漢斯·克里斯蒂安·奧斯特-科學(xué)成就
1.1820年發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)
自從庫侖提出電和磁有本質(zhì)上的區(qū)別以來,很少有人再會(huì)去考慮它們之間的聯(lián)系。而安培和畢奧等物理學(xué)家認(rèn)為電和磁不會(huì)有任何聯(lián)系?墒菉W斯特一直相信電、磁、光、熱等現(xiàn)象相互存在內(nèi)在的聯(lián)系,尤其是富蘭克林曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)萊頓瓶放電能使鋼針磁化,更堅(jiān)定了他的觀點(diǎn)。當(dāng)時(shí),有些人做過實(shí)驗(yàn),尋求電和磁的聯(lián)系,結(jié)果都失敗了。奧斯特分析這些實(shí)驗(yàn)后認(rèn)為:在電流方向上去找效應(yīng),看來是不可能的,那么磁效應(yīng)的作用會(huì)不會(huì)是橫向的?
在1820年4月,有一次晚上講座,奧斯特演示了電流磁效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)伽伐尼電池與鉑絲相連時(shí),靠近鉑絲的小磁針擺動(dòng)了。這一不顯眼的現(xiàn)象沒有引起聽眾的注意,而奧斯特非常興奮,他接連三個(gè)月深入地研究,在1820年7月21日,他宣布了實(shí)驗(yàn)情況。
奧斯特將導(dǎo)線的一端和伽伐尼電池正極連接,導(dǎo)線沿南北方向平行地放在小磁針的上方,當(dāng)導(dǎo)線另一端連到負(fù)極時(shí),磁針立即指向東西方向。把玻璃板、木片、石塊等非磁性物體插在導(dǎo)線和磁針之間,甚至把小磁針浸在盛水的銅盒子里,磁針照樣偏轉(zhuǎn)。
奧斯特認(rèn)為在通電導(dǎo)線的周圍,發(fā)生一種“電流沖擊”。這種沖擊只能作用在磁性粒子上,對非磁性物體是可以穿過的。磁性物質(zhì)或磁性粒子受到這些沖擊時(shí),阻礙它穿過,于是就被帶動(dòng),發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。
導(dǎo)線放在磁針的下面,小磁針就向相反方向偏轉(zhuǎn);如果導(dǎo)線水平地沿東西方向放置,這時(shí)不論將導(dǎo)線放在磁針的上面還是下面,磁針始終保持靜止。
他認(rèn)為電流沖擊是沿著以導(dǎo)線為軸線的螺旋線方向傳播,螺紋方向與軸線保持垂直。這就是形象的橫向效應(yīng)的描述。
奧斯特對磁效應(yīng)的解釋,雖然不完全正確,但并不影響這一實(shí)驗(yàn)的重大意義,它證明了電和磁能相互轉(zhuǎn)化,這為電磁學(xué)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。
2.其它方面的成就
奧斯特曾經(jīng)對化學(xué)親合力等作了研究。1822年他精密地測定了水的壓縮系數(shù)值,論證了水的可壓縮性。1823年他還對溫差電現(xiàn)象作出了成功的研究。他對庫侖扭秤也作了一些重要的改進(jìn)。
奧斯特在1825年最早提煉出鋁,但純度不高,以致這項(xiàng)成就在冶金史上歸屬于德國化學(xué)家弗里德里希·維勒(1827)。他最后一項(xiàng)研究是40年代末期對抗磁體的研究,試圖用反極性的反感應(yīng)效應(yīng)來解釋物質(zhì)的抗磁性。同一時(shí)期邁克爾·法拉第在這方面的成就超過了奧斯特及其法國的同輩。法拉第證明不存在所謂的反磁極。并用磁導(dǎo)率和磁力線的概念統(tǒng)一解釋了磁性和抗磁性。不過,奧斯特研究抗磁體的方法仍具有很深的影響。
3.出版了《奧斯特科學(xué)論文》集
他的重要論文在1920年整理出版,書名是《奧斯特科學(xué)論文》。
漢斯·克里斯蒂安·奧斯特-趣聞軼事
1.磁針的跳動(dòng),使他激動(dòng)得摔了一跤
奧斯特早在讀大學(xué)時(shí)就深受康德哲學(xué)思想的影響,認(rèn)為各種自然力都來自同一根源,可以相互轉(zhuǎn)化。他一直堅(jiān)信電和磁之間一定有某種關(guān)系,電一定可以轉(zhuǎn)化為磁。當(dāng)務(wù)之急是怎樣找到實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的條件。奧斯特仔細(xì)地審查了庫侖的論斷,發(fā)現(xiàn)庫侖研究的對象全是靜電和靜磁,確實(shí)不可能轉(zhuǎn)化。他猜測,非靜電、非靜磁可能是轉(zhuǎn)化的條件,應(yīng)該把注意力集中到電流和磁體有沒有相互作用的課題上去。他決心用實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行探索。
1819年上半年到1820年下半年,奧斯特一面擔(dān)任電、磁學(xué)講座的主講,一面繼續(xù)研究電、磁關(guān)系。1820年4月,在一次講演快結(jié)束的時(shí)候,奧斯特抱著試試看的心情又作了一次實(shí)驗(yàn)。他把一條非常細(xì)的鉑導(dǎo)線放在一根用玻璃罩罩著的小磁針上方,接通電源的瞬間,發(fā)現(xiàn)磁針跳動(dòng)了一下。這一跳,使有心的奧斯特喜出望外,竟激動(dòng)得在講臺(tái)上摔了一跤。但是因?yàn)槠D(zhuǎn)角度很小,而且不很規(guī)則,這一跳并沒有引起聽眾注意。以后,奧斯特花了三個(gè)月,作了許多次實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)磁針在電流周圍都會(huì)偏轉(zhuǎn)。在導(dǎo)線的上方和導(dǎo)線的下方,磁針偏轉(zhuǎn)方向相反。在導(dǎo)體和磁針之間放置非磁性物質(zhì),比如木頭、玻璃、水、松香等,不會(huì)影響磁針的偏轉(zhuǎn)。
1820年7月21日,奧斯特寫成《論磁針的電流撞擊實(shí)驗(yàn)》的論文,這篇僅用了4頁紙的論文,是一篇極其簡潔的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。奧斯特在報(bào)告中講述了他的實(shí)驗(yàn)裝置和60多個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,從實(shí)驗(yàn)總結(jié)出:電流的作用僅存在于載流導(dǎo)線的周圍;沿著螺紋方向垂直于導(dǎo)線;電流對磁針的作用可以穿過各種不同的介質(zhì);作用的強(qiáng)弱決定于介質(zhì),也決定于導(dǎo)線到磁針的距離和電流的強(qiáng)弱;銅和其他一些材料做的針不受電流作用;通電的環(huán)形導(dǎo)體相當(dāng)于一個(gè)磁針,具有兩個(gè)磁極,等等。正式向?qū)W術(shù)界宣告發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)。
奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng),是科學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn),它立即引起了那些懂得它的重要性和價(jià)值的人們的注意。在這一重大發(fā)現(xiàn)之后,一系列的新發(fā)現(xiàn)接連出現(xiàn)。兩個(gè)月后安培發(fā)現(xiàn)了電流間的相互作用,阿拉果制成了第一個(gè)電磁鐵,施魏格發(fā)明電流計(jì)等。安培曾寫道:“奧斯特先生……已經(jīng)永遠(yuǎn)把他的名字和一個(gè)新紀(jì)元聯(lián)系在一起了.”奧斯特的發(fā)現(xiàn)揭開了物理學(xué)史上的一個(gè)新紀(jì)元.