汉斯·奥斯特
丹麦物理化学家
汉斯·克海斯提安·奥斯特(丹麦语:Hans Christian Ørsted,1777年8月14日-1851年3月9日),丹麦物理学家、化学家和文学家。在物理学领域,他首先发现载流导线的电流会产生作用力于磁针,使磁针改变方向。在化学领域,他发现了铝元素。十九世纪后期,在科学方面的后伊曼努尔·康德哲学和演进,由于他的写作而更见雏形。他创建了“思想实验”这名词,他也是第一位明确地描述思想实验的现代思想家。
1814年,奥斯特与Inger Bellum在哥本哈根共缔良缘,共育有三男四女。于1820年,奥斯特意外地发现他首先发现载流导线的电流会作用于磁针,使磁针改变方向,从此举世闻名,得到很多奖章与荣誉。1822年当选为瑞典皇家科学院外籍院士。为了提升丹麦的科技水平,于1829年,他创建了College of Advanced Technology(丹麦语:Den Polytekniske Læreanstalt,1933年更名为丹麦技术大学),并且任职为校长,一直到他往生。他埋葬于哥本哈根的Assistens Cemetery。
人物生平
汉斯·奥斯特(HansØrsted,1777年8月14日-1851年3月9日),丹麦物理学家、化学家。
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
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。他一边当家庭教师,一边在学校学习药物学、天文、数学、物理、化学等。在物理学领域,他首先发现载流导线的电流会产生作用力于磁针,使磁针改变方向。在化学领域,铝元素是他最先发现的。
1799年获得博士学位。
1801—1803年他旅游德国法国等地,于1804年回国。
1806年被聘为哥本哈根大学物理、化学教授,研究电流和声等课题。
1814年奥斯特与Inger Bellum在哥本哈根共缔良缘,共育有三男四女。
1815年起任丹麦皇家学会常务秘书。
1820年因电流磁效应这一杰出发现获伦敦皇家自然知识促进学会科普利奖章
1824年倡仪成立丹麦自然科学促进会。
1829年出任哥本哈根理工学院院长。
1851年创建了丹麦技术大学,并且任职为校长,一直到他往生。他埋葬于哥本哈根的Assistens Cemetery。
1851年3月9日在哥本哈根逝世,终年74岁。
主要成就
实验信息
起因
奥斯特早在读大学时就深受康德哲学思想的影响,认为各种自然力都来自同一根源,可以相互转化。他一直坚信电和磁之间一定有某种关系,电一定可以转化为磁。当务之急是怎样找到实现这种转化的条件。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。
实验
1819年上半年到1820年下半年,奥斯特一面担任电、磁学讲座的主讲,一面继续研究电、磁关系。
1820年4月在一次讲演快结束的时候,奥斯特抱着试试看的心情又作了一次实验。他把一条非常细的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。这一跳,使有心的奥斯特喜出望外,竟激动得在讲台上摔了一跤。但是因为偏转角度很小,而且不很规则,这一跳并没有引起听众注意。以后,奥斯特花了三个月,作了许多次实验,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、脂松香等,不会影响磁针的偏转。7月21日奥斯特写成《论磁针的电流撞击实验》的论文,这篇仅用了4页纸的论文,是一篇极其简洁的实验报告。奥斯特在报告中讲述了他的实验装置和60多个实验的结果,从实验总结出:电流的作用仅存在于载流导线的周围;沿着螺纹方向垂直于导线;电流对磁针的作用可以穿过各种不同的介质;作用的强弱决定于介质,也决定于导线到磁针的距离和电流的强弱;铜和其他一些材料做的针不受电流作用;通电的环形导体相当于一个磁针,具有两个磁极,等等。正式向学术界宣告发现了电流磁效应。
意义
奥斯特发现的电流磁效应,是科学史上的重大发现,它立即引起了那些懂得它的重要性和价值的人们的注意。在这一重大发现之后,一系列的新发现接连出现。两个月后安培发现了电流间的相互作用,阿拉果制成了第一个电磁铁,施魏格发明电流计等。安德烈·安培曾写道:“奥斯特先生……已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了.”奥斯特的发现揭开了物理学史上的一个新纪元。
电磁效应
汉斯·克里斯蒂安·奥斯特自从库仑提出电和磁有本质上的区别以来,很少有人再会去考虑它们之间的联系。而安培和毕奥等物理学家认为电和磁不会有任何联系。可是奥斯特一直相信电、磁、光、热等现象相互存在内在的联系,尤其是本杰明·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。当时,有些人做过实验,寻求电和磁的联系,结果都失败了。奥斯特分析这些实验后认为:在电流方向上去找效应,看来是不可能的,那么磁效应的作用会不会是横向的?
