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磁的發(fā)展簡(jiǎn)史
 
更新時(shí)間:2009.04.03 瀏覽次數:
 

    我國是用文字記載磁現象最早的國家之一。公元前4世紀戰國時(shí)期成書(shū)的《管子》中已有“上有慈石者下有銅金”的描述。這是有關(guān)磁石和磁性礦的最早記載。公元前3世紀的《呂氏春秋》中所寫(xiě)的“慈石召鐵,或引之也”,描述了磁石吸鐵現象。磁現象的應用,在我國古代后魏的《水經(jīng)注》等書(shū)中,就提到秦始皇為了防備刺客行刺,曾用磁石建造阿房宮的北閥門(mén),以阻止身帶刀劍的刺客入內。醫書(shū)上還談到用磁石吸鐵的作用,來(lái)治療吞針。但磁現象早期應用方面,最光輝的成就是指南針的發(fā)明和應用,這也是我國對人類(lèi)所做出的巨大貢獻。 我國戰國時(shí)期就發(fā)現了磁體的指南性。最早指南的磁石是一種勺狀的,叫司南,它的靈敏度雖很低,但卻給人以啟示:有一種地磁存在,磁石可以指向。到北宋時(shí)期,制成新的指向儀器棗指南魚(yú)。在曾公亮的《武經(jīng)總要》中詳細記載了指南魚(yú)的制造過(guò)程。這里有個(gè)重大突破,就是采用了磁化的方法,使魚(yú)形鐵磁化后,成一個(gè)指向儀器。此后,指南針的制造和安裝方法在北宋沈括的《夢(mèng)溪筆談》中已有明確記載。不久指南針與方位盤(pán)結合起來(lái)成了羅盤(pán),為航海提供了方便而可靠的指向儀器。后來(lái),我國指南針傳入歐洲。到16世紀,歐洲出現了航海羅盤(pán)。指南針的發(fā)明,推動(dòng)了航海事業(yè)的發(fā)展,也為研究地磁三要素創(chuàng )造了條件。
    英國人吉爾伯特在磁的研究方面做出了突出貢獻。他的著(zhù)作《論磁》是人們對磁現象系統研究開(kāi)始的標志,書(shū)是1600年出版的。書(shū)中記錄了吉爾伯特研究磁現象時(shí)所做的各種儀器,及實(shí)驗過(guò)程,也記錄了他從實(shí)驗中所得到的結論。他從磁性“小地球”實(shí)驗中,根據磁針的排列與指向,提出地球本身是一個(gè)大磁體,兩極位于地理的北、南兩極附近;提出了磁子午線(xiàn)概念;吉爾伯特還說(shuō)明了磁偏角及地磁傾角的測定方法;鐵的磁化及去磁概念;定性的研究磁石的吸引與推斥。這都為磁的進(jìn)一步研究開(kāi)拓了道路上,為建立電磁場(chǎng)的理論體系打下了基礎;在實(shí)踐上,開(kāi)創(chuàng )了電氣化時(shí)代的新紀元。 法拉第發(fā)現電磁感應現象之后,解釋了法國科學(xué)家阿拉果所做的被稱(chēng)之為“神密的實(shí)驗——懸掛著(zhù)的磁體下方放一個(gè)可自由轉動(dòng)的圓銅盤(pán),當盤(pán)轉動(dòng)時(shí),磁體會(huì )轉動(dòng);反之,磁體轉動(dòng)時(shí)銅盤(pán)也會(huì )轉動(dòng)。法拉第提出磁感線(xiàn)(磁力線(xiàn))的概念,并第一次繪制了磁感線(xiàn)圖。他認為磁感線(xiàn)是代表實(shí)在的物質(zhì)實(shí)體;每根磁感線(xiàn)都對應一對磁極。后來(lái)又把有磁感線(xiàn)的空間稱(chēng)為“場(chǎng)”。麥克斯韋是英國著(zhù)名的物理學(xué)家,他發(fā)展了法拉第的“力線(xiàn)——場(chǎng)”的思想,并把它數學(xué)化,提出了描述電磁場(chǎng)運動(dòng)規律的方程組,預言了電磁波的存在。 德國物理學(xué)家赫茲通過(guò)實(shí)驗,令人信服地證明了電磁波的存在。