物理学史

物理学家

物理资料

诺贝尔奖

实验史话

·当前位置:首页物理世界 → 物理学家


安德烈·玛丽·安培

安培

安德烈·玛丽·安培(André-Marie Ampère,1775年~1836年),法国化学家,在电磁作用方面的研究成就卓著,对数学和物理也有贡献。电流的国际单位安培即以其姓氏命名。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”。

 

安培简介

 

1775年1月20日生于里昂一个富商家庭,1836年6月10日卒于马赛。1802年他在布尔让-布雷斯中央学校任物理学和化学教授;1808年被任命为法国帝国大学总学监,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年担任法兰西学院实验物理学教授。

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。

 

安培的生平

 

安培小时候记忆力极强,数学才能出众。他父亲受卢梭(1712-1778)的教育思想的影响很深,决定让安培自学,经常带他到图书馆看书。安培自学了《科学史》、《百科全书》等著作。他对数学最着迷,13岁就发表第一篇数学论文,论述了螺旋线。1799年安培在里昂的一所中学教数学。1802年二月安培离开里昂去布尔格学院讲授物理学和化学,四月他发表一篇论述赌博的数学理论,显露出极好的数学根底,引起了社会上的注意。后来应聘在拿破仑创建的法国公学任职。1808年安培任法国帝国大学总学监,1809年任巴黎工业大学数学教授。1814年当选为法国科学院院士。1824年任法兰西学院实验物理学教授。1827年当选为英国伦敦皇家学会会员。他还是柏林、斯德哥尔摩等科学院的院士。

安培在物理学方面的主要贡献是对电磁学中的基本原理有重要发现,如安培定律、安培定则和分子屯流等。1820年七月二十一日丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。法国物理学界长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条,这个重大发现使他们受到极大的震动,以阿拉果(1786-1853),安培等为代表的法国物理学家迅速作出反应。八月末阿拉果在瑞士听到奥斯特成功的消息,立即赶回法国,九月十一日就向法国科学院报告了奥斯特的实验细节.安培听了报告之后,第二天就重复了奥斯特的实验,并于九月十八月向法国科学院报告了第一篇论文,提出了磁针转动方向和电流方向的关系服从右手定则,以后这个定则被命名为安培定则。九月二十五日安培向科学院报告了第二篇论文,提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引,电流方向相反的两皋平行载流导线互相排斥。十月九日报告了第三篇论文,阐述丁各种形状的曲线载流导线之间的相互作用。后来,安培又做了许多实验,并运用高度的数学技巧于1826年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。后来人们把这个定律称为安培定律。十二月四日安培向科学院报告了这个成果。安培并不满足于这些实验研究的成果。1821年一月,他提出了著名的分子电流的假设,认为每个分子的圆电流形成十个小磁体,这是形成物体宏观磁性的原因。安培还对比了静力学和动力学的名称,第一个把研究动电的理论称为“电动力学’,并于‘1822年出版了《电动力学的观察汇编》,1827年出版了《电动力学理论》。此外,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。

安培的研究还涉及哲学、化学等领域,甚至还研究过植物分类学上的复杂问题。

1836年,安培以大学学监的身份外出巡视工作,不幸途中染上急性肺炎,医治无效,于六月十日在马赛去世,终年61岁。后人为了纪念安培,用他的名字来命名电流强度的单位,简称“安”。

 

科学成就

 

安培

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。

Ampere_Andre_1825

 

安培的故事

 

大家熟悉的电流强度单位–安培,是为了纪念在1775年1月22日出生于法国里昂的物理学家安德烈·玛丽·安培(Andre M. Ampere)而命名的。

安培家境富裕,他父亲因深受卢梭教育理论的影响,特别为他设立一个藏书丰富的私人图书馆,所以他从小就博览群书。这些书不但让他体会到生命崇高的一面,更激发起他对自然科学、数学和哲学的兴趣。

安培是个数学天才,年纪小小已学会数学的基本知识和几何学;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》中的某些计算。1799年他在里昂担任数学教师,并开始有系统地研究数学,后来更写了概率论的论文。

安培智慧非凡,善于运用数学进行定量分析,他的学术地位也因而不断提高。他被聘为多个学院的物理和数学分析教授,更被邀为英国皇家学会会员。

安培对电磁学的发展可说是功不可没。他不但创造了「电流」这个名词,又将正电流动的方向定为电流的方向。1820年他根据奥斯特的发现的「电流的磁力效应」,进行了很多有关电流和磁铁相互作用的实验,得出几个重要的结果:(一)两个距离相近、强度相等、方向相反的电流对另一电流产生的作用力可以相互抵消;(二)在弯曲导线上的电流可被看成由许多小段的电流组成,它的作用就等于这些小段电流的矢量和;(三)当载流导线的长度和作用距离同时增加相同的倍数时,作用力将保持不变。经过一番定量的分析之后,他终于在1822年发现了安培定律,并在1826年推出两电流之间的作用力的公式。安培在电磁学上杰出的成就是有目共睹的,当时许多物理学家都对他万分敬佩。

1836年安培在法国马赛逝世,享年61岁。

 

趣闻轶事

 

1.怀表变卵石

 

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。

 

2.马车车厢做“黑板”

 

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。

追着马车做题 享受思考快乐

 

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。

 

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。

 

(3)通电螺线管磁场磁感线的分布

 

用右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的方向与电流方向一致,那么大拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线的方向,也就是,大拇指指向通电螺线管的N极。

 

安培滴定法

 

利用电解池中电流的变化指示滴定终点的电滴定分析方法。分为一个极化电极的安培滴定法和两个极化电极的安培滴定法。用滴汞电极为极化电极的一个极化电极的安培滴定法称为极谱滴定法。两个极化电极的安培滴定法称为死停终点法或双安培滴定法。

 

安培力(Ampere's force)

 

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T

1T=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

安培环路定理

 

安培环路定理

 

安培环路定律:磁感应场强度矢量沿任意闭合路径一周的线积分等于真空磁导率乘以穿过闭合路径所包围面积的电流代数和。

安培环路定理

 

电流和回路绕行方向构成右手螺旋关系的取正值,否则取负值。

安培环路定理

 

安培奖

 

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。电流的国际单位命名为安培。

 

电流单位——安培

 

安培是电流的国际单位,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,当每米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安培 = 1000毫安

1毫安 = 1000微安

在电池上常见的单位为 mAH (毫安•小时),例如500mAH 代表这颗电池能够提供 500mA×1hr = 1800C(库仑)的电子,亦即提供一耗电量为 500mA 的电器使用一小时的电量。

 

【以上资料均来自互联网,所有版权均归原作者】