電流磁效應

1731年，一名英國商人發現，雷電過後，他的一箱刀叉竟然有了磁性。

1751年，富蘭克林發現萊頓瓶放電可使縫衣針磁化。

奧斯特的“電流碰撞”

丹麥物理學家漢斯·奧斯特(H．C．Oersted，1777－1851)是康德哲學思想的信奉者，深受康德等人關於各種自然力相互轉化的哲學思想的影響，奧斯特堅信客觀世界的各種力具有統一性，並開始對電、磁的統一性的研究。1751年富蘭克林用萊頓瓶放電的辦法使鋼針磁化的發現對奧斯特啟發很大，他認識到電向磁轉化不是可能不可能的問題，而是如何實現的問題，電與磁轉化的條件才是問題的關鍵。開始奧斯特根據電流通過直徑較小的導線會發熱的現象推測：如果通電導線的直徑進一步縮小那麼導線就會發光如果直徑進一步縮小到一定程度，就會產生磁效應。但奧斯特沿著這條路子並未能發現電向磁的轉化現象。奧斯特沒有因此灰心，仍在不斷實驗，不斷思索，他分析了以往實驗都是在電流方向上尋找電流磁效應 電流磁效應

電流的磁效應，結果都失效了，莫非電流對磁體的作用根本不是縱向的，而是一種橫向力，於是奧斯特繼續進行新的探索。1820年4月的一天晚上，奧斯特在為精通哲學及具備相當物理知識的學者講課時，突然來了“靈感”，在講課結束時說：“讓我把通電導線與磁針平行放置來試試看！”於是，他在一個小伽伐尼電池的兩極之間接上一根很細的鉑絲，在鉑絲正下方放置一枚磁針，然後接通電源，小磁針微微地跳動，轉到與鉑絲垂直的方向。小磁針的擺動，對聽課的聽眾來說並沒什麼，但對奧斯特來說實在太重要了，多年來盼望出現的現象，終於看到了，當時簡直使他愣住，他又改變電流方向，發現小磁針向相反方向偏轉，說明電流方向與磁針的轉動之間有某種聯繫。

奧斯特為了進一步弄清楚電流對磁針的作用，於1820年4月到7月，費了三個月的時間，做了六十多個實驗，他把磁針放在導線的上方、下方，考察了電流對磁針作用的方向；把磁針放在距導線不同距離，考察電流對磁針作用的強弱；把玻璃、金屬、木頭、石頭、瓦片、松脂，水等放在磁針與導線之間，考察電流對磁針的影響……。並於1820年7月21日發表了題為《關於磁針上電流碰撞的實驗》的論文，這篇論文僅用四頁紙，十分簡潔地報告了他的實驗，向科學界宣布了電流的磁效應。1820年7月21日作為一個劃時代的日子載入史冊，它揭開了電磁學的序幕，標誌著電磁學時代的到來。

奧斯特當時把電流對磁體的作用稱為“電流碰撞”，他總結出了兩個特點：一是電流碰撞存在於載流導線的周圍；二是電流碰撞“沿著螺紋方向垂直於導線的螺紋線傳播”。奧斯特實驗證實了電流所產生的磁力的橫向作用，他在二十年前建立的信念，終於靠自己的實驗證實了。

有人說奧斯特的電流磁效應是“偶然地發現了磁針轉動”，當然也不無道理，但是法國的巴斯德 說得好：“在觀察的領域中，機遇只偏愛那種有準備的頭腦。”

又稱右手螺線管定則

奧斯特的發現轟動了整個歐洲，對法國學術界的震動尤大，法國物理學家阿拉果在瑞士聽到了奧斯特發現電流磁效應的消息，十分敏銳地感到這一成果的

重要性，隨即於1820年9月初從瑞士趕回法國。9月11日即向法國科學院報告了奧斯特的這一最新發現，他詳細地向科學院的同事們描述了電流磁效應的實驗。阿拉果的報告，在法國科學家中引起了很大反響。當時，以科學上極為敏感、最能接受他人成果而著稱的安培(A．M．Ampere，1775－1836)對此作出了異乎尋常的反應，他於第二天就重複了奧斯特的實驗，並加以發展，在一周內於9月18日向法國科學院報告了第一篇論文，闡述了他重複做的電流對磁針的實驗，並提出了圓形電流產生磁性的可能性。安培在這個實驗中發現磁針轉動的方向與電流方向的關係服從右手定則，即是後人稱它為“安培右手定則”。

此後安培又創造性地發展了實驗內容，研究了電流對電流的作用，這比奧斯特實驗大大前進了一步。他又向法國科學院提出了第二篇論文，闡述了他用實驗證明了兩平行載流導線，當電流方向相同時相互吸引，當電流方向相反時相互排斥。之後安培又用各種形狀的曲線載流導線，研究他們之間的相互作用，並提出了第三篇論文。

在這以後安培又花了兩、三個月的時間集中力量研究電流之間的相互作用。安培以極精巧的實驗和相當高超的數學技巧結合起來，做了四個實驗。

第一個實驗，安培用一無定向秤檢驗對摺通電導線有沒有作用力，結果是否定的，從而證明當電流反向時，它產生的作用也相反。

第二個實驗，安培仍用一無定向秤檢驗一對摺通電導線，只是這時對摺導線的另一臂繞成螺旋線，結果也是否定的，從而證明，電流元具有矢量性質，即許多電流元的合作用等於各單個電流元所產生的作用的矢量和。