這不僅驗證了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的正確,也為無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的建立與發(fā)展奠定了基礎。 愛(ài)因斯坦1905年建立的狹義相對論,第一次把兩種自然力——電力與磁力統一起來(lái)。近代隨著(zhù)電子計算機的發(fā)明,新的磁性材料不斷涌現出來(lái)。人類(lèi)的科學(xué)技術(shù)及物質(zhì)生產(chǎn)活動(dòng)與電與磁已密不可分。隨著(zhù)新的磁現象的發(fā)現,磁的更深刻的本質(zhì)的揭露,磁的應用也到18世紀,在磁的研究方面有了新進(jìn)展。法國物理學(xué)家庫侖在磁的研究方面也做出突出貢獻他參加了法國科學(xué)院為設計指向力強、抗干擾性能好的指南針而舉行的競賽活動(dòng),并提出絲是指南針的設想,得到磁學(xué)獎,在此基礎上制成了庫侖扭秤。在建立了電荷相互作用的庫侖定律同時(shí),得到了磁力的相互作用定律,可以說(shuō)庫侖是靜電、靜磁學(xué)的第一位奠基人。此后,法國數學(xué)家、物理學(xué)家泊松,在庫侖的基礎上,提出了磁體間的相互作用的勢函數積分方程,把磁的研究發(fā)展到定量階段,但這時(shí)電與磁還是分別平行、獨立地進(jìn)行著(zhù)研究。 丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特1820年發(fā)現了電流的磁效應,在當時(shí)的科學(xué)界引起巨大的反響和重視,科學(xué)家紛紛轉向在這方面的討論和研究,推動(dòng)了整個(gè)電磁學(xué)的發(fā)展。安培由電流磁效應想到:既然磁體之間有相互作用,電流與磁體間也有作用,那么兩個(gè)載流導體之間也一定存在著(zhù)相互作用。他通過(guò)一系列實(shí)驗,找到了電流間相互作用的實(shí)驗根據,進(jìn)行了定量研究,于1820年12月4日向科學(xué)院提交了一篇論文,提出計算兩個(gè)電流線(xiàn)元間作用力的公式——安培定律表達式。到1821年初,安培又進(jìn)一步提出磁性起源的假說(shuō),這就是歷史上有名的分子電流假說(shuō)。 安培發(fā)現的載流導體間的相互作用,僅在奧斯特發(fā)現電流磁效應后的第7天。新的發(fā)現的浪潮沖擊著(zhù)整個(gè)歐洲。法拉第在新的發(fā)現面前,重做了已有的實(shí)驗,并提出新的研究課題——既然電可以產(chǎn)生磁,為什么磁不可以產(chǎn)生電呢?他開(kāi)始了磁生電的研究。經(jīng)過(guò)10年的艱苦努力,在大量實(shí)驗的基礎上,發(fā)現了電磁感應現象及其所遵循的規律。 電磁感應現象的發(fā)現是具有劃時(shí)代意義的,法拉第把電與磁長(cháng)期分立的兩種現象最后聯(lián)結在一起,揭露出電與磁的本質(zhì)的聯(lián)系,找到了機械能與電能之間的轉化方法。在理論上,為建立電磁場(chǎng)的理論體系打下了基礎;在實(shí)踐上,開(kāi)創(chuàng )了電氣化時(shí)代的新紀元。 法拉第發(fā)現電磁感應現象之后,解釋了法國科學(xué)家阿拉果所做的被稱(chēng)之為“神密的實(shí)驗——懸掛著(zhù)的磁體下方放一個(gè)可自由轉動(dòng)的圓銅盤(pán),當盤(pán)轉動(dòng)時(shí),磁體會(huì )轉動(dòng);反之,磁體轉動(dòng)時(shí)銅盤(pán)也會(huì )轉動(dòng)。