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汉斯·奥斯特

奥斯特

奥斯特,全名汉斯·克里斯蒂安·奥斯特(Hans Christian Oersted,1777年8月14日~1851年3月9日),是一位丹麦物理学家、化学家和文学家。在物理学领域,他于1820年首先发现了电流的磁效应,即发现载流导线的电流会产生作用力于磁针,使磁针改变方向。在化学领域,铝元素是他最先发现的。十九世纪后期,在科学方面的后康德哲学和演进,由于他的写作而更见雏形。他也是第一位明确地描述思想实验的现代思想家,创建了思想实验 (Gedanken experiment) 这名词。他的重要论文在1920年整理出版,书名是《奥斯特科学论文》。

 

生平简介

 

奥斯特生于丹麦朗格兰岛 (Langeland) 上的一个小镇 Rudkøbing 。他的父亲索伦·奥斯特 (Søren Christian Ørsted) 是一位药剂师,在小镇里开了一个药局。由于小镇里没有正式学校,汉斯和弟弟,安德斯·奥斯特 (Anders Sandøe Ørsted) 只能跟着镇上教育水平较高的长辈学习各种各样的知识。汉斯常常帮助父亲在药局里工作,因此学会了一点基础化学。虽然如此,他们都仍旧能够以优等的成绩通过哥本哈根大学的入学考试。安德斯想要从事律师行业,而汉斯则对文学和哲学具有浓厚的兴趣。于 1799 年,汉斯得到博士学位,论文主题是《大自然形而上学的知识架构》。

毕业后,汉斯·奥斯特成为大学讲师。另外,他还在一位医学院教授的药局做配药师。1801 年,汉斯·奥斯特得到一笔为期三年的游学奖学金,可以出国游学。他在德国遇到了约翰·芮特 (Johan Wilhelm Ritter) ,一位优秀的物理学家。两人成为莫逆之友 。芮特深信在电场与磁场之间,隐藏着一种物理关系。奥斯特觉得这点子蛮有意思。他开始朝这学术方向学习发展。奥斯特有教书的天分,他的讲课广受大众欢迎。于 1806 年,他任聘哥本哈根大学教授。他的研究领域是电学和声学。在他的努力指导与推行之下,哥本哈根大学发展出一套完整的物理和化学课程,并且建立了一系列崭新的实验室。

1814 年,奥斯特与 Inger Bellum 在哥本哈根共缔良缘,共育有三男四女。

于 1820 年,奥斯特意外地发现他首先发现载流导线的电流会作用于磁针,使磁针改变方向,从此举世闻名,得到很多奖章与荣誉。为了提升丹麦的科技水平,于 1851 年,他创建了丹麦技术大学,并且任职为校长,一直到他往生。他埋葬于哥本哈根的 Assistens Cemetery 。

奥斯特一家在法律界和政治界都出人头的,成就非凡。他的妹妹,芭芭拉 (Barbara Øersted) 的先生 Georg Jacob Bull 后来成为挪威最高法院从 1814 年至 1827 年的首席大法官。弟弟安德斯成为在1853 年与 1854 年期间的丹麦总理。

汉斯·奥斯特(Hans Christian Oersted,1777~1851年),丹麦物理学家、化学家。1777年8月14日生于丹麦的兰格朗岛鲁德乔宾一个药剂师家庭。12岁开始帮助父亲在药房里干活,同时坚持学习化学。由于刻苦攻读,17岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生,学习医学和自然科学。他一边当家庭教师,一边在学校学习药物学、天文、数学、物理、化学等。

1799 年获得博士学位。1801—1803年他旅游德国、法国等地,于1804年回国。1806年被聘为哥本哈根大学物理、化学教授,研究电流和声等课题。 1815年起任丹麦皇家学会常务秘书。1820年因电流磁效应这一杰出发现获英国皇家学会科普利奖章。1824年倡议成立丹麦自然科学促进会,1829年出任哥本哈根理工学院院长,直到1851年3月9日在哥本哈根逝世。终年74岁。

奥斯特

 

科学成就

 

发现电流的磁效应

 

自从库仑提出电和磁有本质上的区别以来,很少有人再会去考虑它们之间的联系。而安培和毕奥等物理学家认为电和磁不会有任何联系。可是奥斯特一直相信电、磁、光、热等现象相互存在内在的联系,尤其是富兰克林曾经发现莱顿瓶放电能使钢针磁化,更坚定了他的观点。当时,有些人做过实验,寻求电和磁的联系,结果都失败了。奥斯特分析这些实验后认为:在电流方向上去找效应,看来是不可能的,那么磁效应的作用会不会是横向的?

