基本介紹
簡(jiǎn)介
漢斯·奧斯特(Hans Christian ?rsted,1777年8月14日-1851年3月9日),丹麥物理學(xué)家、化學(xué)家。1777年8月14日生于丹麥的蘭格朗島魯?shù)聠藤e一個(gè)藥劑師家庭。12歲開(kāi)始幫助父親在藥房里干活,同時(shí)堅(jiān)持學(xué)習(xí)化學(xué)。由于刻苦攻讀,17歲以?xún)?yōu)異的成績(jī)考取了哥本哈根大學(xué)的免費(fèi)生,學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)和自然科學(xué)。他一邊當(dāng)家庭教師,一邊在學(xué)校學(xué)習(xí)藥物學(xué)、天文、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等。在物理學(xué)領(lǐng)域,他首先發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)線的電流會(huì)產(chǎn)生作用力于磁針,使磁針改變方向。在化學(xué)領(lǐng)域,鋁元素是他最先發(fā)現(xiàn)的。十九世紀(jì)后期,在科學(xué)方面的后康德哲學(xué)和演進(jìn),由于他的寫(xiě)作而更見(jiàn)雛形。他也是第一位明確地描述思想實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)代思想家,發(fā)明了思想實(shí)驗(yàn)(Gedankenexperiment)這一名詞。
1799年獲得博士學(xué)位。1801—1803年他旅游德國(guó)、法國(guó)等地,于1804年回國(guó)。1806年被聘為哥本哈根大學(xué)物理、化學(xué)教授,研究電流和聲等課題。1815年起任丹麥皇家學(xué)會(huì)常務(wù)秘書(shū)。1820年因電流磁效應(yīng)這一杰出發(fā)現(xiàn)獲英國(guó)皇家學(xué)會(huì)科普利獎(jiǎng)?wù)隆?824年倡議成立丹麥自然科學(xué)促進(jìn)會(huì),1829年出任丹麥技術(shù)大學(xué)校長(zhǎng),直到1851年3月9日在哥本哈根逝世,終年74歲。
生平
漢斯·奧斯特生于丹麥朗格蘭島(Langeland)上的一個(gè)小鎮(zhèn)Rudk?bing。他的父親索倫·奧斯特(S?ren Christian ?rsted)是一位藥劑師,在小鎮(zhèn)里開(kāi)了一個(gè)藥局。由于小鎮(zhèn)里沒(méi)有正式學(xué)校,漢斯和弟弟安德斯·奧斯特(Anders Sand?e ?rsted)只能跟著鎮(zhèn)上教育水平較高的長(zhǎng)輩學(xué)習(xí)各種各樣的知識(shí)。漢斯常常幫助父親在藥局里工作,因此學(xué)會(huì)了一點(diǎn)基礎(chǔ)化學(xué)。雖然如此,他們都仍舊能夠以?xún)?yōu)等的成績(jī)通過(guò)哥本哈根大學(xué)的入學(xué)考試。安德斯想要從事律師行業(yè),而漢斯則對(duì)文學(xué)和哲學(xué)具有濃厚的興趣。于1799年,漢斯得到博士學(xué)位,論文主題是《大自然形而上學(xué)的知識(shí)架構(gòu)》。
畢業(yè)后,漢斯·奧斯特成為大學(xué)講師。另外,他還在一位醫(yī)學(xué)院教授的藥局做配藥師。1801年,漢斯·奧斯特得到一筆為期三年的游學(xué)獎(jiǎng)學(xué)金,可以出國(guó)游學(xué)。他在德國(guó)遇到了約翰·芮特(Johan Wilhelm Ritter),一位優(yōu)秀的物理學(xué)家,兩人成為莫逆之友。芮特深信在電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間,隱藏著一種物理關(guān)系。奧斯特覺(jué)得這點(diǎn)子蠻有意思。他開(kāi)始朝這學(xué)術(shù)方向?qū)W習(xí)發(fā)展。奧斯特有教書(shū)的天分,他的講課廣受大眾歡迎。于1806年,他任聘哥本哈根大學(xué)教授。他的研究領(lǐng)域是電學(xué)和聲學(xué)。在他的努力指導(dǎo)與推行之下,哥本哈根大學(xué)發(fā)展出一套完整的物理和化學(xué)課程,并且建立了一系列嶄新的實(shí)驗(yàn)室。
1814年,奧斯特與Inger Bellum在哥本哈根共締良緣,共育有三男四女。
于1820年,奧斯特意外地發(fā)現(xiàn)他首先發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)線的電流會(huì)作用于磁針,使磁針改變方向,從此舉世聞名,得到很多獎(jiǎng)?wù)屡c榮譽(yù)。1822年當(dāng)選為瑞典皇家科學(xué)院外籍院士。為了提升丹麥的科技水平,于1829年,他創(chuàng)建了College of Advanced Technology(丹麥語(yǔ):Den Polytekniske L?reanstalt,1933年更名為丹麥技術(shù)大學(xué)),并且任職為校長(zhǎng),一直到他往生。他埋葬于哥本哈根的Assistens Cemetery。
奧斯特一家在法律界和政治界都出人頭地,成就非凡。他的妹妹,芭芭拉(Barbara Albertine ?rsted)的先生Georg Jacob Bull后來(lái)成為挪威最高法院從1814年至1827年的首席大法官,芭芭拉的兒子Anders Sand?e ?rsted Bull兩度成為挪威國(guó)防部長(zhǎng)和奧斯陸市長(zhǎng);他的弟弟安德斯·奧斯特成為1853年至1854年期間的丹麥總理。
影響及成就
奧斯特是一位熱情洋溢重視科研和實(shí)驗(yàn)的教師,他說(shuō):“我不喜歡那種沒(méi)有實(shí)驗(yàn)的枯燥的講課,所有的科學(xué)研究都是從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的”。因此受到學(xué)生歡迎。他還是卓越的講演家和自然科學(xué)普及工作者,1824年倡議成立丹麥科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì),創(chuàng)建了丹麥第一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)室。
