漢斯·克里斯蒂安·奧斯特

漢斯·克里斯蒂安·奧斯特

漢斯·克里斯蒂安·奧斯特(Hans Christian Oersted,1777年8月14日-1851年3月9日),丹麥物理學家、化學家。1820年發現了電流的磁效應,他的重要論文在1920年整理出版,書名是《奧斯特科學論文》。

基本信息

生平簡介

漢斯·克里斯蒂安·奧斯特(Hans Christian Oersted,1777~1851年),丹麥物理學家、化學家。1777年8月14日生于丹麥的蘭格朗島魯德喬賓一個藥劑師家庭。12歲開始幫助父親在藥房裡幹活,同時堅持學習化學。由於刻苦攻讀,17歲以優異的成績考取了哥本哈根大學的免費生,學習醫學和自然科學。他一邊當家庭教師,一邊在學校學習藥物學、天文、數學、物理、化學等。

1799年獲得博士學位。1801—1803年他旅遊德國、法國等地,於1804年回國。1806年被聘為哥本哈根大學物理、化學教授,研究電流和聲等課題。1815年起任丹麥皇家學會常務秘書。1820年因電流磁效應這一傑出發現獲英國皇家學會科普利獎章。1824年倡儀成立丹麥自然科學促進會,1829年出任哥本哈根理工學院院長,直到1851年3月9日在哥本哈根逝世。終年74歲。

科學成就

1.1820年發現電流的磁效應

(圖)漢斯·克里斯蒂安·奧斯特漢斯·克里斯蒂安·奧斯特

自從庫侖提出電和磁有本質上的區別以來,很少有人再會去考慮它們之間的聯繫。而安培和畢奧等物理學家認為電和磁不會有任何聯繫。可是奧斯特一直相信電、磁、光、熱等現象相互存在內在的聯繫,尤其是富蘭克林曾經發現萊頓瓶放電能使鋼針磁化,更堅定了他的觀點。當時,有些人做過實驗,尋求電和磁的聯繫,結果都失敗了。奧斯特分析這些實驗後認為:在電流方向上去找效應,看來是不可能的,那么磁效應的作用會不會是橫向的?

在1820年4月,有一次晚上講座,奧斯特演示了電流磁效應的實驗。當伽伐尼電池與鉑絲相連時,靠近鉑絲的小磁針擺動了。這一不顯眼的現象沒有引起聽眾的注意,而奧斯特非常興奮,他接連三個月深入地研究,在1820年7月21日,他宣布了實驗情況。

奧斯特將導線的一端和伽伐尼電池正極連線,導線沿南北方向平行地放在小磁針的上方,當導線另一端連到負極時,磁針立即指向東西方向。把玻璃板、木片、石塊等非磁性物體插在導線和磁針之間,甚至把小磁針浸在盛水的銅盒子裡,磁針照樣偏轉。

奧斯特認為在通電導線的周圍,發生一種“電流衝擊”。這種衝擊只能作用在磁性粒子上,對非磁性物體是可以穿過的。磁性物質或磁性粒子受到這些衝擊時,阻礙它穿過,於是就被帶動,發生了偏轉。
導線放在磁針的下面,小磁針就向相反方向偏轉;如果導線水平地沿東西方向放置,這時不論將導線放在磁針的上面還是下面,磁針始終保持靜止。

他認為電流衝擊是沿著以導線為軸線的螺鏇線方向傳播,螺紋方向與軸線保持垂直。這就是形象的橫向效應的描述。

奧斯特對磁效應的解釋,雖然不完全正確,但並不影響這一實驗的重大意義,它證明了電和磁能相互轉化,這為電磁學的發展打下基礎。

2.其它方面的成就

奧斯特曾經對化學親合力等作了研究。1822年他精密地測定了水的壓縮係數值,論證了水的可壓縮性。1823年他還對溫差電現象作出了成功的研究。他對庫侖扭秤也作了一些重要的改進。

奧斯特在1825年最早提煉出鋁,但純度不高,以致這項成就在冶金史上歸屬於德國化學家弗里德里希·維勒(1827)。他最後一項研究是40年代末期對抗磁體的研究,試圖用反極性的反感應效應來解釋物質的抗磁性。同一時期麥可·法拉第在這方面的成就超過了奧斯特及其法國的同輩。法拉第證明不存在所謂的反磁極。並用磁導率磁力線的概念統一解釋了磁性和抗磁性。不過,奧斯特研究抗磁體的方法仍具有很深的影響。