法拉第提出磁感線(xiàn)(磁力線(xiàn))的概念,并第一次繪制了磁感線(xiàn)圖。他認為磁感線(xiàn)是代表實(shí)在的物質(zhì)實(shí)體;每根磁感線(xiàn)都對應一對磁極。后來(lái)又把有磁感線(xiàn)的空間稱(chēng)為“場(chǎng)”。麥克斯韋是英國著(zhù)名的物理學(xué)家,他發(fā)展了法拉第的“力線(xiàn)——場(chǎng)”的思想,并把它數學(xué)化,提出了描述電磁場(chǎng)運動(dòng)規律的方程組,預言了電磁波的存在。 德國物理學(xué)家赫茲通過(guò)實(shí)驗,令人信服地證明了電磁波的存在。這不僅驗證了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的正確,也為無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的建立與發(fā)展奠定了基礎。 愛(ài)因斯坦1905年建立的狹義相對論,第一次把兩種自然力——電力與磁力統一起來(lái)。近代隨著(zhù)電子計算機的發(fā)明,新的磁性材料不斷涌現出來(lái)。人類(lèi)的科學(xué)技術(shù)及物質(zhì)生產(chǎn)活動(dòng)與電與磁已密不可分。隨著(zhù)新的磁現象的發(fā)現,磁的更深刻的本質(zhì)的揭露,磁的應用也將展現出新的局面。

    為什么鋼能變成永磁體而鐵不能?
    永磁體是在外加磁場(chǎng)去掉后,仍能保留一定剩余磁化強度的物體。要使這樣的物體剩余磁化強度為零,磁性完全消除,必須加反向磁場(chǎng)。使鐵磁質(zhì)完全退磁所需要的反向磁場(chǎng)的大小,叫鐵磁質(zhì)的矯頑力。鋼與鐵都是鐵磁質(zhì),但它們的矯頑力不同,鋼具有較大的矯頑力,而鐵的矯頑力較小。這是因為在煉鋼過(guò)程中,在鐵中加了碳、鎢、鉻等元素,煉成了碳鋼、鎢鋼、鉻鋼等。碳、鎢、鉻多元素的加入,使鋼在常溫條件下,內部存在各種不均勻性,如晶體結構的不均勻、內應力的不均勻、磁性強弱的不均勻等。這些物理性質(zhì)的不均勻,都使鋼的矯頑力增加。而且在一定范圍內不均勻程度愈大,矯頑力愈大。但這些不均勻性并不是鋼在任何情形下都具有的或已達到的最好狀態(tài),為使鋼的內部不均勻性達到最佳狀態(tài),必須要進(jìn)行恰當的熱處理或機械加工。例如,碳鋼在熔煉狀態(tài)下,磁性和普通鐵差不多;它從高溫淬煉后,不均勻才迅速增長(cháng),才能成為永磁材料。若把鋼從高溫度 慢慢冷卻下來(lái),或把已淬煉的鋼在六、七百攝氏度熔煉一下,其內部原子有充分時(shí)間排列成一種穩定的結構,各種不均勻性減小,于是矯頑力就隨之減小,它就不再成為永磁材料了。 鋼或其他材料能成為永磁體,就是因為它們經(jīng)過(guò)恰當地處理、加工后,內部存在的不均勻性處于最佳狀態(tài),矯頑力最大。鐵的晶體結構、內應力等不均勻性很小,矯頑力自然很小,使它磁化或去磁都不需要很強的磁場(chǎng),因此,它就不能變成永磁體。通常把磁化和去磁都很容易的材料,稱(chēng)為“軟”磁性材料!败洝贝判圆牧喜荒茏饔来朋w,鐵就屬于這種材料。

    地磁場(chǎng)的三要素
    地球是個(gè)大磁體,在地球周?chē)臻g存在著(zhù)磁場(chǎng),即地磁場(chǎng)。實(shí)驗證明,地磁極和地理的南北極并不完全相合,而且地磁場(chǎng)磁感線(xiàn)的兩個(gè)匯集點(diǎn)并不在地面上,而是在地面下。它們間的距離比地球直徑短,而且兩個(gè)磁極的連線(xiàn)不經(jīng)過(guò)地心。 由于地球的磁極與地理兩極并不相合,所以磁針所指的南北方向僅僅是近似的。磁針靜止時(shí)所指的方向跟實(shí)際南北方向之間的夾角叫磁偏角,用φ表示,如圖8-4所示。各地的φ值不同。
