巨大成就。”他的“关于力的守恒”的讲演,就显示出他在这四个领域的成就,他把牛顿力学同拉格朗日力学统一起来，把当时生理学理论的“有生命力的”能量归结为物理学的能量，用数学形式表述了物理学和化学过程中能量转化的统一，而在这篇专论的开头，就提出他在认识论上的信念：世界是物质的，而物质必定守恒。他在哲学上是机械唯物论者，企图把一切运动归结为力学。这是当时文化、社会、历史的条件给予他的限制。 亥姆霍兹和韦伯之间的争论也使亥姆霍兹和韦伯两人之间的友好关系逐渐恶化，以致于在1881 年的第一届国际计量大会上，亥姆霍兹坚持采用“安培”而不用“韦伯”来表示电流的单位。 由于麦克斯韦理论自身存在的困难，想了解其理论的人望而却步，而亥姆霍兹在超距作用的势理论的基础上，引