1820年4月有一次晚上讲座,奥斯特演示了电流磁效应的实验。当伽伐尼电池与铂丝相连时,靠近铂丝的小磁针摆动了。这一不显眼的现象没有引起听众的注意,而奥斯特非常兴奋,他接连三个月深入地研究。7月21日,他宣布了实验情况。
奥斯特将导线的一端和伽伐尼电池正极连接,导线沿南北方向平行地放在小磁针的上方,当导线另一端连到负极时,磁针立即指向东西方向。把玻璃板、木片、石块等非磁性物体插在导线和磁针之间,甚至把小磁针浸在盛水的铜盒子里,磁针照样偏转。
电磁学
奥斯特认为在通电导线的周围,发生一种“电流冲击”。这种冲击只能作用在磁性粒子上,对非磁性物体是可以穿过的。磁性物质或磁性粒子受到这些冲击时,阻碍它穿过,于是就被带动,发生了偏转。
导线放在磁针的下面,小磁针就向相反方向偏转;如果导线水平地沿东西方向放置,这时不论将导线放在磁针的上面还是下面,磁针始终保持静止。
他认为电流冲击是沿着以导线为轴线的螺旋线方向传播,螺纹方向与轴线保持垂直。这就是形象的横向效应的描述。
奥斯特对磁效应的解释,虽然不完全正确,但并不影响这一实验的重大意义,它证明了电和磁能相互转化,这为电磁学的发展打下基础。
其它方面
奥斯特曾经对化学亲合力等作了研究。
1822年他精密地测定了水的压缩系数值,论证了水的可压缩性。
1823年他还对温差电现象作出了成功的研究。他对库仑扭秤也作了一些重要的改进。
1825年最早提炼出铝(即利用稀的钾汞齐氯化铝反应分离出金属铝),但纯度不高,以致这项成就在冶金史上归属于德国化学家弗里德里希·维勒,他最后一项研究是40年代末期对抗磁体的研究,试图用反极性的反感应效应来解释物质的抗磁性。同一时期迈克尔·法拉第在这方面的成就超过了保罗·奥斯特及其法国的同辈。法拉第证明不存在所谓的反磁极。并用磁导率和磁力线的概念统一解释了磁性和抗磁性。不过,奥斯特研究抗磁体的方法仍具有很深的影响。
电磁学应用
奥斯特(Oersted)是厘米-克-秒制里的磁场强度(H场)、磁化强度的单位,简称“奥”(Oe)。
奥斯特定义为达因(dyn)每单位磁荷。转换至国际单位制,1奥斯特等于1000/4π(≈79.5774715)安培/米。
在卷绕79.58匝每米,带有1安培电流的超长螺线管内的H场大约为1奥斯特。
当10安培的稳恒电流通过无限长的细直导线时,距离导线2厘米处的H场为1奥斯特。
当10安培电流通过半径为1厘米的単匝环形线圈时,在环心处的H场为2π奥斯特。
在厘米-克-秒制里,H场的单位是奥斯特,磁感应强度(B场)的单位是高斯。在国际单位制里,H场的单位是安培/米,B场的单位是特斯拉
奥斯特与B场的单位高斯密切相关。在真空里,假若H场是1奥斯特,则B场是1高斯。在磁导率为的介质里,B场(高斯)与H场(奥斯特)的关系为B=uH。
个人作品
1920年整理出版他的重要论文,书名是《奥斯特科学论文》。
后世纪念
1908年丹麦自然科学促进协会建立“奥斯特奖章”,以表彰做出重大贡献的物理学家。
1934年起命名磁场强度的单位为奥斯特,简称“奥”。
1937年美国物理教师协会设立“奥斯特奖章”,奖励在物理教学上做出贡献的物理教师。
参考资料
物理学史站 | 奥斯特的主要成就.福建师范大学物理与能源学院.2024-02-06
目录
概述
人物生平
主要成就
实验信息
电磁效应
电磁学
个人作品
后世纪念
参考资料