    地磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)一般不與地面平行,而與水平面交成一定的角度,這個(gè)角叫磁傾角,用θ表示,它可以用磁傾測量?jì)x測出來(lái)。各地磁傾角不同,在地磁極處,θ=90°。磁偏角和磁傾角只能確定地磁場(chǎng)的方向,而不能表明地磁場(chǎng)強弱。磁場(chǎng)的強弱是用磁感應強度表示的,它的方向就是磁感線(xiàn)的切線(xiàn)方向。某一點(diǎn)處磁感應強度的水平分量很容易測量,通常就用水平強度來(lái)表示某處地磁場(chǎng)的強弱。知道了某地的磁偏角、磁傾角和水平強度,該點(diǎn)的地磁場(chǎng)就完全了解了。所以這三個(gè)量叫做地磁場(chǎng)的三要素。
論磁場(chǎng)的研究在生產(chǎn)和科學(xué)上都有重大意義。例如地磁異,F象可以幫助找礦,因為地磁異常往往是因為地下埋藏著(zhù)大量的磁鐵礦引起的。又如地震也往往伴隨著(zhù)地磁異,F象。因此測量地磁的變化是預測地震的一個(gè)重要手段。

    鐵氧體
    鐵氧體是一種具有鐵磁性的金屬氧化物。就電特性來(lái)說(shuō),鐵氧體的電阻率比金屬、合金磁性材料大得多,而且還有較高的介電性能。鐵氧體的磁性能還表現在高頻時(shí)具有較高的磁導率。因而,鐵氧體已成為高頻弱電領(lǐng)域用途廣泛的非金屬磁性材料。由于鐵氧體單位體積中儲存的磁能較低,飽含磁化強度也較低(通常只有純鐵的1/3~1/5),因而限制了它在要求較高磁能密度的低頻強電和大功率領(lǐng)域的應用。
    鐵氧體磁性材料按磁化性質(zhì)和用途可分為如下幾類(lèi):
    (1)鐵氧體軟磁材料。這類(lèi)材料在較弱的磁場(chǎng)下,易磁化也易退磁,如鋅鉻鐵氧體和鎳鋅鐵氧體等。軟磁鐵氧體是目前用途廣,品種多,數量大,產(chǎn)值高的一種鐵氧體材料。它主要用作各種電感元件,如濾波器磁芯、變壓器磁芯、無(wú)線(xiàn)電磁芯,以及磁帶錄音和錄像磁頭等,也是磁記錄元件的關(guān)鍵材料。
    (2)鐵氧體硬磁材料。鐵氧體硬磁材料磁化后不易退磁,因此,也稱(chēng)為永磁材料或恒磁材料。如鋇鐵氧體、鍶鐵氧體等。它主要用于電信器件中的錄音器、拾音器、揚聲器、各種儀表的磁芯等。
    (3)鐵氧體旋磁材料。磁性材料的旋磁性是指在兩個(gè)互相垂直的穩恒磁場(chǎng)和電磁波磁場(chǎng)的作用下,平面偏振的電磁波在材料內部雖然按一定的方向傳播,但其偏振面會(huì )不斷地繞傳播方向旋轉的現象。金屬、合金材料雖然也具有一定的旋磁性,但由于電阻率低、渦流損耗太大,電磁波不能深入其內部,所以無(wú)法利用。因此,鐵氧體旋磁材料旋磁性的應用,就成為鐵氧體獨有的領(lǐng)域。旋磁材料大都與輸送微波的波導管或傳輸線(xiàn)等組成各種微波器件。主要用于雷達、通信、導航、遙測等電子設備中。
    (4)鐵氧體矩磁材料。這是指具有矩形磁滯回線(xiàn)的鐵氧體材料。它的特點(diǎn)是,當有較小的外磁場(chǎng)作用時(shí),就能使之磁化,并達到飽和,去掉外磁場(chǎng)后,磁性仍然保持與飽和時(shí)一樣。如鎂錳鐵氧體,銀錳鐵氧體等就是這樣。這種鐵氧體材料主要用于各種電子計算機的存儲器磁芯等方面。
    (5)鐵氧體壓磁材料。這類(lèi)材料是指磁化時(shí)在磁場(chǎng)方向作機械伸長(cháng)或縮短的鐵氧體材料,如鎳鋅鐵氧體,鎳銅鐵氧體和鎳鉻鐵氧體等。壓磁材料主要用作電磁能與機械能相互轉化的換能器,作磁致伸縮元件用于超聲.