在1820年4月,有一次晚上讲座,奥斯特演示了电流磁效应的实验。当伽伐尼电池与铂丝相连时,靠近铂丝的小磁针摆动了。这一不显眼的现象没有引起听众的注意,而奥斯特非常兴奋,他接连三个月深入地研究,在1820年7月21日,他宣布了实验情况。

奥斯特将导线的一端和伽伐尼电池正极连接,导线沿南北方向平行地放在小磁针的上方,当导线另一端连到负极时,磁针立即指向东西方向。把玻璃板、木片、石块等非磁性物体插在导线和磁针之间,甚至把小磁针浸在盛水的铜盒子里,磁针照样偏转。

奥斯特认为在通电导线的周围,发生一种“电流冲击”。这种冲击只能作用在磁性粒子上,对非磁性物体是可以穿过的。磁性物质或磁性粒子受到这些冲击时,阻碍它穿过,于是就被带动,发生了偏转。

导线放在磁针的下面,小磁针就向相反方向偏转;如果导线水平地沿东西方向放置,这时不论将导线放在磁针的上面还是下面,磁针始终保持静止。

他认为电流冲击是沿着以导线为轴线的螺旋线方向传播,螺纹方向与轴线保持垂直。这就是形象的横向效应的描述。

奥斯特对磁效应的解释,虽然不完全正确,但并不影响这一实验的重大意义,它证明了电和磁能相互转化,这为电磁学的发展打下基础。

 

《奥斯特科学论文》

 

他的重要论文在1920年整理出版,书名是《奥斯特科学论文》。

 

其它成就

 

奥斯特曾经对化学亲合力等作了研究。1822年他精密地测定了水的压缩系数值,论证了水的可压缩性。1823年他还对温差电作出了成功的研究。他对库仑扭秤也作了一些重要的改进。

奥斯特在1825年最早提炼出铝,但纯度不高,以致这项成就在冶金史上归属于德国化学家F.维勒(1827)。他最后一项研究是40年代末期对抗磁体的研究,试图用反极性的反感应效应来解释物质的抗磁性。同一时期M.法拉第在这方面的成就超过了奥斯特及其法国的同辈。法拉第证明不存在所谓的反磁极。并用磁导率和磁力线的概念统一解释了磁性和抗磁性。不过,奥斯特研究抗磁体的方法仍具有很深的影响。

Statue_of_Hans_Christian_Øersted,_Øerstedsparken,_Copenhagen

 

趣闻轶事

 

磁针的跳动令他激动

 

奥斯特受康德哲学思想的影响,一直坚信电和磁之间一定有某种关系,电一定可以转化为磁。当务之急是怎样找到实现这种转化的条件。奥斯特仔细地审查了库仑的论断,发现库仑研究的对象全是静电和静磁,确实不可能转化。他猜测,非静电、非静磁可能是转化的条件,应该把注意力集中到电流和磁体有没有相互作用的课题上去。他决心用实验来进行探索。

1819年上半年到1820年下半年,奥斯特一面担任电、磁学讲座的主讲,一面继续研究电、磁关系。1820年4月,在一次讲演快结束的时候,奥斯特抱着试试看的心情又作了一次实验。他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方,接通电源的瞬间,发现磁针跳动了一下。这一跳,使有心的奥斯特喜出望外,竟激动得在讲台上摔了一跤。但是因为偏转角度很小,而且不很规则,这一跳并没有引起听众注意。以后,奥斯特花了三个月,作了许多次实验,发现磁针在有电流的闭合电路周围都会偏转。在导线的上方和导线的下方,磁针偏转方向相反。在导体和磁针之间放置非磁性物质,比如木头、玻璃、水、松香等,不会影响磁针的偏转。1820年7月21日,奥斯特写成《论磁针的电流撞击实验》的论文,正式向学术界宣告发现了电流磁效应。

 

设立奥斯特奖章

 

奥斯特是一位热情洋溢重视科研和实验的教师,他说:“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课,所有的科学研究都是从实验开始的”。因此受到学生欢迎。他还是卓越的讲演家和自然科学普及工作者,1824年倡议成立丹麦科学促进协会,创建了丹麦第一个物理实验室。

1908年丹麦自然科学促进协会建立“奥斯特奖章”,以表彰做出重大贡献的物理学家。奥斯特的功绩受到了学术界的公认,为了纪念他,国际上从1934年起命名磁场强度的单位为奥斯特,简称“奥”。1937年美国物理教师协会设立“奥斯特奖章”,奖励在物理教学上做出贡献的物理教师。

 

电磁现象

 

