電流的磁效應有何重要性？

電是電，磁是磁，二者之間有什麼關係？

在1820年之前，大家都認為電和磁是互不相關的。

電力和磁力和萬有引力一樣都遵守平方反比定律，這是巧合嗎？

電和磁在本質上有關係嗎？

17世紀初，吉爾伯特就斷言，電和磁是兩種截然不同的現象，它們之間沒有因果關係。

在靜電研究上有重大貢獻的庫倫也確信電和磁沒什麼關係。(註01)

然而一連串的事例不斷吸引人們注意。

1731年有一名英國商人訴述，雷閃過後，他的一箱新刀叉竟帶上了磁性。

1751年富蘭克林發現萊頓瓶放電後，縫紉針磁化了。

電真的會產生磁嗎？這個疑問促使1774年德國一家研究機構懸獎徵解，題目是：「電力和磁力是否存在實際和物理的相似性？」許多人紛紛做實驗進行研究。

伏特於1800年製成了世界上第一個電池─伏打電堆之後，情況開始有了轉機(註02)。伏打電堆的出現，人們可以較容易地得到穩定的電流，這又喚起了一些科學家探索電和磁的關係。

1805年有兩個德國人把伏打電堆懸掛起來，企圖觀察電堆在地磁作用下是不是跟磁針一樣會改變方向。這一類的嘗試沒有成功。

信奉康德哲學的丹麥物理學家奧斯特(Orested,1777~1851)，受康德的影響，相信二者之間是有關係的。他不斷的嘗試各種方法，企圖找出二者之間的關係。

1812年，他在《關於化學力和電力的統一的研究》一書中推測，既然電流通過較細的導線會產生熱，那麼通過更細的導線就可能發光，導線直徑再小下去，就可能產生磁效應。沿著這個思路，它做了大量的實驗，但令人遺憾的是，實驗失敗了，因為他的思路是錯誤的。就這樣，它變換各種思路，探究著，實驗著，七八年的時間裡，尋找電和磁有什麼關係的想法，一直縈繞在他的頭腦中。奧斯特在1812年就在論文中寫過：「我們應該檢驗的是：究竟電是否以其最隱蔽的方式對磁體有類似的作用。」他深信電和磁有某種聯繫，就像電和發熱發光的現象有聯繫一樣。他在通電的導線前面放一根磁針，企圖用通電的導線吸引磁針。然而儘管導線灼熱了，甚至燒紅發光了，磁針也毫無動靜。

奧斯特把磁針放在充有電荷的萊頓瓶旁，磁針一動也不動。

靜電不會生磁，那動電(流動的電，就是電流囉)呢？

有了伏打電堆之後，他讓導線通上電流，放在旁邊的磁針仍文風不動。

奧斯特百思不得其解。

1820年4月，奧斯特在上課時突然靈機一動的把導線旁的磁針轉了90度，通上電流的那一瞬間，磁針擺動了一下，這一下，讓苦思已久的奧斯特欣喜若狂，三個月之後，他發表一篇文章，轟動歐洲，這個發現把電和磁的關係緊緊的聯繫在一起。

突破性的發現

1820年4月的一個晚上，奧斯特正在給一些學生講電學課，當課快結束時，他的靈感突然來了，他在一個伏打電堆的兩極之間接上一根很細的鉑絲，在鉑絲正下方放置一個能自由轉動的小磁針，當接通開關時，它驚喜地發現，小磁針向垂直於導線的方向大幅度地轉過去。別人並沒有注意到這個小小的插曲，而對於奧斯特來說實在是太重要了，它敏感地意識到，電流與磁針的轉動一定存在密不可分的聯繫。

奧斯特為了進一步弄清楚電流對磁針的作用，一鼓作氣，用了3個月的時間做了60多個實驗。他把磁針放在導線的上方、下方、前面、後面，寫了電流對磁針作用的方向；把磁針放在距導線不同的距離，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、水等物質放在磁針與導線之間，發現它們都不妨礙電流對磁針的偏轉作用……

