电动力学。科学发现的历史和本质

电动力学。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

紧接着奥斯特的发现物理学家似乎很自然地用这样一个事实来解释它：当电流通过导体时，后者变成了磁铁。这个解释被阿拉戈接受了，也被比奥接受了。

后者在 1820 年做出了以下假设。当直线电流作用于磁性分子时，这种作用的性质与将磁化针沿一定方向放置在导体外围的性质相同，相对于伏特电流的方向是恒定的。比奥和其他分享他观点的物理学家通过在每个导体中的电流作用下产生的基本磁体的相互作用来解释电动作用：电流通过的每个导体变成一个磁管。

他给出了完全不同的解释。安培......但首先，关于他的传记几句话。

André-Marie Ampère (1775-1836) 出生在 Polemier 的小庄园，由他父亲在里昂附近买下。

安德烈的非凡能力在很小的时候就表现出来了。他从未上过学，但他很快就学会了阅读和算术。男孩把他在父亲图书馆里找到的所有东西都读了一遍。 14 岁时，他已阅读了法国百科全书的全部 XNUMX 卷。安德烈对物理和数学科学表现出特别的兴趣。但仅仅在这方面，他父亲的图书馆显然不够用，安德烈开始参观里昂学院的图书馆，阅读伟大数学家的著作。

13 岁时，安培向里昂学院展示了他的第一部数学作品。

1789年，法国资产阶级大革命开始了。安培的父亲被处决，他没有钱。安德烈不得不考虑他的生计，他决定搬到里昂，开设私人数学课程，直到他可以在任何教育机构找到一名全职教师。

生活成本稳步上升。尽管付出了所有的努力和储蓄，私人课程所赚取的资金仍然不够。终于，1802年，安培受邀在距里昂60公里的古省镇布尔坎布雷斯的中央学校教授物理和化学。从那一刻起，他开始了定期的教学活动，并持续了他的一生。

4 年 1803 月 1804 日，安培被任命为里昂学院的数学教师。 XNUMX年底，安培离开里昂移居巴黎，在著名的理工学院任教。

1807 年，安培被任命为理工学院教授。 1808年，这位科学家获得了大学总督察的职位。 1809 年至 1814 年间，安培发表了几篇关于级数理论的有价值的论文。

安培科学活动的全盛时期是 1814-1824 年，主要与科学院有关，28 年 1814 月 XNUMX 日，他因其在数学领域的优异成绩被选为科学院成员。

几乎直到 1820 年，这位科学家的主要兴趣都集中在数学、力学和化学问题上。他在化学领域的成就应该包括发现，不管阿伏伽德罗，各种气体的摩尔体积相等定律。它应该被正确地称为阿伏加德罗-安培定律。这位科学家还首次尝试根据化学元素特性的比较对其进行分类。

至于数学，他正是在这方面取得了成绩，这使他有理由提名他为学院数学系的候选人。安培一直认为数学是解决各种物理和技术应用问题的有力工具。

那时，他很少参与物理问题：这一时期只有两部著作，致力于光学和气体的分子动力学理论。

1820年，丹麦物理学家G.-H. 奥斯特发现磁针在载流导体附近会发生偏离。因此，人们发现了电流的一个显着特性——产生磁场。安培详细研究了这一现象。作为一系列实验的结果，他对磁现象的本质产生了新的看法。在第一周的艰苦工作结束时，他发现了一个不亚于奥斯特的重要发现——他发现了电流的相互作用。

18 年 1820 月 1822 日，他向巴黎科学院通报了他对电流有质动力相互作用的发现，他称之为电动力学。更准确地说，在他的第一份报告中，安培将这些行为称为“电流的吸引和排斥”，但后来他开始将它们称为“电流的吸引和排斥”。 XNUMX年，他创造了“电动力学”一词。

然后他展示了他的第一个实验并用以下的话结束了它们：“在这方面，我将所有磁现象都简化为纯电效应。” 在 25 月 XNUMX 日的一次会议上，他进一步发展了这些想法，展示了通过电流（螺线管）流动的螺旋像磁铁一样相互作用的实验。