奥斯特是一位优秀的教授。每一个月,他都会准备一堂特别课程,专门讲述最新的科学发展。有一次,在这特别课程之后的实验示范时,他试着观察载流导线的电流,是否会使指南针的磁针偏离其正常指向?刚开始,大家都没有看出有什么不同。怀疑是否电流不够大,他试着将电流的流量增大,立即,磁针改变了所指的方向。他和学生们都见证到这历史的一刻[2]。

那时,对于这奇异的现象,奥斯特并没有给出任何令人满意的解释,他也没有试着用数学的架构来表达这现象。经过几个月的仔细检验以后,他正式发表了一篇,讲述他的实验结果,证明载流导线的电流会产生磁场

奥斯特的发现引起了整个欧洲物理学家的注意。每一位物理学家都聚焦于这惊人的发现。法国物理学家让-巴蒂斯特·必欧和菲利克斯·沙伐也不例外。他们很快地找到了新的结果。同年,他们共同发表了必欧-沙伐定律。这定律精确地用方程式描述载流导线的电流所产生的磁场。还有,天才数学物理学家安德烈-玛丽·安培也找到了一个方程式来描述两条载流导线的电流彼此作用于对方的磁力。

安徒生

 

与安徒生的友谊

 

汉斯·克里斯蒂安·安徒生是世界著名的童话作家,汉斯·克里斯蒂安·奥斯特是丹麦的另一位伟大人物,发现了电流磁效应的物理学家,安徒生这位文学家是科学家奥斯特的密友。

安徒生16岁时,第一次在哥本哈根拜见了44岁的奥斯特。那时,奥斯特由于发现电流的磁效应已经誉满全球。6年后,安徒生在外地读完语法学校后回到哥本哈根。从这时起,他每周应邀到奥斯特家做一次客,即便在奥斯特去世后,他依旧是奥斯特家的座上宾。另一个习惯是,每个圣诞节的上午,安徒生都要去奥斯特家帮助装点圣诞树,写一些短诗贴在奥斯特给孩子们准备的圣诞礼物上。安徒生曾说过,“奥斯特大概是我最热爱的一个人”。1829年,安徒生考哥本哈根大学时,奥斯特是主考官。所以说,他们二人首先是师生关系。后来,师生关系发展成了朋友关系。于是,安徒生给奥斯特写信时,有时就不再规规矩矩地称呼对方了,而戏称自己是“小汉斯·克里斯蒂安”,称对方是“大汉斯·克里斯蒂安”。安徒生与奥斯特的子女的关系也很好,并曾暗恋过奥斯特的小女儿。安徒生对奥斯特一家太熟悉了,他1859年创作的童话《两兄弟》就是以奥斯特和他的哥哥安德斯·桑多(长大后成为一名法学家)为原型的。《两兄弟》中描写了终身痛恨迷信的奥斯特小时候的情况;“哥哥还没起床;弟弟站在窗前,凝视着草地上升起的水汽。这不是小精灵在跳舞,如同诚实的老仆人所说的那样;他懂的可多了,才不信这一套呢。那是水蒸气,比空气要暖,所以往上升”。

两人的友谊对于他俩的事业发展都很重要,还丰富了对方的精神生活。安徒生的写作深受奥斯特的自然观的影响。奥斯特则尝试创作诗歌与散文,他有组诗《飞艇》等作品问世。 奥斯特的道义支持对于安徒生的写作和艺术创作具有重要的、甚至是决定性的意义。安徒生1833-1834年去意大利旅行期间画了一些素描,奥斯特是第一个看出这些美术作品的潜力的人。他还劝安徒生多旅行,多观察。1835年,安徒生发表了第一部小说《即兴诗人》,还发表了第一部包含有童话的作品集。奥斯特慧眼识珠,对安徒生说:“《即兴诗人》使你成名,童话将使你不朽”。

两人就信仰与知识的关系,就当时的技术发明,还有科学在艺术中的地位等等交流了很多看法,互相影响,互相启发。例如,奥斯特很早就树立了一种整体观,强调自然和人类精神之间的联系与类同。他认为,同样一个神圣而永恒的事物(或者叫“理性”)反映在自然现象中,反映在人这一造物的身上,也发映在人的创造物(例如艺术)之中。这样,他就化解了信仰(宗教)与知识(科学)之间的潜在不相容性。这一思想立刻在安徒生那里引起了共鸣。他给奥斯特写了一封长信,信中说;“我们的主并不反对我们通过思考去认识他,因为思考能力就是他赋予我们的;我不愿意懵懵懂懂地去见上帝;我要睁开双眼;我要看,要知晓,即使我除了成为一名信仰者之外达不到其他目标,至少我的思想丰富起来了。”安徒生1845年发表的童话《钟渊》、1848年发表的童话《水滴》和1851年发表的游记《在瑞典》都留下了这种整体观的痕迹。他们两人的交流探讨也对奥斯特发生了潜移默化的影响,他将阐述整体观的《自然精神》一书中的一章题献给“科学与诗的关系”。