    磁性材料的應用
    磁性材料的應用很廣泛,可用于電聲、電信、電表、電機中,還可作記憶元件、微波元件等?捎糜谟涗浾Z(yǔ)言、音樂(lè )、圖像信息的磁帶,計算機的磁性存儲設備、乘客乘車(chē)的憑證和票價(jià)結算的磁性卡等。下面著(zhù)重談磁帶上所用的磁性材料和作用原理。
我們知道,硬磁性材料被磁化以后,還留有剩磁,剩磁的強弱和方向隨磁化時(shí)磁性的強弱和方向而定。錄音磁帶是由帶基、粘合劑和磁粉層組成。帶基一般采用聚碳酸脂或氯乙烯等制成。磁粉是用剩磁強的yFe。O;駽rO。細粉。錄音時(shí),是把與聲音變化相對應的電流,經(jīng)過(guò)放大后,送到錄音磁頭的線(xiàn)圈內,使磁頭鐵芯的縫隙中產(chǎn)生集中的磁場(chǎng)。隨著(zhù)線(xiàn)圈電流的變化,磁場(chǎng)的方向和強度也作相應的變化。當磁帶勻速地通過(guò)磁頭縫隙時(shí),磁場(chǎng)就穿過(guò)磁帶并使它磁化。由于磁帶離開(kāi)磁頭后留有相應的剩磁,其極性和強度與原來(lái)的聲音相對應。磁帶不斷移動(dòng),聲音也就不斷地被記錄在磁帶上。
    放音時(shí)、將已錄音的磁帶以錄音時(shí)同樣的速度緊貼著(zhù)放音磁頭縫隙前進(jìn)。磁頭鐵芯是用高導磁率鐵氧體軟磁材料制成的,它對磁通阻力很小。因此,磁帶上所錄的音頻剩磁通,容易通過(guò)磁頭鐵芯而形成回路。磁帶上的剩磁通在放音磁頭線(xiàn)圈上感應出一個(gè)與剩磁通變化規律相同的感應電動(dòng)勢。再經(jīng)過(guò)放音放大器放大后,送去推動(dòng)揚聲器,磁帶上所錄下的音頻信號使還原成原來(lái)的聲音。
    錄像磁帶與錄音磁帶所用的材料及作用原理基本相同,不過(guò)錄音記錄的是代表聲音的電信號,而錄像記錄的是代表景物的電視信號。電視信號中不但有聲音信號還有圖像信號。錄像磁帶與錄音磁帶相比,錄像磁帶記錄的密度很高,因為錄像磁帶記錄波長(cháng)是微米數量級,為在這波長(cháng)范圍能有充分的靈敏度和信噪比,磁性體粒度必須小,磁性層表面必須平滑。而且磁性層表面的耐磨性必須好,才能在同磁頭的高速摩擦以及同磁帶的輸送系統的固定部分摩擦條件下使用。為此,所使用的粘合劑必須耐熱、耐摩。
    應用于計算機磁性存儲設備和作為乘客乘車(chē)的憑證和票價(jià)結算的磁性卡所用的磁性材料及作用原理,同磁帶所用的磁性材料及作用原理基本相同,只是用處不同而已。在磁性卡上有一窄條磁帶,當你乘地鐵從甲站到乙站時(shí),在甲站向儀器中投入從甲站到乙站的票錢(qián)(硬幣),之后投出一張磁性卡,在投出這張磁性卡的過(guò)程中已錄上了到乙站下車(chē)的磁記錄,拿這張磁性卡乘車(chē)到乙站后投入到儀器中,門(mén)開(kāi),出站。如果沒(méi)在乙站下車(chē),而是在比乙站遠的丙站下車(chē),投入的硬幣不夠,出站門(mén)不開(kāi)。要拿磁性卡補票后才能出站。
    在乙站或丙站投入磁性卡的過(guò)程,就是磁記錄經(jīng)過(guò)磁頭變成電信號的過(guò)程。再用電信號控制站門(mén)開(kāi)關(guān)。
    電機的鐵芯所用的磁性材料一般用硬磁鐵氧體,這些材料的特點(diǎn)是磁化后不易退磁。對磁通的阻力小。

    超導磁懸浮高速列車(chē)
