报告他的实验研究结果,分子间相邻的电流作用抵消

安培(André Marie Ampè
1775~1836年),法国物理学家,对数学和化学也有贡献。1775年1月22日生于里昂一个富商家庭。年少时就显出数学才能。他的父亲信奉J.J.卢梭的教育思想,供给他大量图书,令其走自学的道路,于是他博览群书,吸取营养;卢梭关于植物学的著作燃起了他对科学的热情。
科学成就 1.安培最主要的成就是1820~1827年对电磁作用的研究。
①发现了安培定则
奥斯特发现电流磁效应的实验,引起了安培注意,使他长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条受到极大震动,他全部精力集中研究,两周后就提出了磁针转动方向和电流方向的关系及从右手定则的报告,以后这个定则被命名为安培定则。
②发现电流的相互作用规律
接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引,电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。
③发明了电流计
安培还发现,电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似,创制出第一个螺线管,在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计。
④提出分子电流假说
他根据磁是由运动的电荷产生的这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。提出了著名的分子电流假说。安培认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的存在,每个磁分子成为小磁体,两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的,它们产生的磁场互相抵消,对外不显磁性。当外界磁场作用后,分子电流的取向大致相同,分子间相邻的电流作用抵消,而表面部分未抵消,它们的效果显示出宏观磁性。安培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实,它带有相当大的臆测成分;在今天已经了解到物质由分子组成,而分子由原子组成,原子中有绕核运动的电子,安培的分子电流假说有了实在的内容,已成为认识物质磁性的重要依据。
⑤总结了电流元之间的作用规律——安培定律
安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验,并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律,描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这定律称为安培定律。安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学”,1827年安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献,电流的单位“安培”以他的姓氏命名。
他在数学和化学方面也有不少贡献。他曾研究过概率论和积分偏微方程;他几乎与H戴维同时认识元素氯和碘,导出过阿伏伽德罗定律,论证过恒温下体积和压强之间的关系,还试图寻找各种元素的分类和排列顺序关系。
3.“电学中的牛顿”
安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中,成为电磁学史上一部重要的经典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一,还把安培誉为“电学中的牛顿”。
安培还是发展测电技术的第一人,他用自动转动的磁针制成测量电流的仪器,以后经过改进称电流计。
安培在他的一生中,只有很短的时期从事物理工作,可是他却能以独特的、透彻的分析,论述带电导线的磁效应,因此我们称他是电动力学的先创者,他是当之无愧的。

一、卡诺(SadiCarnot,1796—1832年)法国军事工程师、物理学家。1796年6月1日生于巴黎。1824年卡诺发表《论火的动力》,文章中指出了提高热机效率的方向。他引入工作循环的概念,这就是所谓的“卡诺循环”。还以热质为基础证明效率最高的热力学发动机,它的所有的工作循环都是可逆的。显然,热质的观念是错误的,但他提出的原理却是正确的。他说:在用理想气体所作的由体积的等温变化和绝热变化组成的循环过程中,如果冷凝器的温度高于绝对零度,就无法避免热量从热源传递到冷凝器。这一原理后来被克劳修斯和开尔文加以论证,推广为热力学第二定律。1832年8月24日卡诺在巴黎去世。值得一提的是他在逝世之前已经发现了热功转化的规律,放弃了他原来信奉的热质说。

安培(Andre-Marie Ampere,1775~1836)

真空中相距1米的两根无限长且圆截面可忽略的平行直导线内通过一恒定电流,当两导线每米长度之间产生的力等于2102牛顿时,则规定导线中通过的电流为1安培。

二、托马斯·杨(ThomaxYoung,1773—1829年)英国医生兼物理学家,光的波动说的奠基人之一。1773年6月13日生于萨默塞特郡的米菲尔顿。他从小就有神童之称,兴趣十分广泛。后来进入伦敦的圣巴塞罗缪医学院学医,21岁时,即以他的第一篇医学论文成为英国皇家学会会员。为了进一步深造,他到爱丁堡和剑桥继续学习,后来又到德国哥廷根去留学。在那里,他受到一些德国自然哲学家的影响,开始怀疑起光的微粒说。1801年进行了著名的杨氏干涉实验,为光的波动说的复兴奠定了基础。1829年5月10日杨氏在伦敦逝世。