他俩对科学技术进步将给人类带来的福祉都持乐观态度。安徒生在1853年发表了一篇类似科幻小说的童话《千年之后》,其中居然预言了飞机的发明和英吉利海峡海底隧道的兴建。奥斯特认为,气球将在气象研究中大显身手,推动气象学的进展,以至人类最终将能对任何地方、任何时候的天气形势进行预报。

当然,二人并不是没有分歧的。奥斯特主张,诗的表现也绝对不能偏离科学事实,对于这个观点,安徒生不敢恭维。安徒生认为,诗歌要从自然和科学中汲取灵感,而不是机械地描摹现实。另一个分歧在于,奥斯特谴责任何迷信思想和行为,而在安徒生的童话中总难免出现女巫和巫术之类的东西。

总之,安徒生觉得奥斯特像一位慈祥的、具有鼓舞力的、见多识广的父执和朋友,奥斯特则视安徒生为一位对自己充满敬佩心的知己朋友,富有奇思妙想的谈话伙伴,也是用诗性语言宣传自己的整体论自然哲学的急先锋。他俩的友谊是科学与人文可以而且应当交融的活生生的见证。

奥斯特

 

单位说明

 

在厘米·克·秒制单位里,磁场强度的单位是这样规定的:把具有1单位磁场强度的磁极放在磁场里的某一点,如果作用在这个磁场上的磁场力正好是1达因,那么这一点处的磁场强度就叫做1厘米·克 ·秒制磁场强度单位,或者叫做1奥斯特。

 

奥地利科技与系统技术股份公司(AT&S)

 

奥地利科技与系统技术股份公司(AT&S)(Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft)是欧洲最大,全球领先的印制电路板制造商,尤其在高端高密度微孔印制电路板市场一直处于领先地位。主要产品HDI高密度印制电路板主要应用于移动通讯设备。除此之外,公司业务还广泛涉及汽车,工业和医疗领域。作为一家飞速发展的跨国公司,AT&S 分别在奥地利(利奥本、菲岭、克拉根福特)、中国(上海)、印度(南燕古德)和韩国(安山)拥有6家工厂。)

奥特斯(中国)有限公司是奥地利AT&S 集团在中国设立的独资企业,截至目前总投资约为6 亿美元,是迄今为止奥地利在华最大的投资项目。公司主要产品为高端HDI 印制电路,客户包括了众多全球顶尖的通讯设备制造商。从 2001 年投资上海起,10年来奥特斯实现了高速成长,目前员工总数超过4600 人(其中常驻外籍员工近40人)。根据中国印制电路行业协会(CPCA)的排名,奥特斯(中国)已经成为了全球最大的高端HDI印制电路制造基地。

为了满足全球智能手机和平板电脑市场的强劲需求,2010年,集团第4次增资1亿美元继续扩充上海工厂。2011年3月1日,AT&S集团决定在中国重庆两江新区建设新的HDI工厂,工厂占地120,000平方米,一期投资3亿美元,招聘员工约1700人,其最终规模将与上海工厂相当,从而赋予AT&S无可匹敌的竞争优势。

奥斯特

 

铝元素的发现

 

于1825年,奥斯特在化学领域又给出很重要的贡献。他首先分离出铝元素,虽然英国科学家汉弗里·戴维爵士那时已经制造出铝铁合金。奥斯特使用还原法将铝元素从氯化铝中分离出来。

 

物理文学

 

奥斯特的文笔甚佳,是一位小有名气的科学作家和诗人。由于工作同仁和魔术家 Étienne-Gaspard Robert 乘驶汽球飞行于哥本哈根天空的壮举,引发了奥斯特的创作灵感,因而写出诗集《飞船》 (Luftskibet) 。

奥斯特

 

荣誉

 

在CGS单位制里,磁场的单位是奥斯特。这是为了追怀奥斯特在电磁学领域的贡献。

伦敦皇家学会授予奥斯特 1820 年的科普利奖章。他又被遴选为法国科学院的通讯院士。

从 1950 年到 1970 年发行的一百丹麦克朗大钞正面展示出奥斯特头像的版画。

为了纪念奥斯特,美国物理教师协会 (American Association of Physics Teachers) 特别设立了奥斯特奖章 (Oersted Medal) ,来奖励优秀物理教师。丹麦发射于 1999 年的第一个人造卫星,就命名为奥斯特人造卫星。今天,哥本哈根大学化学系和数学系的大楼,也命名为汉斯·奥斯特学院 (H. C. Oersted Institute) 。

 

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