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1820年电流的磁效应被发现以后,电磁领域迅速成为物理界最热闹的地方,法国物理学家安培当然也不会放过这个机会。他经过6年的反复试验和数学推敲之后,提出了著名的“安培定律”,为电磁学开辟了一个更为广阔的天地。
1775年1月22日,安培生于里昂一个富商家庭。安培是个数学奇才,很小的时候就学会了数学的基本知识,12岁就开始学习微积分,18岁时已能重复拉格朗日的《分析力学》中的部分计算。24岁开始在里昂教授数学,并开始对数学进行系统地研究,后来撰写了概率论的论文,不仅引起了社会上的广泛注意,同时也为他在电磁学上的研究打下了坚实的数学基础。安培最主要的成就集中在1820~1827年对电磁作用的研究上。在这七八年间,安培发现电流的相互作用规律、提出了右手定则(后被命名为安培定则)、发明了电流计、总结出安培定律等一系列重大突破。经他的努力,电磁学像拨云见日一样,变得无限的开阔。
在这么短的时间内,安培能取得如此大的成果,这在科学史上是不多见的,这当然和他的勤奋是分不开的。他工作不但勤奋刻苦,而且专心致志,甚至达到忘我的程度。据说有一次,安培在通往他任教的学校路上,一边走一边思索着一个电学问题。当经过塞纳河的时候,他随手拣起一块鹅卵石装进口袋。过一会儿,他又掏出那块“石头”扔到了河里。当他到学校后,走进教室,习惯地掏怀表看时间,却发现拿出来的是一块鹅卵石,而扔进了塞纳河的是自己的怀表。
关于他忘我思考,还有一个流传更为广泛的故事。一次,安培在街上散步,走着走着,想出了一个电学问题的算式,但找不到计算的地方而心急如焚。突然,他发现面前有一块“黑板”,就迫不及待地拿出粉笔,在上面运算起来。原来那“黑板”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、失望地望着远去的“黑板”,却没有觉察到笑得前仰后合的路人。
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,对以后电磁学的发展起了深远的影响,麦克斯韦称赞安培的研究工作是“科学上最光辉的成就之一”,还把安培誉为“电学中的牛顿”。
安培的成就是多方面的,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。他几乎与戴维同时认识元素氯和碘,并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。
1836年6月10日,安培因患急性肺炎,医治无效,在马赛去世,终年61岁。后人为了纪念他在电磁学上的杰出贡献,将电流的单位命名为“安培”。
飘飘飞雪
安德烈·玛丽·安培1775年出生在法国里昂,安培的父亲一开始曾教他学习拉丁文,但是由于安培出色的数学天赋,所以他父亲很快就发现安培的数学才能尤其出众,进而转教其数学。据安培回忆他所所的数学知识早在他18岁的时候已经基本完成了。 1820年4月丹麦物理学家奥斯特在一次上课中偶然发现让通电的导线靠近小磁针结果小磁针偏转现象,在当时人们认为电与磁是两个分离的学科,所以周围的其他并没有留意这个现象,但是细心的奥斯特则紧紧抓住这个现象,连续研究三个月、几十次实验——奥斯特实验。同年七月奥斯特发表论文表示:如果在直导线附近(导线需要南北放置),放置一枚小磁针,则当导线中有电流通过时,磁针将发生偏转——这是人们首次发现电生磁的事件,这也是把原本人们认为电与磁是两个分支的物理学连接在一起的开端。 奥斯特的论文一经发表就在整个物理学界产生滔天巨浪。物理学家们为了研究电与磁的关系进行了大量实验,下面我举两个实验说明。 然而毕奥和萨法尔并不满足于奥斯特实验现象,他们要追求的是电生磁的本质。那么电流究竟是怎样产生磁场呢?现在不妨让我们大胆一次,假设你能找到一个电流元(微小的通电导线等可以通过微积分得来),并观察电流元对磁极产生的作用进行数学的总结。但事实上比奥和萨法尔高等数学并没有那么尽人意,他们通过长直和弯折载流导线对磁极作用力的实验,得出了作用力与距离和弯折角的关系。在数学家拉普拉斯的帮助下,经过适当的分析,得到了电流元对磁极作用力的规律。进一步总计得出毕奥——萨伐尔定律(有的资料资料上也称为毕奥——萨伐尔定律——拉普拉斯定律)即:电流元Idl 在空间某点P处产生的磁感应强度 dB 的大小与电流元Idl 的大小成正比,与电流元Idl 所在处到 P点的位置矢量和电流元Idl 之间的夹角的正弦成正比, 而与电流元Idl 到P点的距离的平方成反比。 相对于毕奥和萨法尔,安培则提出来的思想则更为深远影响。因为安培提出了寻找电流元相互作用规律的基本问题也即要选找两个电流元件,然而在19世纪人们连一个电流元件都无法找到更何况两个呢。但是你别忘了,安培是出身于数学的大师。他的思想也肯定与毕奥和萨法尔截然不同。他是用实体实验得出来的,为了克服孤立电流元无法直接测量的困难,安培精心设计了4个示零实验并伴以缜密的理论分析,得出了结果表式:df=IdL×B(X表示外积、B表示毕奥——萨法尔定律,该表达式也就是安培定律)。当然我们说安培是一个数学家,他的表达式理所当然的也是由数学计算得来的。并于同时提出了安培分子环流假说,内容如下: 组成磁铁最小的单元(磁分子)就是环形电流。若这样一些分子环流定向地排列起来,在宏观上就会显示出N、S极来。 由于那个时代的人们还不了解原子的结构,因此不能解释物质内部的分子环流是怎么形成的。但是安培能提出分子环流假说可以说他的思想是超前的,也可有力地证明安培预言了原子里面大体包括了什么。对此友友们怎么呢?下期我们讲:原子结构。
我记得他,小时候经常看他主持的电视节目,声音很有特点。
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参考资料·安培与安培定则安培(1775~1836)是法国物理学家。1775年1月22日诞生于里昂。从小,安培就具有惊人的记忆力,尤其在数学方面有非凡的天赋。他1
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