安德烈-馬里·安培

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安德烈.马里·安培
Ampere Andre 1825.jpg
安德烈-马里·安培(1775-1836)
出生 1775年1月20日(1775-01-20)
法国里昂
逝世 1836年6月10日(61歲)
法国马赛
居住地 法国
国籍 法国 法国
研究領域 化学物理学数学
任职於 Bourg-en-Bresse
École Polytechnique
著名成就 安培定律

安德烈-马里·安培André-Marie AmpèreFRS,1775年-1836年),法国化学家,在电磁作用方面的研究成就卓著,对物理学及数学也有重要贡献。电流国际单位安培即以其姓氏命名。

生平[编辑]

安培于1775年出生在法国里昂,据说很小的时候就被发现才智出众。安培的父亲一开始曾教他学习拉丁文,但很快就发现安培的数学才能尤其出众,而转教其数学。但安培为了学习欧拉伯努利的著作,还是坚持完成了拉丁文的学习。据安培自己后来回忆说,他的所有数学知识在18岁的时候就已经基本完成了。安培的兴趣很广泛,对历史、旅行、诗歌、哲学及自然科学等多方面都有涉猎。

安培在1796年结识了他的妻子并在1799年结婚。1801年他被聘为博各学院物理学与化学教授,为此不得不与年幼的儿子及生病的妻子分离。1804年,他的妻子去世,对安培打击很大。同年,他开始在巴黎综合理工学院(Polytechnic school - École Polytechnique)任教,并在1807年成为那里的数学教授。在这期间他发表了一些概率论及数学分析方面的论文。

1820年,奥斯特发现电流磁效应,安培马上集中精力研究,几周内就提出了安培定则即右手螺旋定则。随后很快在几个月之内连续发表了3篇论文,并设计了9个著名的实验,总结了载流回路中电流元在电磁场中的运动规律,即安培定律。1821年安培提出分子电流假设,第一次提出了电动力学这一说法。

1836年,安培于法国去世,安葬在巴黎的Cimetière de Montmartre。。

成就[编辑]

安培最主要的成就是1820~1827年对电磁作用的研究。1820年7月,H.C.奥斯特发表关于电流磁效应的论文后,安培报告了他的实验结果:通电的线圈与磁铁相似;9月25日,他报告了两根载流导线存在相互影响,相同方向的平行电流彼此相吸,相反方向的平行电流彼此相斥;对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。通过一系列经典的和简单的实验,他认识到磁是由运动的电产生的。他用这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。他提出分子电流假说:电流从分子的一端流出,通过分子周围空间由另一端注入;非磁化的分子的电流呈均匀对称分布,对外不显示磁性;当受外界磁体或电流影响时,对称性受到破坏,显示出宏观磁性,这时分子就被磁化了。在科学高度发展的今天,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。为了进一步说明电流之间的相互作用,1821~1825年,安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验,并根据这四个实验导出两个电流元之间的相互作用力公式。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。为了纪念安培在电学上的杰出贡献,电流的单位安培是以他的姓氏命名的。 他曾研究过概率论和积分偏微分方程,显示出他在数学方面奇特的才能。他还做过化学研究,几乎与H.戴维同时认识到元素氯和碘;比A.阿伏伽德罗晚3年导出阿伏伽德罗定律。

科學成就[编辑]

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。 安培定则表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则,也叫右手螺旋定则。1、直线电流的安培定则用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致,那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。 2、环形电流的安培定则让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,那么伸直的大拇指所指的方向就是环形电流中心轴线上磁感线的方向。 直线电流的安培定则对一小段直线电流也适用。环形电流可看成许多小段直线电流组成,对每一小段直线电流用直线电流的安培定则判定出环形电流中心轴线上磁感强度的方向。叠加起来就得到环形电流中心轴线上磁感线的方向。直线电流的安培定则是基本的,环形电流的安培定则可由直线电流的安培定则导出,直线电流的安培定则对电荷作直线运动产生的磁场也适用,这时电流方向与正电荷运动方向相同,与负电荷运动方向相反。

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。电流的国际单位为安培,简称为安,符号为A,定义为:在真空中相距为1米的两根无限长平行直导线,通以相等的恒定电流,当每根导线上所受作用力为2×10-7N时,各导线上的电流为1安培。 比安培小的电流可以用毫安、微安等单位表示。 1安=1000毫安 1毫安=1000微安

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。

安培力[编辑]

