奥斯特梦圆电生磁上海第八中学.doc

“电磁感应的发现”启示录 山东省青岛市第五十八中学 高守凯 选自《中学物理教学参考》 2009 年第 5 期 很多科学故事对科学发现和科学家的处理， 总是简单化和偶像化， 突出胜利， 忽略失败， 彰显成功， 无视曲折。例如，奥斯特和法拉第关于电和磁间联系的重要发现，在今天的学生 看来似乎并非十分困难， 但教科书中却写到， 科学家们都是经过多年坚持不懈的研究才取得 突破性成功的。 在他们的科学生涯中，往往是已经面临那个重大发现， 却又视而不见， 徘徊 良久， 而在这相当长的时间里， 无数英才竟然没有一人捷足先登。 是什么原因导致了他们的 失败和成功呢？本文试图通过简要回顾电和磁间联系的发现历程， 以对后学者有所教益和启 迪。 一、奥斯特梦圆“电生磁” 1．为什么是他 电和磁间有没有联系？这是前人经常思索的问题。 “顿牟缀芥，磁石引针”说明了电现 象和磁现象的相似性，但是相似并不等于本质上有联系。实际上，库仑等人“已经证明” ， 电和磁间没有直接联系。 18 世纪末到 19 世纪初，人们陆续发现了一些自然现象间的联系与转化， 如康德关于基 本力向其他种类力转化的哲学思想； 黑格尔、 谢林等人关于自然力的统一的思想， 均对物理 学界产生了很大的影响。作为他们思想的追随者，丹麦的物理学家奥斯特（ Hans Christian Oersted， 1777～ 1851）相信电和磁之间一定有某种联系，尤其是富兰克林关于莱顿瓶放电 能使钢针磁化的发现，更坚定了他的观点。 1803 年他曾写道： “我们的物理学将不再是关于运动、热、光、电、磁以及我们所知道的任何其他现象的零散的汇总，我们将把整个宇宙容 纳到一个体系中。 ” 正是由于整个社会的学术水平已经发展到了这一程度， 奥斯特恰好又是这一主流思潮中的积极分子，因此，在这个时间，由他来追寻这一问题也应是历史的必然而绝非巧合。 2．为什么追寻十余年之久 伟大的发现往往都曾被世俗陈见所遮蔽，奥斯特寻找电和磁之间联系的试验也屡屡失 败。因为在此之前， 服从牛顿定律和库仑定律的引力、电场力、磁与磁间的作用力都是沿着 连接相互吸引或相互排斥物体的一条直线产生的。 奥斯特和当时的人们一样， 也认为力的作 用只能像有心力那样是“纵向”的，他未曾料到电与磁之间的联系表现为“横向力” ，因而总是把磁针放错位置！旧的观念阻碍了成功，奥斯特不是先知，他当然也不能超越时代。 其实现在想来此事也够奇妙的：一个电荷凌空飞过，它下面的小磁针竟然横向受力！ 精选 3．为什么最终还是他 奥斯特深信电和磁间有某种联系，就像电和发热发光的现象间有联系一样。 1812 年他 就在论文中写过：“ 我们应该检验的是， 究竟电是否以其最隐蔽的方式对磁体有类似的作用。 ” 他在通电的导线前面放一根磁针， 企图用通电的导线吸引磁针。 然而尽管导线灼热了， 甚至 烧红发光了，磁针也毫无动静。 1820 年 4 月，奥斯特在作有关电和磁的演讲时，尝试将磁针放在导线的侧面，在接通 电源时，发现磁针轻微地晃动了一下，他意识到这正是他多年盼望的实验现象。 经过反复实验， 奥斯特终于查明电流的磁效应是沿着围绕导线的螺旋方向发生的。 1820 7 月 21 日，他以拉丁文简洁地报告了 60 多次实验的结果， 向科学界宣告电流磁效应的发现。 二、法拉第心系“磁生电” 1．为什么是他 1820 年起，电磁热席卷欧洲，研究结果大量发表，众说纷纭，真伪难辨。 1821 年英国哲学学报 （Annal of Philosophy ）杂志编辑约法拉第 （ Michael Faraday，1791 ～ 1867）写一篇关于电磁问题的述评，这件事促使法拉第开始了电磁学的研究。 已经在化学领域崭露头角，而又兴趣广泛、有着敏锐洞察力和超强动手能力的法拉第， 在整理电磁学文献时， 为了判断各种学说的真伪， 亲自做了许多实验， 其中就包括奥斯特和 安培的实验。法拉第对安培的“分子电流”理论提出了不同看法， 两人分别设计实验互相辩驳。 这是 1822 年的事。如果安培细心做下去，肯定会发现，在线圈通断电的瞬间，铜环里 会出现宏观电流。 遗憾的是安培一心只是想证明他的分子电流学说， 竟错过了发现电磁感应现象的机会。 据文献记载， 法拉第在知道安培的答辩后， 也重复了这个实验。 可惜他所依据的资料把安培的圆环误画为圆盘，所以法拉第重复试验了多次也没有得到结果。 如果安培能更客观地对待实验， 如果法拉第能准确地了解安培的实验， 也许他们中的一位会比 1831 年早好几年发现电磁感应现象。 然而，当时一切都在黑暗之中，通往发现之路被偏见封锁。 2．为什么追寻十余年之久 当然，法拉第发现电磁感应现象并不是偶然的机遇，而是他一贯追求科学真理的结果。 他和奥斯特一样，笃信自然力的统一，一刻也没