目前,世界上最快的列車(chē)速度為210km/h,為進(jìn)一步提高時(shí)速,必須采取車(chē)輛與地面軌道脫離接觸的途徑。為了使車(chē)輛懸浮起來(lái),可以采用超導磁體或常規磁體的磁場(chǎng)懸浮。但后者在實(shí)際應用時(shí)存在著(zhù)克服不了的困難,只有耗能少,體積小,重量輕的超導磁體才能達到目的。
    超導磁懸浮是在車(chē)輛底部安裝超導磁體,在軌道上埋設一些閉合的鋁環(huán),整個(gè)列車(chē)由埋在地下的直線(xiàn)電機來(lái)驅動(dòng)。當列車(chē)開(kāi)始運行后,超導磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)將在鋁環(huán)內產(chǎn)生感應電流。由于鋁環(huán)不是超導的,所以,感生電流要衰減。但是,當列車(chē)的運動(dòng)速度足夠快(大于120km/h),使磁體所在的位置處鋁環(huán)內電流還來(lái)不及明顯的衰減,由于磁場(chǎng)和電流之間的相互作用,產(chǎn)生一個(gè)向上的“浮力”,當“浮力”大于列車(chē)的自重時(shí),列車(chē)就被懸浮起來(lái)(離開(kāi)軌道10cm)。列車(chē)停止時(shí),環(huán)內無(wú)感應電流,故在開(kāi)車(chē)和停車(chē)時(shí)仍需車(chē)輪。 當超導列車(chē)懸浮前進(jìn)時(shí),只受空氣阻力,時(shí)速可達550km/h。

   奧斯特
   奧斯特(1777~1851)是丹麥物理學(xué)家。1777年生于丹麥蘭格蘭島的羅得考賓市。受父親的影響,奧斯特很早就對藥物學(xué)、化學(xué)實(shí)驗、物理學(xué)有濃厚的興趣。1794年,他考入哥本哈根大學(xué),攻讀醫學(xué)、哲學(xué)和自然科學(xué)。1806年,奧斯特應聘任哥本哈根大學(xué)物理、自然哲學(xué)教授。1819年冬,奧斯特在哥本哈根為一些科學(xué)工作者講授電磁學(xué)方面的問(wèn)題,當時(shí)他正在研究電流對磁針是否有作用的課題,但一直沒(méi)有什么成效。1820年的一天,他突然想到以前的實(shí)驗總是把電流的磁力想成是縱向力,是否這就是失敗的原因呢?他猜測電流對磁針的作用力可能是橫向的。一天他在講課快結束時(shí)突然來(lái)了“靈感”,對聽(tīng)眾說(shuō):“讓我把導線(xiàn)與磁針平行放置來(lái)試試看!”于是在課堂上進(jìn)行了這樣一個(gè)實(shí)驗:講桌上放置一個(gè)伏打電難,用金屬絲把它的兩極連起來(lái),并將一個(gè)小磁針與導線(xiàn)平行地放置在導線(xiàn)的下方,在接通電源一瞬間,小磁針出人意料地轉動(dòng)了,并在垂直于導線(xiàn)的方向停了下來(lái)。教室的聽(tīng)眾對此無(wú)動(dòng)于衷,而奧斯特卻激動(dòng)萬(wàn)分。課后他留在教室里,進(jìn)一步核對他剛剛發(fā)現的這個(gè)不尋常的現象。起初他想磁針的運動(dòng)也許是因為電流使導線(xiàn)變熱而產(chǎn)生的空氣流動(dòng)所引起的。為檢驗這一點(diǎn),他把一塊硬紙板放在導線(xiàn)與磁針之間以阻擋氣流,但是毫無(wú)變化,現象仍與先前一樣。