3.出版了《奧斯特科學論文》集

他的重要論文在1920年整理出版,書名是《奧斯特科學論文》。

趣聞軼事

1.磁針的跳動,使他激動得摔了一跤

奧斯特早在讀大學時就深受康德哲學思想的影響,認為各種自然力都來自同一根源,可以相互轉化。他一直堅信電和磁之間一定有某種關係,電一定可以轉化為磁。當務之急是怎樣找到實現這種轉化的條件。奧斯特仔細地審查了庫侖的論斷,發現庫侖研究的對象全是靜電靜磁,確實不可能轉化。他猜測,非靜電、非靜磁可能是轉化的條件,應該把注意力集中到電流和磁體有沒有相互作用的課題上去。他決心用實驗來進行探索。

(圖)漢斯·克里斯蒂安·奧斯特奧斯特在實驗室

1819年上半年到1820年下半年,奧斯特一面擔任電、磁學講座的主講,一面繼續研究電、磁關係。1820年4月,在一次講演快結束的時候,奧斯特抱著試試看的心情又作了一次實驗。他把一條非常細的鉑導線放在一根用玻璃罩罩著的小磁針上方,接通電源的瞬間,發現磁針跳動了一下。這一跳,使有心的奧斯特喜出望外,竟激動得在講台上摔了一跤。但是因為偏轉角度很小,而且不很規則,這一跳並沒有引起聽眾注意。以後,奧斯特花了三個月,作了許多次實驗,發現磁針在電流周圍都會偏轉。在導線的上方和導線的下方,磁針偏轉方向相反。在導體和磁針之間放置非磁性物質,比如木頭、玻璃、水、松香等,不會影響磁針的偏轉。

1820年7月21日,奧斯特寫成《論磁針的電流撞擊實驗》的論文,這篇僅用了4頁紙的論文,是一篇極其簡潔的實驗報告。奧斯特在報告中講述了他的實驗裝置和60多個實驗的結果,從實驗總結出:電流的作用僅存在於載流導線的周圍;沿著螺紋方向垂直於導線;電流對磁針的作用可以穿過各種不同的介質;作用的強弱決定於介質,也決定於導線到磁針的距離和電流的強弱;銅和其他一些材料做的針不受電流作用;通電的環形導體相當於一個磁針,具有兩個磁極,等等。正式向學術界宣告發現了電流磁效應

奧斯特發現的電流磁效應,是科學史上的重大發現,它立即引起了那些懂得它的重要性和價值的人們的注意。在這一重大發現之後,一系列的新發現接連出現。兩個月後安培發現了電流間的相互作用,阿拉果製成了第一個電磁鐵,施魏格發明電流計等。安培曾寫道:“奧斯特先生……已經永遠把他的名字和一個新紀元聯繫在一起了.”奧斯特的發現揭開了物理學史上的一個新紀元.

2.設立奧斯特獎章

奧斯特是一位熱情洋溢重視科研和實驗的教師,他說:“我不喜歡那種沒有實驗的枯燥的講課,所有的科學研究都是從實驗開始的”。因此受到學生歡迎。他還是卓越的講演家和自然科學普及工作者,1824年倡議成立丹麥科學促進協會,創建了丹麥第一個物理實驗室。

1908年丹麥自然科學促進協會建立“奧斯特獎章”,以表彰做出重大貢獻的物理學家。奧斯特的功績受到了學術界的公認,為了紀念他,國際上從1934年起命名磁場強度的單位為奧斯特,簡稱“奧”。1937年美國物理教師協會設立“奧斯特獎章”,獎勵在物理教學上做出貢獻的物理教師。