法国物理学家。1775年1月22日生于里昂一个富商家庭。从小受到良好的家庭教育。他父亲按照卢梭的教育思想,鼓励他走自学成才之路。12岁时就自学了微分运算和各种数学书籍,显示出较高的数学天赋。为了能到里昂图书馆去看接阅读欧勒、伯努利等人的拉丁文原著,他还花了几星期时间掌握了拉丁文。14岁时就钻研了当时狄德罗和达兰贝尔编的《百科全书》。没有上过任何学校,依靠自学,他掌握了各方面的知识。1793年因其父在法国大革命时期被杀,为了糊口他做了家庭教师。在读了一本卢梭关于植物学的书以后,又重新燃起了他对科学的热情。1802年,在布尔让-布雷斯中央学校任物理学及化学教授,1808年被任命为新建的大学联合组织的总监事,此后一直担任此职。1814年被选为帝国学院数学部成员。1819年主持巴黎大学哲学讲座。1824年任法兰西学院实验物理学教授,1836年6月10日在马赛逝世。

——国际单位安培的定义

科学成就:1.著名的杨氏干涉实验,为光的波动说奠定一基础。2.对人眼感知颜色的研究,建立三原色原理3.对弹性力学的研究:托马斯·杨对弹性力学很有研究,特别是对胡克定律和弹性模量。后人为了纪念杨氏的贡献,把纵向弹性模量(正应力与线应变之比)称为杨氏模量。他还首先使用运动物体的能量一词来代替活力。

他的兴趣十分广泛,早年是在数学方面,曾研究过概率论及偏微分方程,他的一篇关于博奕机遇的数学论文曾引起达朗贝尔的瞩目。后来又作了些化学研究,他只比阿伏加德罗晚三年导出阿伏加德罗定律。由于他高超的数学造诣,他成为将数学分析应用于分子物理学方面的先驱。他的研究领域还涉及植物学、光学、心理学、伦理学、哲学、科学分类学等方面。他写出了《人类知识自然分类的分析说明》(1834~1843)这一涉及各科知识的综合性著作。

1820年电流的磁效应被发现以后,电磁领域迅速成为物理界最热闹的地方,法国物理学家安培当然也不会放过这个机会。他经过6年的反复试验和数学推敲之后,提出了著名的“安培定律”,为电磁学开辟了一个更为广阔的天地。

三、里特(JohannWilhelmRitter,1776—1810年)德国物理学家。1776年12月16日诞生于德国西里西亚的海诺夫附近的沙米茨。里特从小在拉丁语学校念书,14岁辍学后去里格尼茨的一家药店当学徒。他在学卖药的5年中,贪婪地阅读了化学等方面的书籍。1796年考入耶拿大学。进大学不久,他的才能就被冯·洪堡德(1769—1859)教授发现。在教授的指导下,里特开始独立地进行电学的研究。1797年到1804年,年轻的里特在化学和电生理学方面作出了出色的成果,博得欧洲学术界的好评。1801年,里特被戈培和阿尔腾堡大公恩斯特二世邀请入宫,在皇家实验室作了一系列重要的电学实验。1803到1804年,里特应聘在耶拿大学讲授电学。同年11月离开耶拿大学,前往慕尼黑任巴伐利亚科学院正式院士。1805年家庭经济发生严重困难,家务负担沉重,不幸身患肺病,于1810年1月23日在慕尼黑逝世,只活了34岁。

他的主要科学工作是在电磁学上。1820年奥斯特发现电流磁效应的消息由阿拉果带回巴黎,他作出迅速反应,在短短的一个多月时间内,提出了3篇论文,报告他的实验研究结果:通电螺线管与磁体相似;两个平行长直载流导线之间存在相互作用。进而他用实验证明,在地球磁场中,通电螺线管犹如小磁针样取向。一系列实验结果,提供给他一个重大线索:磁铁的磁性,是由闭合电流产生的。起先,他认为磁体中存在着一个大的环形电流,后来经好友菲涅耳提醒(宏观圆形电流会引起磁体中发热),提出分子电流假说。他试图参照牛顿力学的方法,处理电磁学问题。他认为在电磁学中与质点相对应的是电流元,所以根本问题是找出电流元之间的相互作用力。为此,自1820年10月起,他潜心研究电流间的相互作用,这期间显示了他的高超实验技巧。依据四个典型实验,他终于得出了两个电流元间的作用力公式。他把自己的理论称作“电动力学”。安培在电磁学方面的主要著作是《电动力学现象的数学理论》,它是电磁学的重要经典著作之一。