然后他把伏打電堆轉了180°,使導線(xiàn)中的電流反向,結果磁針也轉了180°,磁針的北極指向了原來(lái)南極所指的方向。奧斯特抓住了小磁針的這一動(dòng),接著(zhù)進(jìn)行了3個(gè)月的連續實(shí)驗,終于在1820年7月21日在法國雜志《化學(xué)與物理學(xué)年鑒》上發(fā)表了他的論文。該雜志不僅破例給以全文發(fā)表,還加上了這樣不同尋常的按語(yǔ):“年鑒的讀者都知道,本刊從不輕易支持宣稱(chēng)有驚人發(fā)現的報告,至今我們都因為能夠堅持這一方針而自詡。但是,至于說(shuō)到奧斯特先生的文章,則其所得結果無(wú)論顯得多么奇特,都有極詳細的記錄為證,以至無(wú)任何懷疑其謬誤的余地!边@說(shuō)明電流的磁效應的發(fā)現,在當時(shí)的科學(xué)界中,引起多么大的震驚和重視。奧斯特的這一偉大發(fā)現,被作為劃時(shí)代的一頁(yè)載入了史冊。為了紀念他,從1934年起,磁場(chǎng)強度單位命名為奧斯特。

    法拉第
    法拉第(1791~1867)是英國物理學(xué)家。他在1791年生于倫敦附近一個(gè)鐵匠的家里。由于家里太窮,只念了很短時(shí)間的小學(xué),13歲就開(kāi)始干活謀生,在一家書(shū)店里當了7年裝訂工。在這7年中,他抓緊點(diǎn)滴時(shí)間,充分利用書(shū)店的條件,閱讀了大量科學(xué)書(shū)籍,特別是對化學(xué)和電學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。學(xué)徒生活盡管貧困,但他每周總要花上幾個(gè)便士,買(mǎi)些材料,做一些花費得起的電學(xué)實(shí)驗。他發(fā)現了電解現象。書(shū)店的學(xué)徒期滿(mǎn)時(shí),他的最大愿望是去著(zhù)名化學(xué)家戴維那里工作。法拉第在當學(xué)徒時(shí),曾多次聽(tīng)過(guò)戴維的學(xué)術(shù)講演,并作了非常詳細的筆記。在他學(xué)徒期滿(mǎn)之際,給戴維寄去了一封信,希望能去他那里找到一份工作,同時(shí)隨信附上了整理好的裝訂成冊的聽(tīng)課筆記以及精美的插圖。戴維為他的真誠深深打動(dòng)。戴維向大英皇家學(xué)會(huì )的總監建議雇用這個(gè)年輕人?偙O說(shuō):“讓他涮瓶子吧!要是他不干,就說(shuō)明他毫無(wú)用處!狈ɡ诖饝诉@個(gè)條件。在他以后的45年中,一直留在皇家學(xué)會(huì )工作。先是當戴維的助手,后來(lái)成為他的合作者。戴維去世后,他成了繼任者。
    1820年,丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現了電流的磁效應,這件電磁學(xué)發(fā)展史上的大事,震動(dòng)了法拉第。法拉第確信客觀(guān)事物本身應該是對稱(chēng)的,既然電能產(chǎn)生磁,反過(guò)來(lái),磁也應該能產(chǎn)生電。1821~1831年間,他做了大量實(shí)驗,終于發(fā)現了電磁感應現象。法拉第從開(kāi)始實(shí)驗到發(fā)現電磁感應現象,并找出其中的規律,經(jīng)歷了失敗、試驗,再失敗、再試驗,相當艱苦的過(guò)程,斷斷續續地研究了將近10年,才在1831年8月29日的日記中寫(xiě)下了成功的記錄。