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电的故事(4):电弧灯、电与磁

电的故事(4):电弧灯、电与磁

作者: Shiweiwuli | 来源:发表于2020-04-03 18:11 被阅读0次

电池的发明并不是电学史上最关键的发明,接下来一连串的事情,标志着一个时代的结束和另一个时代的开始,这些事情发生在伦敦的英国皇家学院。

07 电弧灯

汉弗莱·戴维,1778年12月17日出生在英格兰彭赞斯城附近的乡村,后人更认可他是一位优秀化学家。

在电气研究上,戴维执着于研究持续性电流,1808年,他在英国皇家学院的地下室,建造了当时世界上最大的电池,800多个伏特电堆连接在一起,不断散发出硫磺的烟雾,发出嘶嘶的声音。戴维把两根碳棒接在电池上,然后把尖端靠近,持续的电流跨越碳棒的两端,发出炫目的明亮火花,光明冲破黑暗,这就是戴维的弧光,象征着一个时代的结束和我们这个时代的开始,这是电的时代。

戴维的贡献不仅仅只在于电弧灯,在电化学领域也有着重要的贡献。1807年11月19日,戴维宣布成功地制出了金属钾和钠。后来,戴维还提取了汞,又制出了钡、镁、锶等金属物质。他发现了一氧化二氮的麻醉作用,发明了矿工用的安全灯等。他24岁被提升为教授。1812年获英国的爵士称号,1820年当选为英国皇家学会主席,1826年又被推选为彼得堡科学院名誉院长。

而戴维一生最重大的贡献,要数发现并帮助了法拉第这样一个杰出的人才。

08 电与磁

现在我们知道电和磁是相互联系不可分割的基本现象,但在18世纪初之前,电和磁是被分别研究的物理现象。

在静电学研究上,库伦做出了杰出贡献。

查利·奥古斯丁·库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆。库仑家里很有钱,在青少年时期就受到了良好的教育。在科学研究工作,他把主要精力放在研究工程力学和静力学问题上。

1785年,库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律,找出了在真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷所带的电量及它们之间的距离的定量关系,即两电荷间的力与两电荷的乘积成正比,与两者的距离平方成反比。

库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律,它使电学的研究从定性进入定量阶段,是电学史中的一块重要的里程碑。电荷的单位库仑就是以他的姓氏命名的。

库伦在研究静电力的同时,对磁力的相互作用也有所研究,但始终将电与磁独立开来,并没有研究他们之间的关系。直到丹麦人汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现的电流磁效应和法国人安培发现的电流与电流之间相互作用的规律,电与磁的相互关系才渐渐有了眉目。

汉斯·克里斯蒂安·奥斯特,1777年8月14日生于丹麦的兰格朗岛鲁德乔宾一个药剂师家庭。12岁开始帮助父亲在药房里干活,同时坚持学习化学。由于刻苦攻读,17岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生,学习医学和自然科学。

奥斯特一直相信电、磁、光、热等现象相互存在内在的联系,坚信电和磁之间一定有某种关系,电一定能转化为磁,尤其是富兰克林曾经发现莱顿瓶放电能使钢针磁化,更坚定了他的观点。奥斯特仔细地审查了库仑的论断,发现库仑研究的对象全是静电和静磁,确实不可能转化。他猜测,非静电、非静磁可能是转化的条件,应该把注意力集中到电流和磁体有没有相互作用来进行探索。

1820年4月,奥斯特在偶然发现铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方,接通电源的瞬间,发现磁针跳动了一下。以后,奥斯特花了三个月,做了许多次实验,发现磁针在电流周 围都会偏转。在导线的上方和导线的下方,磁针偏转方向相反。在导体和磁针之间放置非磁性物质,比如木头、玻璃、水、松香等,不会影响磁针的偏转。

1820年7月21日,奥斯特写成《论磁针的电流撞击实验》的论文正式向学术界宣告发现了电流磁效应。这是个伟大的时刻,奥斯特第一次证明了电流可以创造磁力,他把电和磁联系起来。

奥特斯的发现引起了安培的注意,深深触动了他所信奉的库伦关于电、磁没有关系的信条。

安德烈·玛丽·安培,1775年出生与法国里昂,安培的父亲一开始曾教他学习拉丁文,但很快就发现安培的数学才能尤其出众,而转教其数学。安培的兴趣很广泛,对历史、旅行、诗歌、哲学及自然科学等多方面都有涉猎。

1820年,奥斯特发现电流磁效应,安培马上集中精力研究,几周内就提出了安培定则即右手螺旋定则。随后很快在几个月之内连续发表了3篇论文,并设计了9个著名的实验,总结了载流回路中电流元在电磁场中的运动规律,即安培定律。

接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引,电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。

1821年安培提出分子电流假设,第一次提出了电动力学这一说法。

后来,安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验,并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律,描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系,人们把这定律称为安培定律。

安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中,成为电磁学史上一部重要的经典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一,还把安培誉为“电学中的牛顿”。

1831年,一个出生于贫苦铁匠家庭的科学家,做出了关于电力厂的关键性突破,永远改变了人类文明。

未完待续...

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