1908年丹麥自然科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)建立“奧斯特獎(jiǎng)?wù)隆,以表彰做出重大貢獻(xiàn)的物理學(xué)家。奧斯特的功績(jī)受到了學(xué)術(shù)界的公認(rèn),為了紀(jì)念他,國(guó)際上從1934年起命名磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位為奧斯特,簡(jiǎn)稱(chēng)“奧”。1937年美國(guó)物理教師協(xié)會(huì)設(shè)立“奧斯特獎(jiǎng)?wù)隆,?jiǎng)勵(lì)在物理教學(xué)上做出貢獻(xiàn)的物理教師。
他的重要論文在1920年整理出版,書(shū)名是《奧斯特科學(xué)論文》。
實(shí)驗(yàn)信息
起因
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(lái)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(kù)侖的論斷,發(fā)現(xiàn)庫(kù)侖研究的對(duì)象全是靜電和靜磁,確實(shí)不可能轉(zhuǎn)化。他猜測(cè),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(méi)有相互作用來(lái)進(jìn)行探索。
實(shí)驗(yàn)
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(méi)有引起聽(tīng)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?chē)紩?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(xiě)成《論磁針的電流撞擊實(shí)驗(yàn)》的論文,這篇僅用了4頁(yè)紙的論文,是一篇極其簡(jiǎn)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?chē);沿著螺紋方向垂直于導(dǎo)線;電流對(duì)磁針的作用可以穿過(guò)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)。
意義
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(xiě)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(kāi)了物理學(xué)史上的一個(gè)新紀(jì)元。
科學(xué)成就
電磁效應(yīng)
漢斯·克里斯蒂安·奧斯特自從庫(kù)侖提出電和磁有本質(zhì)上的區(qū)別以來(lái),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(guò)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(lái)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(méi)有引起聽(tīng)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)。
電磁學(xué)
奧斯特認(rèn)為在通電導(dǎo)線的周?chē),發(fā)生一種“電流沖擊”。這種沖擊只能作用在磁性粒子上,對(duì)非磁性物體是可以穿過(guò)的。磁性物質(zhì)或磁性粒子受到這些沖擊時(shí),阻礙它穿過(guò),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(duì)磁效應(yīng)的解釋?zhuān)m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)。
其它方面
奧斯特曾經(jīng)對(duì)化學(xué)親合力等作了研究。1822年他精密地測(cè)定了水的壓縮系數(shù)值,論證了水的可壓縮性。1823年他還對(duì)溫差電現(xiàn)象作出了成功的研究。他對(duì)庫(kù)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(即利用稀的鉀汞齊與氯化鋁反應(yīng)分離出金屬鋁),但純度不高,以致這項(xiàng)成就在冶金史上歸屬于德國(guó)化學(xué)家弗里德里希·維勒,他最后一項(xiàng)研究是40年代末期對(duì)抗磁體的研究,試圖用反極性的反感應(yīng)效應(yīng)來(lái)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(guò)了奧斯特及其法國(guó)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(guò),奧斯特研究抗磁體的方法仍具有很深的影響。
紀(jì)念
哥本哈根大學(xué)的奧斯特學(xué)院以其名字命名。
丹麥技術(shù)大學(xué)設(shè)有H.C. ?rsted Lecturer的榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。
美國(guó)物理教師協(xié)會(huì)“奧斯特獎(jiǎng)?wù)隆薄?/p>
丹麥的第一顆衛(wèi)星命名為奧斯特。
單位奧斯特
奧斯特(Oersted)是厘米-克-秒制里的磁場(chǎng)強(qiáng)度(H場(chǎng))、磁化強(qiáng)度的單位,簡(jiǎn)稱(chēng)“奧”(Oe)。1930年,國(guó)際電工委員會(huì)為了紀(jì)念丹麥物理學(xué)者漢斯·奧斯特,特將此單位命名為奧斯特。
奧斯特定義為達(dá)因(dyn)每單位磁荷。轉(zhuǎn)換至國(guó)際單位制,1奧斯特等于1000/4π(≈79.5774715)安培/米。
在卷繞79.58匝每米,帶有1安培電流的超長(zhǎng)螺線管內(nèi)的H場(chǎng)大約為1奧斯特。當(dāng)10安培的穩(wěn)恒電流通過(guò)無(wú)限長(zhǎng)的細(xì)直導(dǎo)線時(shí),距離導(dǎo)線2厘米處的H場(chǎng)為1奧斯特。當(dāng)10安培電流通過(guò)半徑為1厘米的単匝環(huán)形線圈時(shí),在環(huán)心處的H場(chǎng)為2π奧斯特。在厘米-克-秒制里,H場(chǎng)的單位是奧斯特,磁感應(yīng)強(qiáng)度(B場(chǎng))的單位是高斯。在國(guó)際單位制里,H場(chǎng)的單位是安培/米,B場(chǎng)的單位是特斯拉。
奧斯特與B場(chǎng)的單位高斯密切相關(guān)。在真空里,假若H場(chǎng)是1奧斯特,則B場(chǎng)是1高斯。在磁導(dǎo)率為的介質(zhì)里,B場(chǎng)(高斯)與H場(chǎng)(奧斯特)的關(guān)系為B=uH。