最初,法拉第試圖從一根鄰近通電導體或一塊靜止的磁鐵的導線(xiàn)中獲得電流,結果卻接連遭到失敗。他從失敗中不斷吸取教訓,總結經(jīng)驗,不斷改進(jìn)實(shí)驗裝置和實(shí)驗條件。后來(lái),法拉第在實(shí)驗中,為了加強電流間的作用,把兩根直導線(xiàn)繞成螺旋線(xiàn);為了加強電流的磁場(chǎng),把兩根螺旋導線(xiàn)繞在一個(gè)鐵環(huán)上。在實(shí)驗中,法拉第偶然發(fā)現,每當接通或斷開(kāi)通電線(xiàn)圈的電源時(shí),另一個(gè)線(xiàn)圈會(huì )產(chǎn)生瞬間電流。法拉第對他最初的實(shí)驗在日記中是這樣記載的:“用7/8英寸的軟鐵棒,制成一個(gè)外徑為6英寸的圓環(huán),在環(huán)的一邊(A邊)用三段紗包銅線(xiàn)纏繞在環(huán)上,它們可以接成一根,也可以三根單獨使用,這三根導線(xiàn)彼此是絕緣的,隔開(kāi)一定距離。在另一半(B邊)繞有兩根導線(xiàn),繞線(xiàn)情況與上述相同!彼靡桓L(cháng)導線(xiàn)把B邊線(xiàn)圈的兩端連接起來(lái),并把長(cháng)導線(xiàn)的一段架于離線(xiàn)圈3英尺遠的一個(gè)磁針的正上方。他發(fā)現,當電池與A邊線(xiàn)圈接通時(shí),小磁針立即產(chǎn)生明顯擺動(dòng),最后又穩定在原來(lái)位置上。當切斷A邊與電池的連接時(shí),小磁針再次出現擺動(dòng)。法拉第在1831年8月29目的日記中詳細地記錄了第一次成功地觀(guān)察到的電磁感應現象。在此基礎上,他還記錄了用這個(gè)繞有銅線(xiàn)的鐵環(huán)所做的其他實(shí)驗和新的發(fā)現。
    法拉第并未滿(mǎn)足已發(fā)現的現象,他進(jìn)一步提出新的問(wèn)題:鐵環(huán)是必需的嗎?線(xiàn)圈A是必需的嗎?電流的磁效應是一種穩定效應,電磁感應似乎也應當是一種穩定效應。那么,用什么方法能產(chǎn)生持續電流呢?法拉第又花了將近一年時(shí)間,作了各種實(shí)驗,把產(chǎn)生電磁感應的條件概括為:(1)變化的電流;(2)變化的磁場(chǎng);(3)運動(dòng)的穩恒電流;(4)運動(dòng)的磁鐵;(5)在磁場(chǎng)中運動(dòng)的導體。在此基礎上,找到了產(chǎn)生電磁感應現象的基本條件,就是二次電路棗B線(xiàn)圈中磁感線(xiàn)數量的變化。這個(gè)結論,被稱(chēng)為法拉第電磁感應定律。
    電磁感應現象的發(fā)現,具有劃時(shí)代的意義。它把電與磁兩種現象最后聯(lián)結起來(lái)了。在實(shí)際方面,找到了機械能轉化為電能的方法,開(kāi)創(chuàng )了電氣化時(shí)代的新紀元;在理論上,為建立電磁場(chǎng)的理論體系打下了基礎。像法拉第這樣出身清苦,沒(méi)有受到過(guò)正規教育的人,經(jīng)過(guò)自己的頑強努力,登上了當時(shí)科學(xué)的高峰,為科學(xué)作出了巨大的貢獻,這在歷史上是罕見(jiàn)的。

 
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