1820年7月21日，奧斯特發表了題為『關於電流對磁針影響的實驗』的論文。這篇只有4頁紙論文，宣佈了電學上一個重大發現，轟動了整個歐洲。

電流磁效應的重要性及影響

多少年來，電與磁一直是分道揚鑣的，作為兩個獨立的學科進行研究，因此進展一直不大。

奧斯特的發現，為電和磁之間建立了密切的聯繫，為電磁學的發展開拓了探索道路。

法拉第後來評價這一發現時說：「他猛然打開了科學領域的大門，那裡過去是一片漆黑，如今充滿光明。」

奧斯特發現電流磁效應的消息傳到德國和瑞士後，正在日內瓦的法國科學家阿拉哥(Francois Arago,1786~1853)聞訊立刻趕回巴黎，1820年9月11日向法國科學院報告並演示了奧斯特的實驗，引起法國科學界的極大興趣。

安培(Ampere,1775~1836)在第二天就重複了奧斯特的實驗，並將實驗擴充為電流與電流之間的相互作用。他把磁性歸結為電流之間的相互作用，提出了「分子電流假說」，認為每個分子形成的圓形電流就相當於一根小磁針。

10月底，兩位科學家必歐(J.B. Biot,1774-1862)和沙伐(Felix Savart, 1791-1841)提出報告，他們仔細地研究了直線載流導線對磁針的作用，確定這個作用力正比於電流強度，反比於電流與磁極的距離，力的方向垂直於這一距離。後來拉普拉斯從數學上推導出電流源的作用並用數學式來表示。

奧斯特生平

奧斯特1777年8月14日生於丹麥。他從小就聰明伶俐，小學和中學的學習績都很優異。他父親是一位藥劑師，受父親的影響，他很早就對藥物學、化學、物理學等有濃厚的興趣。

1794年，奧斯特進哥本哈根學習醫學和自然科學，1799年以一篇關於康德哲學的論文取得哲學博士學位。

1806年，奧斯特受聘任哥本哈根大學物理學、自然哲學教授，一邊教學一邊做實驗。

1819年上半年到1820年下半年，他擔任電磁學講座的主講，並研究電和磁之間的關係；

1820年7月21日發表論文，向人們宣佈發現了電流磁效應。

1821年，他被選為英國皇家科學會會員，1823年被選為法國科學院士，同時還是許多科學院和學院的成員。

1824年，他倡議成立丹麥自然科學促進會，積極普及科學知識。

1829年創建哥本哈根理工學院，並出任院長。

奧斯特還於1822年最早測出水的壓縮係數，1825年首次分離出金屬鋁。此外他還對庫倫的扭秤進行了某些重要改進。

1851年3月9日，奧斯特於哥本哈根病逝。

為了紀念奧斯特在電磁學上的貢獻，後人將磁場強度單位命名為「奧斯特」。

註01：

庫倫(Coulomb,1736~1806 ,法) 研究兩個電荷之間的力，以及兩個磁極之間的力，都和萬有引力一樣遵守平方反比的關係。但是電分正負，磁極卻是NS不可單獨存在，因此庫倫認為，電和磁是互不相關的。

註02：

伏特( Volta，1745~1827 ,法)於1800年製成了世界上第一個電池─伏打電堆，使人們第一次獲得比較強且穩定的而持續的電流，從此科學家從對靜電的研究轉入對動電的研究，導致了電化學、電磁聯繫等一系列重大的科學發現，將電磁學的研究帶入了一個蓬勃發展的新時期。

資料來源：

1. 郭奕玲 沈慧君 著， 物理通史，凡異出版社

2. 郭奕玲 沈慧君 著， 物理學演義，凡異出版社

3. 關洪著，物理學史講座，凡異出版社

BACK to 物語悟理的『前人的足跡』