奥斯特实验解读

奥斯特实验解读奥斯特实验解读奥斯特实验解读奥斯特实验与其意义相关实验研究课题奥斯特实验2通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。奥斯特实验解读奥斯特实验解读奥斯特实验解读奥斯特实验与其意义奥斯特实验与其意义相关实验研究课题

奥斯特实验2奥斯特实验与其意义奥斯特实验2奥斯特实验与其意义19世纪20年代前，磁和电是独立发展的奥斯特,丹麦物理学家

HansChristianOersted深受康德哲学关于“自然力”统一观点的影响，试图找出电、磁之间的关系3奥斯特实验与其意义19世纪20年代前，磁和电是独立发展的3奥斯特实验1820年7月4奥斯特实验1820年7月4奥斯特实验表明长直载流导线与之平行放置的磁针受力偏转——电流的磁效应磁针是在水平面内偏转的

——横向力突破了非接触物体之间只存在有心力的观念——拓宽了作用力的类型5奥斯特实验表明长直载流导线与之平行放置的磁针受力偏转——电流意义揭示了电现象与磁现象的联系宣告电磁学作为一个统一学科诞生历史性的突破此后迎来了电磁学蓬勃发展的高潮6意义揭示了电现象与磁现象的联系6评价

Ampere写道：“Oerster先生……已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了”．Faraday评论说：“它突然打开了科学中一个一直是黑暗的领域的大门，使其充满光明”．7评价Ampere写道：“Oerster先生……已经永远把他相关实验9.18Ampere圆电流对磁针作用9.25Ampere平行电流对磁针作用9.25Arago钢片被电流磁化8相关实验9.18Ampere圆电流对磁针作用8磁铁对电流的作用Ampere通电导线受马蹄形磁铁作用而运动9磁铁对电流的作用Ampere9Ampere螺线管与磁铁相互作用时显示出N极和S极10Ampere螺线管与磁铁相互作用时显示出N极和S极10确定载流螺线管极性

实验表明载流螺线管相当于磁棒，螺线管的极性与电流成右手螺旋关系11确定载流螺线管极性实验表明载流螺线管相当于磁棒，螺线管一系列实验表明

磁铁————磁铁

电流————电流

都存在相互作用12一系列实验表明磁铁————磁铁12爱因斯坦指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想像力，而且标志着科学的真正进步。”13爱因斯坦指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解研究课题毕奥－萨筏尔的研究课题安培的研究课题电流产生磁的逆效应电、磁相互作用的传递问题14研究课题毕奥－萨筏尔的研究课题14毕奥－萨筏尔的研究课题寻找电流元对磁极作用力的定量规律认为电流对磁极的作用力是自然界的基本力受Oester横向力的影响，认为每一个电流元对磁极的作用力也垂直于导线与磁极构成的平面困难是无孤立的电流元

15毕奥－萨筏尔的研究课题寻找电流元对磁极作用力的定量规律15关键是找到几何关系把电流分割成许多电流元还和几何因素如有关即解决了电流产生磁场的规律（见下节）16关键是找到几何关系把电流分割成许多电流元还和几何因素如即解决安培的研究课题几乎在同样的背景下，安培提出的问题更深入，显示出大师的风范安培认为：磁现象的本质是电流物质的磁性来源于“分子”电流这是安培根据实验的种种表现作出的重要的抽象17安培的研究课题几乎在同样的背景下，安培提出的问题更深入，显示“分子”电流所谓“分子”，是指构成物质的基元，当时对物质结构和分子、原子的认识还很肤浅

每个分子都有电流环绕着，当分子排列整齐时，它们的电流合起来就可以满足磁棒的磁性所需要的电流

磁化可视为使物质中的分子电流排列整齐显示出总体效果18“分子”电流所谓“分子”，是指构成物质的基元，当时对物质结构以“分子电流”取代磁荷

——能解释磁棒与载流螺线管的等效性可将种种磁相互作用归结为电流之间的相互作用提出寻找任意两个电流元之间作用力的定量规律——即可解决磁相互作用的问题19以“分子电流”取代磁荷19困难同样是无孤立的电流元两电流元与两者连线三者不共面涉及的几何因素更多，难度增大安培精心设计了四个示零实验来解决这些困难20困难同样是无孤立的电流元20无定向秤实验一：用对折导线，在其中通以大小相等、方向相反的电流．把它移近无定向秤附近的不同部位，观察无定向秤的反应结果：无定向称不动说明：当电流反向时，它产生的作用力也反向数学表达：21无定向秤21实验二：用载流曲折线对无定向秤作用，结果与载流直导线的作用一样说明电流元具有矢量性,表为

