怎么证明分子电流假说是谁提出的

【科学史】安培“坐”失良机 | 科拉顿“跑”失良机

       鲜为人知的是早在法拉第做出这一伟大发现之前的1822年,法国科学家安培已经发现了一电流可以感应出另一电流来。

      在一个水平放置的多匝线圈里,悬一圆周略小于线圈的铜圆环,铜圆环与线圈同圆心,在线圈附近有一马蹄形强磁体,当线圈接通电源时,观察到铜环发现生偏转。安培实际上在无意中制成了一个过阻尼冲击电流计,由感应引起的吸引和排斥,铜环的偏转是明显的。

      具有敏锐洞察力的安培在记录实验时写道:“如不承认在铜环中存在可以形成运动电流的少量铁的话,这个实验无疑证明感应能产生电流。

      令人费解的是,安培在记述里作了轻率的结论:“感应能产生电流这一事实,尽管本身很有趣,但它与电动力作用的总体理论无关。”这一实验在当时未予公布。安培如此轻易地放过这一不同寻常的实验,常使后人深感困惑。

他先是发现了圆形电流能产生磁性;

尔后又发现了线电流之间有相互作用;

继而又提出著名的安培定律和分子电流假说。

       安培是如此偏爱他的分子电流假说,以至它成了安培在1827年完成的著作《电动力学现象的数学理论》的基础。处于创造力鼎盛时期的安培,却错过了这一次本该属于他做出的又一重大发现的机会,人们对此有过种种猜测,答案是多种多样的。

        有史料表明,在某种意义上,安培是故意错过了这样的机会!使他放弃机会的,是他的心爱的理论──分子电流假设。按照这个假说,物体内部每个分子的圆电流形成一个小磁体,物体的磁化就是在外界的作用下所有分子小磁体沿一个方向排列。分子电流假说为解释物体宏观磁性形成提供了依据,然而在解释其他一些电磁现象时却遇到了困难, 1821年9月,法拉第发现通电导线能绕磁铁旋转等现象,曾经批评过安培的这一假说。

事实上,安培在这一次不寻常的实验中,在铜环上感应出的是同轴电流,如果一定要用分子电流假说解释,也是很牵强的。这就使安培陷入了十分尴尬的境地:要么承认同轴电流,放弃分子电流说,要么保护分子电流说,否认同轴电流。显然,为了保护心爱的理论,电磁感应变为安培最不愿看到的事情了,他只能对自己的这一实验保持缄默了。直到1825年10月,安培在给友人的信中还是固执地认为:在铜环中感应出的电流具有分子电流同样大小的数量级(实际上就是分子电流),并非同轴电流。  

 饶有趣味的是,在安培进行这一实验的稍后,即在1822年9月,法拉第在日记里写下了“转磁为电”的奋斗目标,从此开始了长期的艰苦的探索,经过近十年的实验,在1831年8月终于发现,在圆形铁环两边绕上两组线圈,当一组线圈接通或切断电源的瞬间,另一组线圈里会感生出电流,这就是所谓的“电磁感应现象。”人们不禁要感叹:如果安培及早把他的实验公布出来,那么法拉第会很快悟出产生感生电流的必要条件,得出他直到1831年才得出的相同结论,电磁学的进展会因此加快7~8年,而安培本人也不必在10年以后向法拉第乞求分享电磁感应的优先权。然而历史老人不喜欢用虚拟语气,历史的判决是无情的,却是公正的:发现电磁感应的优先权无可争辩地属于法拉第!尽管安培最先发现了感应现象,但终究没能结出果来。“分子电流说”固然使安培取得了某些成功,但不恰当地以此去说明其他众多的电磁现象,却使安培陷入了泥坑而不能自拔,从而失去了做出更伟大发现的机会。他是物理学史上又一位“当真理碰到鼻尖上的时候,还是没有得到真理”(恩格斯语)的人物。

       将一个磁铁插入连有灵敏电流计的螺旋线圈,来观察在线圈中是否有电流产生。

       但是在实验时,科拉顿为了排除磁铁移动时对灵敏电流计的影响,他通过很长的导线把接在螺旋线圈上的灵敏电流计放到另一间房里。他想,反正产生的电流应该是“稳定”的(当时科学界都认为利用磁场产生的电应该是“稳定”的),插入磁铁后,如果有电流,跑到另一间房里观察也来得及就这样,科拉顿开始了实验。

      在科拉顿看来,磁生电是一种稳态现象,电流一经产生,就可能较长时间地维下去,所以他认为快速奔到隔壁房间里去是万无一失的。

      但问题却偏偏出现在这里,电磁感应现象稍纵即逝,即使他具有异常快的奔跑速度,也无济于事。他看到的电流计指针都是指在“0”刻度的位置。

       科拉顿的这个失败,是一个什么样的失败呢?后人有各种各样的议论。

       因为科拉顿的实验装置设计得完全正确,如果磁铁磁性足够强,导线电阻不大,电流计十分灵敏,那么在科拉顿将磁铁插入螺旋线圈时,电流计的指针确实是摆动了的。也就是说,电磁感应的实验是成功了,只不过科拉顿没有看见,他跑得还是“太慢”,连电流计指针往回摆也没看见,

       有人说,这是一次“遗憾的失败”。因为科拉顿如果有个助手在另外那间房里,或者科拉顿就把电流计放在同一间房里看得见的地方,那么成功的桂冠肯定是属于科拉顿的。

       有人说,这是一次“真正的失败”。因为科拉顿没能转变思想,没有从“稳态”的猜想转变到“暂态”的考虑上来,所以他想不到请个助手帮一下忙、或者把电流计拿到同一间房里来。

       事实也正是如此,法拉第总结了别人和他自己以前失败的教训,他决定不再固守“稳态”的猜想,终于在1831年8月,观察到了电磁感应现象。

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安德烈·玛丽·安培(André-Marie Ampère,1775年1月20日—1836年6月10日),里昂人,法国物理学家、化学家和数学家。安培最主要的成就是1820~1827年对电磁作用的研究,他被麦克斯韦誉为“电学中的牛顿”。在电磁作用方面的研究成就卓著。电流的国际单位安培即以其姓氏命名。

一)安培定则,也叫右手螺旋定则

表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。

A.通电直导线中的安培定则(安培定则一):用右手握住通电直导线,让大拇指指向电流的方向,那么四指的指向就是磁感线的环绕方向;

B.通电螺线管中的安培定则(安培定则二):用右手握住通电螺线管,让四指指向电流的方向,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。

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