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约瑟夫·亨利

Jospeh_Henry_(1879)

约瑟夫·亨利(Joseph Henry,1797年12月17日~1878年5月13日)是一位美国科学家,也是史密森尼学会首任会长。他被认为是本杰明·富兰克林之后最伟大的美国科学家之一,对于电磁学贡献颇大。

 

生平简介

 

亨利出生在纽约的奥尔巴尼,他父母安亚历山大•亨利和威廉•亨利是苏格兰的移民。他父母很贫穷,而且亨利的父亲在亨利年轻时去世了。所以亨利在童年的时候都跟他的祖父母住在纽约的哥耳威。他参加了学校,在他的荣誉下学校后来被命名为“约瑟夫 • 亨利小学”。放学后,他在普通的店家工作,并在十三岁时成为一位钟表和银器的学徒。亨利最爱的是戏院,他差点成为一个专业的演员。他对科学的兴趣是在16岁时一本标题为‘普及讲座实验哲学的科学专题讲座’的书。1819 年他进入奥尔巴尼学院,他得到免费的学费。他很穷,即使有免费的学费,他不得不以自己的教学和私人辅导来样活自己。他打算走进药的领域,但于 1824 年,他被任命为助理工程师并从事正在兴建中的哈德逊河与伊利湖之间的国道的调查。从此以后,他有来自事业的灵感关于成为一位机械的工程师。

中等学校的历史学家纪念亨利生前为电流所贡献的一切。亨利不只成功于他的研究,他在1826年透过校长T.Romeyn Beck成为奥尔班尼中等学校的数学和自然界哲学指定教授。有一些他重要的研究都是在这所学校中进行。他对地球磁性的好奇心使他常常进行有关于磁性的实验。他是史上首位将隔绝的电线坚固的卷在铁的核心外,就是为了使他产生更强而有力的电磁体,改良自William Sturgeon’s实验。他也显示出,若你在做电磁体时只使用两个电极接连到电池,最好朝绕几个线圈的同时,但时使用的设置与多个电池,应该只有一个单长线圈。后者使电报可行。

亨利用他新开发的电磁原理,在1831年创造了其中一个第一个机器的电磁学议案。这是现代的直流电动机最早的先驱。它没有利用旋转运动,但只是一个电磁体坐落在杆子上,来回摇摆。摇摆运动是由于两端的磁铁那触碰在两个电池摇杆上的两条领线的其中一条,造成极性的变化,摇摆相反的方向,直到两条领线击中另一颗电池。

该装置使得亨利认同自感电性的特性。 英国科学家迈克尔法拉第在同一时间也认同这个属性,因为法拉第先发表了他的出版结果,他成为了官方认可的此现象的发现者。

亨利在1848年曾和斯蒂芬教授亚历山大一起定义温度和太阳能盘不同区块的相对关系。他们使用温差电堆来确定太阳黑点比周围的地区凉快。这项工作被证明是天文学家沙奇安杰洛扩大了它,但也有一些问题,是否亨利的早期作品给予了它荣誉。

Birthplace_Of_Modern_Electricity----Historical marker in Academy Park (Albany, New York) commemorating Henry's work with electricity

 

科学研究

 

约瑟夫·亨利 (Henry Joseph 1797-1878),美国科学家。他是以电感单位“亨利”留名的大物理学家。在电学上有杰出的贡献。他发明了继电器(电报的雏形),比法拉第更早发现了电磁感应现象,还发现了电子自动打火的原理。但却没有及时去申请专利。亨利出生在纽约州奥尔巴尼一个贫穷的工人家庭。13岁失学,后来在钟表铺当学徒。他刻苦自学,考进了奥尔巴尼学院,在那里他学习化学、解剖学和生理学,准备当一名医生,可是,毕业以后他却在奥尔巴尼学院当上了一名自然科学和数学讲师。1832年,亨利成为新泽西学院(即现今的普林斯顿大学)的自然哲学教授,一直到1846年离开那儿为止。自1846至1878年间,他是新成立的斯密森研究所的秘书和第一任所长,负责气象学研究。1867年起,任美国科学院院长,直到 1878年5月13日在华盛顿逝世。

亨利

亨利在物理学方面的主要成就是对电磁学的独创性研究。

 

①强电磁铁的制成,为改进发电机打下了基础

 

1827年他用纱包铜线在一铁芯上绕了两层,然后在铜线中通电,发现仅重3公斤的铁芯竟然吸起了300公斤重的铁块,远远超过一般天然磁铁的吸引力。电转变为磁产生如此大的力量,立即深深地吸引了享利继续对这些电磁现象进行探讨。1829年亨利对英国发明家威廉·史特京(1783-1850)发明的电磁铁作了改进,他把导线用丝绸裹起来代替史特京的裸线,使导线互相绝缘,并且在铁块外缠绕了好几层,使电磁铁的吸引作用大大增强。后来他制作的一个体积不大的电磁铁,能起一吨重的铁块。