與安徒生的友誼

安徒生安徒生

漢斯·克里斯蒂安·安徒生是世界著名的童話作家,漢斯·克里斯蒂安·奧斯特是丹麥的另一位偉大人物,發現了電流磁效應的物理學家,安徒生這位文學家是科學家奧斯特的密友。
安徒生16歲時,第一次在哥本哈根拜見了44歲的奧斯特。那時,奧斯特由於發現電流的磁效應已經譽滿全球。6年後,安徒生在外地讀完語法學校後回到哥本哈根。從這時起,他每周應邀到奧斯特家做一次客,即便在奧斯特去世後,他依舊是奧斯特家的座上賓。另一個習慣是,每個聖誕節的上午,安徒生都要去奧斯特家幫助裝點聖誕樹,寫一些短詩貼在奧斯特給孩子們準備的聖誕禮物上。安徒生曾說過,“奧斯特大概是我最熱愛的一個人”。1829年,安徒生考哥本哈根大學時,奧斯特是主考官。所以說,他們二人首先是師生關係。後來,師生關係發展成了朋友關係。於是,安徒生給奧斯特寫信時,有時就不再規規矩矩地稱呼對方了,而戲稱自己是“小漢斯·克里斯蒂安”,稱對方是“大漢斯·克里斯蒂安”。安徒生與奧斯特的子女的關係也很好,並曾暗戀過奧斯特的小女兒。安徒生對奧斯特一家太熟悉了,他1859年創作的童話《兩兄弟》就是以奧斯特和他的哥哥安德斯·桑多(長大後成為一名法學家)為原型的。《兩兄弟》中描寫了終身痛恨迷信的奧斯特小時候的情況;“哥哥還沒起床;弟弟站在窗前,凝視著草地上升起的水汽。這不是小精靈在跳舞,如同誠實的老僕人所說的那樣;他懂的可多了,才不信這一套呢。那是水蒸氣,比空氣要暖,所以往上升”。
兩人的友誼對於他倆的事業發展都很重要,還豐富了對方的精神生活。安徒生的寫作深受奧斯特的自然觀的影響。奧斯特則嘗試創作詩歌與散文,他有組詩《飛艇》等作品問世。 奧斯特的道義支持對於安徒生的寫作和藝術創作具有重要的、甚至是決定性的意義。安徒生1833-1834年去義大利旅行期間畫了一些素描,奧斯特是第一個看出這些美術作品的潛力的人。他還勸安徒生多旅行,多觀察。1835年,安徒生髮表了第一部小說《即興詩人》,還發表了第一部包含有童話的作品集。奧斯特慧眼識珠,對安徒生說:“《即興詩人》使你成名,童話將使你不朽”。
兩人就信仰與知識的關係,就當時的技術發明,還有科學在藝術中的地位等等交流了很多看法,互相影響,互相啟發。例如,奧斯特很早就樹立了一種整體觀,強調自然和人類精神之間的聯繫與類同。他認為,同樣一個神聖而永恆的事物(或者叫“理性”)反映在自然現象中,反映在人這一造物的身上,也發映在人的創造物(例如藝術)之中。這樣,他就化解了信仰(宗教)與知識(科學)之間的潛在不相容性。這一思想立刻在安徒生那裡引起了共鳴。他給奧斯特寫了一封長信,信中說;“我們的主並不反對我們通過思考去認識他,因為思考能力就是他賦予我們的;我不願意懵懵懂懂地去見上帝;我要睜開雙眼;我要看,要知曉,即使我除了成為一名信仰者之外達不到其他目標,至少我的思想豐富起來了。”安徒生1845年發表的童話《鍾淵》、1848年發表的童話《水滴》和1851年發表的遊記《在瑞典》都留下了這種整體觀的痕跡。他們兩人的交流探討也對奧斯特發生了潛移默化的影響,他將闡述整體觀的《自然精神》一書中的一章題獻給“科學與詩的關係”。
他倆對科學技術進步將給人類帶來的福祉都持樂觀態度。安徒生在1853年發表了一篇類似科幻小說的童話《千年之後》,其中居然預言了飛機的發明和英吉利海峽海底隧道的興建。奧斯特認為,氣球將在氣象研究中大顯身手,推動氣象學的進展,以至人類最終將能對任何地方、任何時候的天氣形勢進行預報。
當然,二人並不是沒有分歧的。奧斯特主張,詩的表現也絕對不能偏離科學事實,對於這個觀點,安徒生不敢恭維。安徒生認為,詩歌要從自然和科學中汲取靈感,而不是機械地描摹現實。另一個分歧在於,奧斯特譴責任何迷信思想和行為,而在安徒生的童話中總難免出現女巫巫術之類的東西。
總之,安徒生覺得奧斯特像一位慈祥的、具有鼓舞力的、見多識廣的父執和朋友,奧斯特則視安徒生為一位對自己充滿敬佩心的知己朋友,富有奇思妙想的談話夥伴,也是用詩性語言宣傳自己的整體論自然哲學的急先鋒。他倆的友誼是科學與人文可以而且應當交融的活生生的見證。

奧斯特生日LOGO

www.nmgod.cnGoogle首頁推出紀念奧斯特生日的LOGO

2009年8月14日,Google在其首頁推出紀念丹麥物理學家漢斯·克里斯蒂安·奧斯特生日的LOGO。漢斯·克里斯蒂安·奧斯特(Hans Christian Oersted,1777~1851年),是丹麥物理學家、化學家,1820年發現電流的磁效應;1822年他精密地測定了水的壓縮係數值,論證了水的可壓縮性。

歷史上著名的電磁學家

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