安培的解释是他对科学的杰出贡献：它不是电流通过的导体变成磁铁，相反，磁铁是电流的集合。

事实上，安培说，如果我们假设磁铁中有一组圆形电流，在完全垂直于其轴的平面中以相同方向流动，那么平行于磁铁轴的电流将变成与这些圆形电流成一定角度的电流，这将导致电动力相互作用，使所有电流平行并指向同一方向。如果直导体是固定的，而磁铁是可移动的，那么磁铁是偏转的；如果磁铁是固定的，而导体是可移动的，那么导体就会移动。

正如马里奥·格里奥齐 (Mario Gliozzi) 在他的书中所写：“他 (Amp. - Approx. Aut.) 认为，如果将磁铁理解为沿一个方向引导的圆形平行电流系统，那么电流通过的金属线螺旋必须表现得像磁铁，也就是说，它必须在地球磁场的影响下占据一定的位置，并且有两个磁极。实验证实了关于这种螺旋在磁铁作用下的行为的假设，但结果关于在地球磁场影响下的螺旋行为的实验并不完全清楚。然后安培决定将载流导体绕一圈来澄清这个问题；结果证明这一圈的行为就像一个磁片。

因此，发现了一个难以理解的现象：单个线圈的行为就像磁板，而安培认为与磁板系统完全相同的螺旋的行为却不太像磁铁。在试图找出问题所在时，安培惊讶地发现，在电动力学现象中，螺旋导体的行为与两端相同的直导体完全相同。由此，安培得出结论，对于电动力和电磁作用，可以根据平行四边形规则添加和扩展电流元件。因此，电流元可以分解为两个分量，其中一个分量与轴平行，另一个分量垂直。如果我们将螺旋中不同元素的作用结果相加，那么所得到的结果将相当于沿轴流动的直线电流，以及垂直于轴且指向一个方向的环形电流系统。因此，为了使电流通过的螺旋完全像磁铁一样，有必要补偿直线电流的作用。如您所知，Ampere 通过沿轴线弯曲导体的末端非常简单地实现了这一点。但电流通过的螺旋和磁铁之间仍然存在差异：螺旋的磁极仅位于末端，而磁体的磁极位于内部点。为了消除最后一个差异，安培放弃了他最初关于电流直接垂直于磁体轴线的假设，并假设它们位于与轴线成不同角度的平面中。

并不是所有科学家都理解安培的新想法。他的一些杰出同事也不同意他们的看法。同时代人说，在安培首次报道导体与电流的相互作用之后，发生了以下奇怪的事件。 “事实上，你告诉我们的有什么新东西？”他的一个对手问安培，“不用说，如果两个电流对磁针有影响，那么它们也会对彼此产生影响。” 安培没有立即找到这个反对意见的答案。但随后阿拉戈来帮助他。他从口袋里掏出两把钥匙，说道：“它们各自对箭也有作用，但它们之间并没有任何作用，所以你的结论是错误的。安培发现，本质上是一个比奥斯特教授的发现更重要的新现象，受到我的尊敬。”

尽管受到科学对手的攻击，安培仍然继续他的实验。他决定以严格的数学公式的形式找到电流相互作用的定律，并发现了这条定律，现在以他的名字命名。因此，在安培的著作中，一门新的科学逐渐诞生——基于实验和数学理论的电动力学。这门科学的所有基本思想，都在表达中麦克斯韦，其实是在两周内“从这个牛顿电的脑袋里出来的”。

从 1820 年到 1826 年，安培发表了许多关于电动力学的理论和实验著作，几乎在科学院物理系的每一次会议上，他都发表了关于这一主题的报告。 1826年，他的最后一部经典著作《完全来自经验的电动力学现象理论》出版。

电线与电流和磁场相互作用的效果现在用于电动机、继电器和许多电气测量仪器中。

作者：萨明 D.K.

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