2024-07-29

二十三、电磁效应被发现

驾驭电能是人类古来已久的强烈梦想,然而,千百年来的无数次出征却一败涂地,直到1820年7月21日一个不专心听课的女学生偶然发现……

1820年7月21日,丹麦哥本哈根大学的一间教室里坐满了学生。学生们神情庄重地看着物理学教授奥斯特正在进行的实验:用一根导线连接伏打电池(一种原始的直流电池)的两端,以显示电流从正极流向负极的现象。他们用这种庄重的神情来掩饰内心强烈的好奇,以表达对科学的神圣体验和敬畏情感。

那时科学技术在人类世界初露锋芒,已展示其巨大的威力和无限辉煌的前景。那时人们距离科技的大门多么遥远,奥斯特正在进行的实验只有大学高年级学生才能见识一下。而上一堂课奥斯特给这些学生讲授的是磁针指向南北极的现象,罗盘针还放在实验桌上。这些小常识在今天的人们看来真是不值一提,但当时它们是能极庄严地出现在大学课堂上。

玛尔格蕾特一双好奇明亮的大眼睛自上堂课开始就未能离开那只神妙的罗盘针。她实在弄不明白,它为什么如此固执地指向南北极?这种强烈的好奇感使她顾不了奥斯特教授正在进行的实验。突然,玛尔格蕾特惊讶地发现,罗盘针偏离了南北方向,自己转动起来!电流的磁效应!━电磁效应的发现!!!

“瞧,伊莎,罗盘针自己转动了!”玛尔格蕾特情不自禁地告诉同桌。

“玛尔格蕾特!”在旁边观看实验并监督学生的教导主任严肃地警告她,“现在你应该看奥斯特先生做实验,而不是看罗盘针在转动!”

奥斯特抬起头来,满脸疑惑地看着教导主任和玛尔格蕾:“你们在说什么?罗盘针转动?我刚才已经讲述,磁针总是永恒地指向南北方,这是它的自然属性。不受外力的作用罗盘针是不可能自己转动的。”

“可是,奥斯特先生,”玛尔格蕾特站起来说,“刚才您接通电线时,我看见罗盘针从北面转向东面了。”

奥斯特微笑着说:“这种现象不可能发生。让我们再来看看吧。”

电线又被接上,磁针却没有转动。

教室里哄笑顿起。玛尔格蕾特满脸通红地低下头去。

“大概刚才有阵风吹进罗盘里去了罢。”一个男孩子怪声怪气地说。

另一个也紧步其后:“不,也许刚才地球的北方突然变成了东方。”玛尔格蕾特委曲得眼泪汪汪,但还是咕哝道:“我的确看见罗盘针自己转动了一下。”

下课铃响了,奥斯特温和地说:“也许它是转动了一下。不过,小玛尔格蕾特,如果你在专心看我手里的实验的话,罗盘针是在你的视线之外的。好吧,现在下课吧。”

玛尔格蕾特没有像往常那样欢快地走出教室,而是满腹委曲地坐在座位上。奥斯特看在眼里,感到玛尔格蕾特的话并非谎言或者误视,她坚信它的真实性。然而,假如她所言属实,岂不是太可怕了吗……?

因为罗盘针的指南性质的确定和运用古来已久,而且航海家们已经靠它发现了新大陆,改变了世界景观。难道这种特性会在某一瞬间发生变化,或者从今天开始日渐丧失?不!连最疯狂的怀疑论者大概也不会发此奇想。

但是,奥斯特却不由自主地几次接通电线。果然,有一次磁针转动了!他兴奋难禁地收拾好教具,走到玛尔格蕾特面前:“玛尔格蕾特,你的话是真的!磁针果然会转动!瞧,我这就回去弄明白是怎么回事!”

玛尔格蕾特望着奥斯特教授兴奋笑脸和匆匆离去的身影,奇怪他为什么如此激动。她只是为大家都不相信她的发现,而且嘲笑她的话感到委曲而已,却不知道她无意中的这一发现将使世界发生多大的变化!对人类以后的生活会产生多大的影响!

电磁效应━这是一个怎么估价也不会过高的绝对重大的第一发现!

在相同地接通伏打电池正负两极的情况下,罗盘针时而转动,时而不转动,像故意戏弄人似的,令奥斯特非常恼怒。但他持之以恒,终于发现还有一个重要的条件参与其中;导线的位置。奥斯特紧追不舍,终于捉住了一个规律:当导线位于磁针的上面并且方向与磁针平行时,通电后,磁针就会转动90度;磁针的转动方向取决于电流方向;当电流渐渐减弱时,磁针的转动角度就随之减小。

奥斯特以此现象为据点,全面出击,步步为营,向一片新异的神奇的领土纵深而入。有时他在一条道路上连连得手,所向披靡,眼看就要胜利之时,才发现自己走进了一道死胡同,或者完全弄错了方向,数十日的艰苦奋战全是徒劳。有时他被困在一座障碍面前,长时间攻克不下,日坐愁城。总之。奥斯特历尽我们所能想象和不能想象的种种艰辛。终于为人类进步造就了一级重要的阶梯。通电导体和磁体一样,周围存在着磁场;电流的磁场使磁针发生偏转,直到与电流方向垂直的角度━这就是电流的磁效应。

奥斯特的发现立即引起科学界的极大兴趣。科学家们毫不费力地产生这样的联想:既然电流能带来磁场,那么反过来,能否从磁场中获得电流?

这是一个激动人心的设想。大类对电以及电的能量的认识已经是古老的传统了,由此而产生的种种梦想更是数不胜数,但是千百年来,人类却在利用电能的无数次出征中一败除地。因为人类没有认识到电现象与磁现象之间的联系。至此,唯一的战利品是伏打电池。这是一种通过物质的化学反应而获取电能的途径,但人类在这条窄小的道路上几乎无法迈步:其成本、功效、使用条件等各方面的因素使它差不多限于实验室内使用。人类要想更大规模、更方便地利用电能,必须另辟蹊径━电磁效应的发现为此提供了可能。

1821年,英国伟大的科学家法拉第在研究了奥斯特发现的电磁效应后,毅然将“从磁场获取电流”作为自己的唯一目标,锲而不舍地投入了十年苦功,终于使千年古梦成为现实:当导体在磁场中运动,其运动方向与磁力线垂直(即切割磁力线)时,导体中将产生电流。

由此,发电机、电动机以及它们的子子孙孙、远亲近戚纷纷登场,演绎出19世纪━20世纪一场轰轰烈烈的技术革命,使自然科学在人类文明史上大放光芒。

在科技高度发达的今天,对于电和电磁学的作用和意义,你怎么估价也不会过高!

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