第三個實驗，安培設計了一個裝置，同一端固定於圓心的絕緣柄固連一圓弧形導體，再將圓弧形導線架在兩個通電的水銀槽上．然而用各種通電線圈對

它作用，結果卻不能使圓弧形導體沿其電流方向運動。從而證明，作用在電流元上的力是與它垂直的。

第四個實驗，安培用1．2、3三個相同的線圈，這三個線圈的線度之比與三線圈間距之比一致，通電后發現：1、3線圈對2線圈的合作用為零。從而證明，各電流強度和相互作用距離增加同樣倍數時，作用力不變。

安培提出了一個假設是兩電流元之間的相互作用力沿著它們的連線，在此基礎上，安培總結得出兩電流元之間的作用力與距離平方成反比的公式，這就是著名的安培定律。安培於同年12月4日向法國科學院報告了這個極為重要的成果。

為了解釋奧斯特效應，安培把磁的本質簡化為電流，認為磁體有一種繞磁軸旋進的電流，磁體中的電流與導體中的電流相互作用便導致了磁體的轉動。這在某種意義上起到了用電流相互作用力來統一解釋各種電磁現象的效果。

但菲涅耳對安培的磁體電流提出了質疑，他認為磁體中既然有電流，磁體就應當有明顯的溫升現象，但實際上無法測量出磁體的自發放熱。在這種情況下，安培又提出了著名的分子電流假設：磁性物質中每個分子都有一微觀電流，每個分子的圓電流形成一個小磁體。在磁性物質中，這些電流沿磁軸方向規律地排列，從而顯現一種繞磁軸旋轉的電流，如同螺線管電流一樣。1827年安培發表了《電動力學現象的理論》．將其電動力學的數學理論牢固地建立在分子電流假設的基礎上。

在安培得出電流元相互作用公式之前，法國科學家畢奧(J．B．Biot，1774－1862)和薩伐爾(F．Savart，1791－1841)通過實驗得到了載流長直導線對磁極的作用反比於距離r的結果，後來法國數學家拉普拉斯(P．S．Laplace，1749－1827)用絕妙的數學分析，幫他們把實驗結果提高到理論高度，得出了畢奧－薩伐爾－拉普拉斯定律(簡稱畢－薩－拉定律)給出了電流元所產生的磁場強度的公式，闡明電流元在空間某點所產生的磁場強度的大小正比於電流元的大小，反比於電流元到該點距離的平方，磁場強度的方向按右手螺旋法則確定，垂直於電流元到場點的距離。

奧斯特的發現揭示了長期以來認為性質不同的電現象與磁現象之間的聯繫，電磁學立即進入了一個嶄新的發展時期，法拉第後來評價這一發現時說：“它猛然打開了一個科學領域的大門，那裡過去是一片漆黑，如今充滿光明。”人們為了紀念這位博學多才的科學家，從1934年起用“奧斯特”的名字命名磁場強度的單位。

從1820年7月奧斯特發表電流的磁效應到12月安培提出安培定律，這期間僅僅經歷了四個多月時間。但電磁學卻經歷了從現象的總結到理論的歸納這一大飛躍，從而開創了電動力學的理論。這些成就的取得不僅體現了科學家作為時代領路人的極強的洞察力，也是一個負責任的電磁學奠基人。

電流的磁效應(通電會產生磁)：奧斯特發現，任何通有電流的導線，都可以在其周圍產生磁場的現象，稱為電流的磁效應。

非磁性金屬通以電流，卻可產生磁場，其效果與磁鐵建立的磁場相同。

通有電流的長直導線周圍產生的磁場：

在通電流的長直導線周圍，會有磁場產生，其磁感線的形狀為以導線為圓心一封閉的同心圓，且磁場的方向與電流的方向互相垂直.。

用右手握住導線，大拇指指向電流的方向(所以必須是直流電，電流的方向，在導線中是由正極流到負極)，其餘四指所指的方向，即為磁力線的方向或磁針N極所受磁力的方向。

以右手握住線圈，四指指嚮導線上電流的方向，則大拇指所指即為磁力線方向。

H(高斯)=2I(安培)/10r(公分)<；==長直導線

I：系指導線上的總電流，可借著增加線圈的匝數來提高導線上的總電流。

r：為與導線間的垂直距離。

*註：地球磁場約0.2高斯。

螺管線圈：管面半徑a，管長L，線圈總匝數N，距端面為X的P點

a.空心：X點之磁場

b.若在螺線管內塞滿磁鐵性物質，除了原有空心線圈所產生的磁場外，另外還得加上這些物質磁化后所造的磁場，即總磁場強度(B)應為

B=H+4πM=H+4πXH=（1+4πX）H=μH

X：導磁M：磁化強度H：空心線圈之磁場

由上式可知塞有磁性物質的螺線管，其所產生的磁場強度為空心線圈的M倍。一般鐵磁性物質的μ值在數百到數萬之間。

水平電流在小磁針的正上方或正下方，且電流方向沿南北方向時小磁針會發生明顯偏轉。