实验三：装置如图只允许圆弧形导体沿其切线方向运动而不允许圆弧形导体沿着与其垂直的方向运动结果：圆弧导体不动说明：作用在电流元上的力是与它垂直的——横向力

22实验二：实验三：22实验四

圆线圈A、B、、C线度之比为1/n：1：n，A与B的距离以与线圈B与C的距离比为1：n，A与C固定，并串联，其中电流相同，线圈B可以活动，通以另一电流结果：B不动结论：所有几何线度增加同一倍数时，作用力的大小不变23实验四23安培给出的公式根据安培的假设：两个电流元之间的相互作用沿它们的联线，相当于承认假设的目的是期望电流元之间相互作用力满足牛顿第三定律，由此推出的公式内含各项都是标量两者方向相反P90（2.14)实际没有孤立的电流元，两个孤立电流元不一定满足牛顿第三定律，横向力，并不一定沿连线，此条件应该去掉24安培给出的公式根据安培的假设：两个电流元之间的相互作用沿它们安培定律

经过后人对安培的公式修正、加工，得到现在的安培定律形式被Maxwell誉为“科学中最光辉的成就之一”．Ampere本人则被誉为“电学中的Newton”．25安培定律经过后人对安培的公式修正、加工，得到现在的安培定律1）将K写成：并取，则当、、的单位为米，为牛顿时，确定下来的电流的单位为安培。2）反过来，可得为牛顿/安培2。电流强度单位——安培的定义和绝对测量261）将K写成：并取启示

安培从错综复杂的现象与联系中，提炼出磁现象的本质

——独具慧眼；提出寻找电流、电流之间的相互作用的定量规律问题——问题的深度、广度和重要性高于其他同代人提出的问题，显示出大师风范，也反映了正确抽象、洞察本质的重要性；

在解决问题上，面对难以测量的困难，巧妙地设计示零实验，设计与理论猜测相结合，揭示出电流元相互作用应具有的特点，采用矢量点乘、叉乘来表示dl1、dl2、r12之间的关系；27启示安培从错综复杂的现象与联系中，提炼出磁现象的本质——进一步提出的课题电流产生磁的逆效应的问题将导致电磁感应现象的发现电、磁相互作用的传递问题超距作用和近距作用的论争再次激化，将导致电磁场理论的建立28进一步提出的课题电流产生磁的逆效应的问题28§2

磁感应强度矢量(magneticinduction)1、由电场强度的定义方法,从安培力的角度来分析：则对整个L1的作用力为

2.1磁感应强度矢量

29§2磁感应强度矢量(magneticinduction把电流元看成试探电流元则：

，为磁感应强度矢量

的大小：单位电流元在该处所受的最大安培力。的方向：垂直于试探电流受力最小处。的单位：特斯拉（T）高斯（特斯拉=104高斯）30把电流元看成试探电流元302.2毕奥---萨伐尔定律：磁感应线（B线）：有方向的曲线，其上每点的切线方向与该点的磁感应强度矢量的方向一致。312.2毕奥---萨伐尔定律：317.2.2毕奥―萨伐尔定律应用举例例1载流长直导线的磁场．在真空中有一长为载流直导线，导线中电流强度为，求导线附近一点的磁感应强度．解327.2.2毕奥―萨伐尔定律应用举例例1载流长直导线的特例：无限长导线：33特例：无限长导线：33例2圆形电流的磁场．有一半径为的载流圆环，电流强度为，求它轴线上任一点的磁感应强度．解34例2圆形电流的磁场．有一半径为的载流圆环，电流强度为

由于圆形电流具有对称性，各垂直分量相互抵消，所以总磁感强度的大小为各个平行分量的代数和为特例：圆心处35由于圆形电流具有对称性，各垂直分量相互抵例3

如图所示，两根长直导线沿半径方向接到粗细均匀的铁质圆环上的A和B两点，并与很远处的电源相接，试求环中心o点处的磁感应强度．解三段直导线在圆心处产生的磁场为零．36例3如图所示，两根长直导线沿半径方向接到粗细均匀的铁质圆3737

例：载流直导线的磁场例：载流圆线圈轴线上的磁场例：载流螺线管中的磁场无限长螺管：38例：载流直导线的磁场38§3安培环路定理一、电流产生磁场的特点：1）磁感应线是闭合曲线或两头伸向无穷远2）闭合的磁感应线和载流回路相互套连在一起。3）磁感应线和电流的方向相互服从右手定则。39§3安培环路定理39说明：

1）电流I的正负规定：当穿过回路L的电流方向与回路L的环绕方向服从右手法则时，I>0，反之，I<0。如果电流I不穿过回路L，则它对上式无贡献。

2）安培环路定理可由毕奥---萨伐尔定律出发证明。