2015年5月13日

2015-05-14 00:35阅读：

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#文明之光#之#发明365# 5月14日电流表和电磁铁的发明
选自《文明之光》
有了伏特电池，科学家们就可以使用电池来做一些科学实验了，但是要指望电池提供的电能取代当时的水能和煤炭成为主要动力来源，却不现实。在19世纪初，世界上还没有发电机和电动机——前者将其他能源转变成电能，后者将电能转变成机械能推动机器。而这两种机器工作的基本原理，都是建立在电磁学理论之上的。因此，发电机和电动机都是在搞清楚了电磁原理之后发明的。
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图 5.14.1 电流表
到了近代，人们多少已经认识到一些电和磁的共性，他们都能产生引力，但是他们除了记录一些观察到的现象，还无法搞清楚电和磁的关系。最早发现电流磁效应的是丹麦物理学家汉斯∙奥斯特（Hans Ørsted，1777－1851），不过把电和磁紧密结合起来并进行定量研究的则是法国著名物理学家安培（André-Marie Ampère，1775—

SPAN>）。1820年，就在奥斯特刚刚发现电磁效应后，安培就把他的精力转到了这方面。几周后安培通过实验发现了通电线圈和磁铁的相似性，并且接下来连续进行了几个著名的实验。通过这些实验，安培总结出很多著名的电磁学定律，比如安培右手定律。随后他连续发表了几篇重要的论文，介绍了他的研究成果。第二年，安培提出了分子电流假设（当时他还不知道有电子），并且创立了电动力学，这些内容记述在安培1827年出版的《电动力学现象的数学理论》一书中。这本书是电磁学史上的一部经典论著，奠定了电磁学的发展基础。正是为了表彰安培在电学上所做出的杰出贡献，我们用安培作为电流的单位。安培对电磁作用的研究，结束了此前人们关于电和磁分离的认识，不仅为之后几十年电磁学的发展打下了基础，而且为后来利用电磁效应发电提供了理论依据。电动力学的另一位奠基人麦克斯韦（JamesClerk Maxwell，1831－1879）称安培的研究是“科学史上最辉煌的成就之一”。安培除了对电磁学理论的贡献外，还发明了我们今天使用的测量电流大小的电流表，也称为安培表。
在安培工作的基础上，两位远隔大西洋的发明家，几乎是在同一时间各自独立地发现了电磁感应现象，他们的研究成果直接导致了实用电动机和发电机的诞生。这两个人便是英国的科学家和发明家法拉第（MichaelFaraday，1791—1867）以及美国发明家亨利（Joseph Henry，1797—1878）。法拉第和亨利的生活经历完全不同，但是有一点是相同的，就是两个人都命途多舛。
2015年5月13日

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5.14.2 亨利发明的电磁铁
先说说亨利。约瑟夫∙亨利出生在纽约州奥尔巴尼市一个贫穷的工人家庭。13岁因为家贫而失学，后来在钟表铺当学徒。他刻苦自学，考进了奥尔巴尼学院。在当时，医生是一种高收入的职业（今天也是如此），他原本打算当一名医生，可是，却阴错阳差当上了一名大学教授。1832年，亨利成为了新泽西学院的教授，这所学院应该很少有人听说过，不过今天它有一个非常响亮的名字——普林斯顿大学。1827年，亨利还在当讲师时，就发明了强电流磁铁，他用纱包铜线围着一个铁芯缠了几层，然后在铜线中通上电流，这个小小的电磁铁居然能吸起是它自身重量上百倍的铁块，比天然磁铁的吸引力要强得多。他对电磁铁稍加改进，一个体积不大的电磁铁，居然就能吸起一吨多重的铁块。强电磁铁是今天发电机和电动机中最核心的部分。
明天我们接着谈亨利和法拉第的贡献。

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