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電和磁為什麼可以相互轉化

生活 更新时间:2025-01-31 07:40:37

1820年9月11日,法國科學院召開會議,主題是由物理學家阿拉果報告奧斯特關于電流能夠産生磁場的新發現。演示實驗讓大家目睹了電流作用磁針的現象。法國科學家們受到極大震動,他們一向認為電和磁沒有聯系的觀念在事實面前被擊得粉碎。科學院會議結束之後,奧斯特的新發現不停地在安培的腦海裡盤旋,他已經完全被這個新發現迷住了。于是,他一頭紮進實驗室沒日沒夜地忙活起來了。

電和磁為什麼可以相互轉化(磁是如何變成電)1

在實驗室,安培用不同的電源和導線反複進行實驗。有時候,他把導線折成方框後通上電流,有時又把導線對折再通電流,有時候,他還把導線做成螺旋形或圓形通以電流。在大量實驗事實的基礎上,安培通過精心研究,在不到一個月的時間裡,就向科學院提交了三篇有關的研究論文,報告了他一生中最偉大的發現:不僅電流對磁針有作用,而且兩個電流之間也有相互作用。

在兩根平行的通電導體中,如果電流的方向相同,它們就互相吸引;電流的方向相反,它們就互相排斥。沿着這個研究道路,安培繼續探索,在後來的研究中又取得了大量成果。1822年,他發現了電流之間相互作用的規律——安培定律。同時,确定了判斷電流磁場方向的安培定則和判斷磁場對電流作用力方向的左手定則。

電和磁為什麼可以相互轉化(磁是如何變成電)2

法拉第試圖用強磁鐵靠近閉合導線或用強電流使鄰近的閉合導線中産生穩定的電流,但都一次次地失敗了。假如根據奧斯特的看法,被推動的電荷對磁鐵産生作用,也就說“産生磁”,那麼被推動的磁鐵也應該産生電。

他按照自己的設想設計了實驗裝置,他的裝置類似于我們今天的變壓器:在一邊接上一個伏打電池(法拉第稱為A)和一個中斷電流的開關;在另一邊(稱為B)接上一個電流顯示器(即當有電流時,顯示出偏轉的一個磁針)。接通A的電流時,B電路上的測量儀顯示短暫的偏轉,然後,指針立即又回到0位。當A路中的電流被中斷時,也出現一偏轉(但向另一個方向偏轉)。

法拉第本來希望,在整個電流動過程中,在A和B電路中都有電流産生,然而磁針則準确無誤地表明:隻在“開”和“關”的時刻有效應存在。後來,法拉第很快發現,永久磁鐵也可以用于感應。1931年10月17日這天,法拉第終于實現了重大的突破。他在直徑為1.9厘米、長為21.6厘米的空心紙筒上繞了8層螺旋線,把8層線圈并聯後再接到檢流計上。

電和磁為什麼可以相互轉化(磁是如何變成電)3

當他把磁鐵棒迅速地插入螺線管時,檢流計的指針就偏轉了,然後又迅速地拉出來,指針在相反的方向上發生了偏轉。每次把磁棒插入或拉出時,這效應會重複,因而電的波動隻是當磁鐵靠近時才産生。這就是一個原始的發電機,它通過磁體的機械運動而産生電流。

1831年11月24日法拉第寫了一篇論文,他把可以産生感應電流的情況概括成五類,正确地指出了感應電流與源電流的變化有關,而不與源電流本身有關。法拉第将這一現象與導體上的感應電作了類比,把它命名為“電磁感應”。

電和磁為什麼可以相互轉化(磁是如何變成電)4

1832年,法拉第采用了笛卡兒發明的磁力線這個概念來解釋“電磁感應”現象。他認為:感應電流是導體切割磁力線産生的,電流方向由切割磁力線的方向決定。這就是我們今天還常用到的“左/右手定律”。

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