從奧斯特實(shí)驗(yàn)說起……

電磁學(xué)部分的所有知識(shí)都可以從奧斯特實(shí)驗(yàn)發(fā)散開來(lái)理解。大致的思路可從三方面理解：電和磁的聯(lián)系；力學(xué)角度；逆向思維角度。

1 從電與磁的關(guān)系理解奧斯特實(shí)驗(yàn)

長(zhǎng)期以來(lái)，磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象是被分別進(jìn)行研究的，特別是吉爾伯特對(duì)磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象進(jìn)行深入分析對(duì)比后斷言電與磁是兩種截然不同的現(xiàn)象，沒有什么一致性。但是電與磁是否有一定的聯(lián)系的疑問一直縈繞在一些有志探索的科學(xué)家的心頭。

丹麥物理學(xué)家奧斯特(H．C．Oersted，1777~1851)就是其中的一位。他是康德哲學(xué)思想的信奉者，深受康德等人關(guān)于各種自然力相互轉(zhuǎn)化的哲學(xué)思想的影響，奧斯特堅(jiān)信客觀世界的各種力具有統(tǒng)一性，并開始對(duì)電、磁的統(tǒng)一性的研究。

1820年4月的一天晚上，奧斯特在為精通哲學(xué)及具備相當(dāng)物理知識(shí)的學(xué)者講課時(shí)，突然來(lái)了“靈感”，在講課結(jié)束時(shí)說：“讓我把通電導(dǎo)線與磁針平行放置來(lái)試試看！”于是，他在一個(gè)小伽伐尼電池的兩極之間接上一根很細(xì)的鉑絲，在鉑絲正下方放置一枚磁針，然后接通電源，小磁針微微地跳動(dòng)，轉(zhuǎn)到與鉑絲垂直的方向。

小磁針的擺動(dòng)，對(duì)聽課的聽眾來(lái)說并沒什么，但對(duì)奧斯特來(lái)說實(shí)在太重要了，多年來(lái)盼望出現(xiàn)的現(xiàn)象，終于看到了，當(dāng)時(shí)簡(jiǎn)直使他楞住，他又改變電流方向，發(fā)現(xiàn)小磁針向相反方向偏轉(zhuǎn)，說明電流方向與磁針的轉(zhuǎn)動(dòng)之間有某種聯(lián)系。 奧斯特為了進(jìn)一步弄清楚電流對(duì)磁針的作用，于1820年4月到7月，費(fèi)了三個(gè)月的時(shí)間，做了六十多個(gè)實(shí)驗(yàn)，他把磁針放在導(dǎo)線的上方、下方，考察了電流對(duì)磁針作用的方向；把磁針放在距導(dǎo)線不同距離，考察電流對(duì)磁針作用的強(qiáng)弱；把玻璃、金屬、木頭、石頭、瓦片、松脂，水等放在磁針與導(dǎo)線之間，考察電流對(duì)磁針的影響；……。

于1820年7月21日發(fā)表了題為《關(guān)于磁針上電流碰撞的實(shí)驗(yàn)》的論文，這篇論文僅用四頁(yè)紙，十分簡(jiǎn)潔地報(bào)告了他的實(shí)驗(yàn)，向科學(xué)界宣布了電流的磁效應(yīng)。1820年7月21日作為一個(gè)劃時(shí)代的日子載入史冊(cè)，它揭開了電磁學(xué)的序幕，標(biāo)志著電磁學(xué)時(shí)代的到來(lái)。奧斯特也因此成為第一個(gè)揭示電和磁聯(lián)系的人，也為后來(lái)法拉第的電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

后來(lái)，人們利用電流磁效應(yīng)將直導(dǎo)線彎成螺線管狀，制成了通電螺線管，使電流的磁場(chǎng)加強(qiáng)了，為了使通電螺線管的磁性更強(qiáng)，人們又在螺線管中插入鐵芯，從而導(dǎo)致電磁鐵的發(fā)明。由于電磁鐵的磁性又有可控制——電流的通、斷；磁性強(qiáng)弱可調(diào)節(jié)——電流的大小和線圈匝數(shù)；磁極可改變——電流的方向等優(yōu)點(diǎn)，漸漸地電磁鐵替代了永磁體。于是，人們將電磁鐵應(yīng)用到電磁起重機(jī)、電吉他、電話、磁懸浮列車、電磁繼電器等等方面，為人類作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

