奥斯特定律。科学发现的历史和本质

奥斯特定律。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

电和磁之间的联系的想法，可以追溯到琥珀吸引绒毛和磁铁吸引铁屑之间最简单的相似之处，在空气中流传开来，欧洲许多最聪明的人都被带走了它。在文献中，钢针被电火花磁化，罗盘被闪电消磁的事实是众所周知的。阿尔迪尼关于电镀的论文（1804 年）提到了 Mojon，他用伏打柱磁化了钢针，以及 Romagnosi，他观察了磁针在伏打柱作用下的偏转。但所有这些事实都是随机观察的性质，不仅没有概括，甚至没有任何精确的描述。

奥斯特的优点首先在于他了解他的发现的重要性和新颖性，并引起了科学界的关注。

“科学的丹麦物理学家，教授，”写道安培，——他的伟大发现为物理学家开辟了一条新的研究道路。这些研究并非毫无结果；他们发现了许多值得所有对进步感兴趣的人关注的事实。

汉斯·克里斯蒂安·奥斯特 (1777-1851) 出生于丹麦兰格兰岛雷德科宾镇一个贫穷的药剂师家庭。这个家庭经常需要帮助，因此汉斯·克里斯蒂安和安德斯兄弟不得不尽可能地接受小学教育。

汉斯十二岁时就被迫站在父亲药房的柜台后面。在这里，医学长期吸引着他，取代了化学、历史、文学，并进一步增强了他对科学使命的信心。他决定进入哥本哈根大学，在那里他学习了一切——医学、物理学、天文学、哲学、诗歌。

1797年大学的金质奖章被授予他的论文《诗与散文的限度》。他的下一部作品也备受推崇，涉及碱的性质，他获得哲学博士头衔的论文专门研究医学。

XNUMX 岁时，奥斯特获得药学学位，XNUMX 岁时获得博士学位。凭借出色的论文答辩，汉斯前往大学在法国、德国和荷兰实习。在那里，奥斯特聆听了关于借助诗歌研究物理现象的可能性以及物理学与神话之间联系的讲座。

1806年，奥斯特成为哥本哈根大学教授，他对谢林哲学着迷，对热、光、电、磁之间的关系进行了很多思考。 1813年，他的著作《化学力和电力的同一性的调查》在法国出版。在其中，他首先表达了电与磁之间联系的想法。他写道：“你应该尝试看看电是否......不会对磁铁产生任何作用......”他的考虑很简单：电会产生光 - 火花，声音 - 噼啪声，最后，它会产生热量 - 闭合电流源夹子的电线变热。电不能产生磁作用吗？他们说奥斯特并没有放弃磁铁。那块铁肯定一直让他朝那个方向思考。磁铁一定在奥斯特的外套中移动了好几英里。

今天，任何小学生都可以很容易地重现奥斯特的经验，通过将铁屑倒在纸板上来展示“电气冲突的漩涡”，载流电线穿过纸板的中心。

但要检测电流的磁效应并不容易。俄罗斯物理学家彼得罗夫试图通过将电池的电极与铁和钢板连接起来来探测它们。在通电几个小时后，他没有发现这些板有任何磁化。有关于其他观察的信息，但完全可以肯定的是，奥斯特观察并描述了电流的磁效应。

15 年 1820 月 XNUMX 日，已经是哥本哈根大学化学名誉教授的奥斯特为他的学生做了一场讲座。讲座伴随着示威游行。实验室桌上有一个电流源、一根闭合夹子的电线和一个指南针。就在奥斯特关闭电路的时候，罗盘指针一缩，转了转。当电路打开时，箭头又回来了。这是对电和磁之间联系的第一次实验确认，这是许多科学家长期以来一直在寻找的东西。

似乎一切都清楚了。奥斯特向学生们展示了对现象普遍联系这一由来已久的想法的另一个确认。但是为什么会有质疑呢？为何随后围绕这一事件的情况引发了如此多的争议？事实是，听过讲座的学生后来讲了完全不同的东西。据他们说，奥斯特只是想在讲座上展示一种有趣的电的特性来加热电线，而指南针很意外地落在了桌子上。他们解释说罗盘就在这根电线旁边是偶然的，而且在他们看来，一个目光敏锐的学生非常偶然地引起了人们对转向箭头的注意，而教授对此感到惊讶和高兴。对他们来说，是真实的。奥斯特本人在他后来的作品中写道：“在场的所有人都是我提前宣布实验结果的见证人。因此，这一发现并非偶然，正如希尔伯特教授所希望的那样从我第一次宣布开业时使用的那些表达中得出结论。”