Joseph Henry, taken between 1865 and 1878, possibly by Mathew Brady

 

②电磁感应现象的发现,比法拉第早一年

 

1830年8月,亨利在电磁铁两极中间放置一根绕有导线的条形软铁棒,然后把条形铁棒上的导线接到检流计上,形成闭合回路。他观察到,当电磁铁的导线接通的时候,检流计指针向一方偏转后回到零;当导线断开的时候,指针向另一方偏转后回到零。这就是亨利发现的电磁感应现象。这比法拉第发现电磁感应现象早一年。但是,当时世界科学的中心在欧洲,亨利正在集中精力制作更大的电磁铁,没有及时发表这一实验成果,因此,发现电磁感应现象的功劳就归属于及时发表了成果的法拉第,亨利失去了发明权。

 

③发现了自感现象

 

亨利对绕有不同长度导线的各种电磁铁的提举力做比较实验。他意外地发现,通有电流的线圈在断路的时候有电火花产生。第二年八月,亨利对这种现象又进行了研究。1832年他发表了《在长螺旋线中的电自感》的论文,宣布发现了电的自感现象。1837年,亨利访问了欧洲,与法拉第共同愉快地度过了许多日子。法拉第当时想做一个简单的实验使温差电偶产生火花。他把电偶的一端置于炽热的火炉上,另一端埋在冰块里,并将两根引线的线头相碰,但并未产生预想的结果。这时亨利把一根导线绕成线圈套在一根铁棒上,并把这个线圈接至到温差电偶的一根引线上,再使两根线头相碰,顿时爆出了耀眼的电火花。法拉第对此实验大加赞赏,大声问道:“你到底是怎么成功的?”于是亨利不得不向这位因发表电磁感应规律而闻名于世的科学家解释自感的道理,显然当时还没有一个欧洲人读过亨利几年前就发表的那些论文。1832年,他在研制有更强大吸引力的电磁铁时发现,绕有铁芯的通电线圈在断开电路时有电火花产生,这就是自感现象。他反复试验,搞清楚了产生这种现象的规律,于1835年又发表了解释自感现象的论文。

 

④无线电波的传播

 

1842年亨利在实验室里安装了一个火花隙装置,在30多英尺处放一个线圈来接收能量,线圈和检流计相接,形成回路。当火花隙装置的电火花闪过的时候,和线圈相接的检流计指针就发生偏转。这个实验的成功,实际上实现了无线电波的传播。亨利的实验虽然比赫兹的实验早了40多年,但是当时的人们包括亨利自己在内,还认识不到这个实验的重要性。

 

其它一些重要的发明和发现

 

亨利为电报机的发明做出了贡献,实用电报的发明者莫尔斯和惠斯通都采用了亨利发明的继电器。 亨利把电磁铁改换成使用绝缘导线的强力电磁铁,用继电器把每个备有电池的电路串联起来,把文字信号中继转发出去,电路中的一条导线可用地线代替,而不需要两条往返导线。亨利实际上是电报的发明者,但是,不重名利的亨利没有申请专利权。这样,发明电报和荣誉就落到莫尔斯的头上。当然,莫尔斯发明的由点、划组成的“莫尔斯电码”,是他对电报的独特贡献。

此外,亨利还发明了继电器、无感绕组等,他还改进了一种原始的变压器。亨利曾发明过一台象跷跷板似的原始电动机,从某种意义上来说这也许是他在电学领域中最重要的贡献。因为电动机能带动机器,在起动、停止、安装、拆卸等方面,都比蒸汽机来得方便。今天,电动机已成为电气时代的标志了。

亨利

 

逸闻趣事

 

小白兔成为“引路人”

 

1799年亨利出生在纽约州的奥尔巴尼。由于家境贫困,他被寄养在一位亲戚家里,才10岁就在乡村小店里当伙计。在苦难的童年时代,也许只有他养的那只小白兔给他带来了一丝欢乐。说来有趣,恰是那只可爱的小白兔改变了他的全部生活。他13岁那年的一天,小白兔从笼子里跑了。他尾随兔子,紧追不舍,一直追到了教堂里才将兔子逮住。他站起来正要往回走,突然他注意到了四壁上绘着绚丽多彩的神像,木架上堆满了厚厚的图书,他深深地吸引住了。从此他一有空就躲进教堂,阅读各种书籍,知识滋养他渐渐成长。一天他读到一本1808年伦敦出版的《格利戈里关于实验科学、天文学和化学的演讲集》,这是一本自然哲学的著作,第一页上写道:“你向空中扔一块石头或者射出一支箭,为什么它不是朝你给予的方向一直向前飞去?”这一下就把亨利迷住了。读完了这本书,他决心要献身于科学事业。

Statue of Henry before Smithsonian Institution

亨利的贡献很大,只是有的没有立即发表,因而失去了许多发明的专利权和发现的优先权。但人们没有忘记这些杰出的贡献,为了纪念亨利,用他的名字命名了自感系数和互感系数的单位,简称“亨”。

 

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