有人說奧斯特的電流磁效應(yīng)是“偶然地發(fā)現(xiàn)了磁針轉(zhuǎn)動(dòng)”，當(dāng)然也不無(wú)道理，但是法國(guó)的巴斯德說得好：“在觀察的領(lǐng)域中，機(jī)遇只偏愛那種有準(zhǔn)備的頭腦?！豹?/p>

2 從力學(xué)角度理解奧斯特實(shí)驗(yàn)

奧斯特實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：把通電導(dǎo)線與磁針平行放置，接通電源，小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。從力學(xué)角度分析，小磁針偏轉(zhuǎn)，也就是發(fā)生了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，那么，它一定是受到力的作用。這個(gè)施力物就是電流，也就是說，電流對(duì)小磁針（即磁體）存在力的作用。根據(jù)力的作用是相互的，同學(xué)們應(yīng)該想到什么？——磁體也應(yīng)該對(duì)電流存在力的作用?；谶@個(gè)思路，科學(xué)家們通過多次實(shí)驗(yàn)證明磁體對(duì)放入磁場(chǎng)中的通電直導(dǎo)體的確有力的作用，通過實(shí)驗(yàn)還證明：通電在磁場(chǎng)中受力的方向與磁感線方向和電流方向有關(guān)，且三個(gè)方向兩兩互相垂直。磁場(chǎng)可讓通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力能平移運(yùn)動(dòng)；后來(lái)，科學(xué)家將通電線圈放入磁場(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)通電線圈在磁場(chǎng)中將受力而轉(zhuǎn)動(dòng)。只是每當(dāng)轉(zhuǎn)到平衡位置（線圈平面與磁感應(yīng)線垂直）時(shí)，因受一對(duì)平衡力而靜止下來(lái)。科學(xué)家們通過反復(fù)的分析、論證和試驗(yàn)，終于利用換向器在每當(dāng)線圈由于慣性作用轉(zhuǎn)過平衡位置時(shí)自動(dòng)改變線圈中的電流方向來(lái)改變線圈的受力方向，從而實(shí)現(xiàn)線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。而最終導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的發(fā)明。

電動(dòng)機(jī)的工作原理就是利用“通電線圈在磁場(chǎng)中受力而轉(zhuǎn)動(dòng)的性質(zhì)”制成的 ，在這個(gè)過程中，消耗了電能而獲得了線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能。

3 從逆向思維角度理解奧斯特實(shí)驗(yàn)

自1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)成為第一個(gè)揭示電和磁聯(lián)系的人之后，英國(guó)化學(xué)家和物理學(xué)家（1791~1867年）法拉第于1821年提出“由磁產(chǎn)生電”的大膽設(shè)想，并開始了艱苦的探索。1821年9月他發(fā)現(xiàn)通電的導(dǎo)線能繞磁鐵旋轉(zhuǎn)以及磁體繞載流導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，第一次實(shí)現(xiàn)了電磁運(yùn)動(dòng)向機(jī)械運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，從而建立了電動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)室模型。接著經(jīng)過無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)的失敗， 法拉第堅(jiān)持10年矢志不渝地探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象，終于在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律——閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這一劃時(shí)代的偉大發(fā)現(xiàn)，使人類掌握了電磁運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)變以及機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)變的方法，成為現(xiàn)代發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器技術(shù)的基礎(chǔ)。

法拉第是電磁場(chǎng)理論的奠基人，他首先提出了磁感線、電場(chǎng)線的概念，在電磁感應(yīng)、電化學(xué)、靜電感應(yīng)的研究中第一次提出場(chǎng)的思想，建立了電場(chǎng)、磁場(chǎng)的概念，否定了超距作用觀點(diǎn)。愛因斯坦曾指出，場(chǎng)的思想是法拉第最富有創(chuàng)造性的思想，是自牛頓以來(lái)最重要的發(fā)現(xiàn)。麥克斯韋正是繼承和發(fā)展了法拉第的場(chǎng)的思想，為之找到了完美的數(shù)學(xué)表示形式從而建立了電磁場(chǎng)理論。英國(guó)化學(xué)家戴維也說過：“我最偉大的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)人，是法拉第！”法拉第對(duì)知識(shí)有著執(zhí)著的追求，為了一項(xiàng)科學(xué)研究，常常百折不撓，他對(duì)科學(xué)堅(jiān)韌不拔的探索精神，為人類文明進(jìn)步純樸無(wú)私的獻(xiàn)身精神，連同他的杰出的科學(xué)貢獻(xiàn)，永遠(yuǎn)為后人敬仰。