奥斯特的发现是巧合吗？毕竟，必要的仪器、它们的相互布置和“操作模式”的完美组合可以在任何实验室中获得吗？是的。但在这种情况下，随机性是自然的——奥斯特是当时为数不多的研究现象之间联系的研究人员之一。

然而，值得回到奥斯特发现的本质。不得不说，讲座实验中的罗盘指针的偏差非常小。 1820 年 XNUMX 月，奥斯特再次重复实验，使用更强大的电流源电池。现在效果变得更强了，而且越强，他用来闭合电池触点的电线就越粗。此外，他发现了一件奇怪的事情，不符合牛顿关于作用和反应的想法。作用在磁铁和电线之间的力不是沿着连接它们的直线，而是垂直于它。用奥斯特的话来说，“电流的磁效应会围绕它做圆周运动。” 磁针从不指向金属丝，而是始终与环绕金属丝的圆圈相切。就好像看不见的磁力凝块围绕着电线旋转，拉出一根轻的罗盘指针。这让科学家感到惊讶。这就是为什么在他的四页“小册子”中，他害怕不信任和嘲笑，仔细列举了证人，不忘记提及他们的任何科学价值。

奥斯特一般对实验给出了不正确的理论解释，从而对电磁现象的涡旋性质产生了深刻的思考。他写道：“此外，从所做的观察可以得出结论，这种冲突在电线周围形成了一个漩涡。” 换句话说，磁场线围绕着载流导体，或者电流是磁场涡旋。这是电动力学第一基本定律的内容，也是科学家发现的本质。奥斯特的经历不仅证明了电和磁之间的联系。向他揭示的是一个不符合已知法律框架的新谜团。

21 年 1820 月 XNUMX 日，在哥本哈根，小册子《关于磁针上的电冲突作用的实验》以拉丁文出版，奥斯特将其寄给了所有的科研机构和物理学期刊。通过这一点，他想强调他的发现的重要性。而且，确实，奥斯特的发现给人留下了一种科学轰动的印象，并引起了如此强烈的共鸣，以至于可以毫不夸张地说：电镀现象的重生。

由于奥斯特的发现，有可能在两组现象之间建立联系，这两种现象自希尔伯特时代以来就被认为是根本不同的。一种新型的交互方式已经开启。到目前为止，物理学已经知道中心力。金属丝不会吸引或排斥箭头的两极，而是将其垂直于其长度。 “奥斯特的实验完全违背了力学的基本规则，”阿拉戈指出。

最后，一项新发现为物理学家提供了构建灵敏且方便的电流指示器的方法。早在 1820 年 67 月，施威格就发明了乘数，在 1821 年吉尔伯特年鉴的第 XNUMX 卷中，出现了波根多夫对现代校服中乘数设计的描述。

最后，新交互的效率和灵活性包含了未来电力技术应用的种子。

在奥斯特的回忆录出版后，进一步的事件以非常不寻常的速度发展，这对于当时悠闲的科学来说是非常不寻常的。几天后，这本回忆录出现在阿拉戈当时正在访问的日内瓦。第一次接触奥斯特的经历就向他证明，他和许多其他人一直在努力解决的问题已经找到了答案。实验的印象是如此之好，以至于在场的一个人站了起来，兴奋地说出了后来成名的一句话：“先生们，有一场革命！”

阿拉戈震惊地回到巴黎。4 年 1820 月 22 日，在他返回后立即参加的学院第一次会议上，他口头报告了奥斯特的实验。记录员懒惰的手在学术期刊上做的笔记证明，院士们已经在 XNUMX 月 XNUMX 日的下一次会议上要求阿拉戈展示所有在场的人奥斯特的经历，正如他们所说，“全尺寸”。

安培院士特别认真地听取了阿拉戈的讲话。或许，在那一刻，他觉得，当着全世界的面，从奥斯特手中接过发现的接力棒的时候到了。他和阿拉戈、奥斯特一样，等待这个时刻已经很久了——大约二十年了。 4 年 1820 月 XNUMX 日，时刻到来了，安培意识到他必须采取行动。短短两周内，他就向全世界公布了自己的研究成果。

作者：萨明 D.K.

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