磁场对电流的作用力。电流元|d|在外磁场B中受到的作用力为F=BI|d|安培力的方向由|d|和B按右手螺旋定则确定,安培力的大小为F=BI|d|sina,其中a是|d|和B之间的夹角。磁场对任意载流导线的作用力是各电流元受力的矢量和。安培力公式是关于电流元之间相互作用力的安培定律的一部分。安培力是磁场对运动电荷的洛伦兹力的宏观表现。

1、磁场对电流的作用 用条形磁铁可以在一定的距离内吸起较小质量的铁块,巨大的电磁铁却能吸起成吨的钢块,表明磁场有强有弱,如何表示磁场的强弱呢?我们利用磁场对电流的作用力——安培力来研究磁场的强弱。

2、决定安培力大小的因素有哪些?

(1)与电流的大小有关 垂直于磁场方向的通电直导线,受到磁场的作用力的大小眼导线中电流的大小有关,电流大,作用力大;电流小,作用力也小。

(2)与通电导线在磁场中的长度有关 垂直于磁场方向的通电直导线,受到的磁场的作用力的大小限通电导线在磁场中的长度有关,导线长、作用力大;导线短,作用力小。

(3)与导线在磁场中的放置方向有关 保持电流的大小及通电导线的长度不变,改变导线与磁场方向的夹角,当夹角为0°时,导线不动,即电流与磁场方向平行时不受安培力作用;当夹角增大到90°的过程中,导线摆角不断增大,即电流与磁场方向垂直时,所受安培力最大;不平行也不垂直时,安培力大小介于0°和最大值之间. 3、磁感应强度 用L表示通电导线长度,I表示电流,保持电流和磁场方向垂直,通电导线所受的安培力大小FIL 用B表示这一比值,有B=F/IL.B的物理意义为:通电导线垂直置于磁场同一位置,B值保持不变;若改变通电导线的位置,B值随之改变。表明B值的大小是由磁场本身的位置决定为.对于电流和长度相同的导线,放置在B值大的位置受的安培力F也大,表明磁场强。放在B值小的位置受的安培力F也小,表明磁场弱.因而我们可以用比值B=F/IL来表示磁场的强弱.把它叫做磁感应强度。 定义:磁感应强度B=F/IL 单位:特斯拉,符号为T1T=1N/A.m 用磁感线也可直观地反映磁场的强弱和方向,磁感线越密处,磁感应强度大、磁场强.若磁感应强度大小和方向处处相同,称为匀强磁场. 在非匀强磁场中,用B=F/IL量度磁感应强度时,导线长L应很短,电流近似处在匀强磁扬中。

4、安培力的大小和方向 根据磁感应强度的定义式,可得通电导线垂直磁场方向放置时所受的安培力大小为:B=F/IL

评价[编辑]

安培对电磁作用的研究,结束了此前电、磁分离的认识,其分子电流假说揭示了磁现象的电本质,为此后电磁学的发展打下了基础。经典电动力学奠基人麦克斯韦对安培工作的评价很高,称安培的研究是“科学史上最辉煌的成就之一”。后人又称安培是“电学中的牛顿”。

主要成就[编辑]

安培獎[编辑]

巴黎科学院授奖。法国电气公司于1975年为纪念物理家安培(1775-1836)诞生200周年而设立,每年授奖一次,奖励一位或几位在纯粹数学、应用数学或物理学领域中研究成果突出的法国科学家。

趣聞軼事[编辑]

怀表变卵石[编辑]

安培思考科学问题专心致志,据说有一次,安培正慢慢地向他任教的学校走去,边走边思索着一个电学问题。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,又从口袋里掏出来扔到河里。到学校后,他走进教室,习惯地掏怀表看时间,拿出来的却是一块鹅卵石。原来,怀表已被扔进了塞纳河。

马车车厢做黑板[编辑]

还有一次,安培在街上散步,走着走着,想出了一个电学问题的算式,正为没有地方运算而发愁。突然,他见到面前有一块“黑板”,就拿出随身携带的粉笔,在上面运算起来。那“黑板”原来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。安培这个失常的行动,使街上的人笑得前仰后合。

电学中的牛顿[编辑]

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。

參考文獻[编辑]

天主教百科全書。 http://www.newadvent.org/cathen/01437c.htm 。檢索2007-12-29。 威廉姆斯,L.皮爾斯(1970年)。“安培,安德烈 - 瑪麗”。科學傳記字典。1。紐約:查爾斯Scribner的兒子。頁139-147。國際標準書號0684101149。

链接[编辑]