1775年1月22日,安培生于里昂一个富商家庭。安培是个数学奇才,很小的时候就学会了数学的基本知识,12岁就开始学习微积分,18岁时已能重复拉格朗日的《分析力学》中的部分计算。24岁开始在里昂教授数学,并开始对数学进行系统地研究,后来撰写了概率论的论文,不仅引起了社会上的广泛注意,同时也为他在电磁学上的研究打下了坚实的数学基础。

科学成就:1.发现紫外线。2.里特在电学、电生理学方面也有不少贡献。

此外,他还提出,在螺线管中加软铁芯,可以增强磁性。1820年他首先提出利用电磁,现象传递电报讯号。

安培最主要的成就集中在1820~1827年对电磁作用的研究上。在这七八年间,安培发现电流的相互作用规律、提出了右手定则(后被命名为安培定则)、发明了电流计、总结出安培定律等一系列重大突破。经他的努力,电磁学像拨云见日一样,变得无限的开阔。

四、叶企孙(1898年—1977年)1898年7月16日生于上海;出身于书香门第。叶企孙对科学的贡献主要在于物理学、教育学及科学史等方面。

以他的姓氏安培命名的电流强度的单位,为国际单位制的基本单位之一。

在这么短的时间内,安培能取得如此大的成果,这在科学史上是不多见的,这当然和他的勤奋是分不开的。他工作不但勤奋刻苦,而且专心致志,甚至达到忘我的程度。据说有一次,安培在通往他任教的学校路上,一边走一边思索着一个电学问题。当经过塞纳河的时候,他随手拣起一块鹅卵石装进口袋。过一会儿,他又掏出那块“石头”扔到了河里。当他到学校后,走进教室,习惯地掏怀表看时间,却发现拿出来的是一块鹅卵石,而扔进了塞纳河的是自己的怀表。

1.精确测定普朗克常数h

关于他忘我思考,还有一个流传更为广泛的故事。一次,安培在街上散步,走着走着,想出了一个电学问题的算式,但找不到计算的地方而心急如焚。突然,他发现面前有一块“黑板”,就迫不及待地拿出粉笔,在上面运算起来。原来那“黑板”是一辆马车的车厢背面。马车走动了,他也跟着走,边走边写;马车越来越快,他就跑了起来,一心一意要完成他的推导,直到他实在追不上马车了才停下脚步、失望地望着远去的“黑板”,却没有觉察到笑得前仰后合的路人。

1921年4月,叶企孙与合作者用X射线短波极限法对普朗克常数h进行了测定,他们测得h=(6.556±0.009)×10-27,这一数值被物理学界延用了十几年。后来被A.H.康普顿和S.K.阿里森称其“是一次对普朗克常数的最为可靠的测定”。

1827年安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著,对以后电磁学的发展起了深远的影响,麦克斯韦称赞安培的研究工作是“科学上最光辉的成就之一”,还把安培誉为“电学中的牛顿”。

2.高压对铁磁性金属磁性质的影响

安培的成就是多方面的,在数学和化学方面也有不少贡献。他曾研究过概率论和积分偏微方程。他几乎与戴维同时认识元素氯和碘,并论证过恒温下体积和压强之间的关系,还试图寻找各种元素的分类和排列顺序关系。

从热力学理论出发,叶企孙推导出磁化引起的体积变化公式。将体积变化分为两部分,一部分与磁化的压强系数相关,在弱场中很重要;另一部分与弹性系数和总磁场H有关,在强场中很重要。实验结果与此定性符合。他还用当时铁磁性分子场唯象理论对实验结果作了有益的讨论,指出了原子结构对分子场,从而对铁磁性的影响的可能性。应当说,叶企孙对实验结果还没有作出圆满的理论解释。其实在当时也不可能有圆满解释,因为量子力学还没

1836年6月10日,安培因患急性肺炎,医治无效,在马赛去世,终年61岁。后人为了纪念他在电磁学上的杰出贡献,将电流的单位命名为“安培”。

有建立,人们对铁磁性的本质还知之甚少,更无从解释高压对铁磁性的影响。尽管如此,叶企孙的工作还是极有价值的。首先,实验相当成功、漂亮,其次在前人很少涉足的领域了解了不少现象,摸索到一定的规律性,而规律性现象是每个物理理论的基础。因而在物质磁性方面的重要研究,受到了世界各地科学界的重视。