书接上回,奥斯特的发现轰动了整个欧洲,安培于第二天就重复了奥斯特的实验。安培在这个实验中发现磁针转动的方向与电流方向的关系服从右手定则,我们称它为“安培右手定则”。
此后安培又创造性地开展了实验,研究了电流对电流的作用,这比奥斯特实验大大前进了一步。他用实验证明了两平行载流导线,当电流方向相同时相互吸引,当电流方向相反时相互排斥,这与我们常说的同性相吸,异性相斥恰好相反,大家一定要注意。后来安培又用各种形状的曲线载流导线,研究他们之间的相互作用。
安培以极精巧的实验和相当高超的数学技巧结合起来,做了四个实验。
第一个实验,安培用一无定向秤(所谓无定向秤,实际上是两个方向相反的通电线圈,悬吊在水银槽下。如果两个线圈受力不均衡,就会发生偏转。)检验对折通电导线有没有作用力,结果是否定的,从而证明当电流反向时,它产生的作用也相反。
第二个实验,安培仍用一无定向秤检验一对折通电导线,只是这时对折导线的另一臂绕成螺旋线,结果也是否定的,从而证明,电流元具有矢量性质,即许多电流元的合作用等于各单个电流元所产生的作用的矢量和。
第三个实验,安培设计了一个装置,同一端固定于圆心的绝缘柄固连一圆弧形导体,再将圆弧形导线架在两个通电的水银槽上.然而用各种通电线圈对它作用,结果却不能使圆弧形导体沿其电流方向运动。从而证明,作用在电流元上的力是与它垂直的。
第四个实验,安培用1.2、3三个相同的线圈,这三个线圈的线度之比与三线圈间距之比一致,通电后发现:1、3线圈对2线圈的合作用为零。从而证明,各电流强度和相互作用距离增加同样倍数时,作用力不变。来看一道例题
安培在研究电流之间的相互作用时,用一根硬导线弯成如图
形状的线圈,这线圈是由两个形状和大小相同、但电流方向相反的平面回路组成一个整体,线圈的端点A、B通过水银槽和固定支架相联,这样,线圈既可通入电流,又可自由转动,被称为无定向秤。则通电后
A.当处于非匀强磁场中,线圈可能会发生转动
B.当处于平行线圈平面的匀强磁场中,线圈可能会发生转动
C.当处于垂直线圈平面的匀强磁场中,线圈可能会发生转动
D.将如图(b)那样的通电导线靠近该秤,线圈可能会发生转动
解析:通过电流的方向和磁场方向,运用左手定则判断安培力的方向,从而判断线圈是否转动。当处于非匀强磁场中且有垂直电流方向分量时,靠近强磁场区的那个边所受的安培力大,线圈会按它的方向旋转。当线圈处于平行线圈平面的匀强磁场中,那个复杂的线圈可以看成是两个线圈,两个扭矩反向(即转向相反)会抵消,所以在匀强磁场中不会转。当处于垂直线圈平面的匀强磁场中,线圈相对各边所受的安培力相等且所有的力在同一个平面内,不会发生转动。两根导线电流方向相反,产生的磁场虽然不会抵消,但由于产生的安培力在一个平面,所以线圈不会发生偏转。
可见判断力的方向是非常重要的。
后来,安培提出了一个假设是两电流元之间的相互作用力沿着它们的连线,在此基础上,安培总结得出两电流元之间的作用力与距离平方成反比的公式,这就是著名的安培定律。
为了解释奥斯特效应,安培把磁的本质简化为电流,认为磁体有一种绕磁轴旋进的电流,磁体中的电流与导体中的电流相互作用便导致了磁体的转动。这在某种意义上起到了用电流相互作用力来统一解释各种电磁现象的效果。
后来,安培又提出了著名的分子电流假设:磁性物质中每个分子都有一微观电流,每个分子的圆电流形成一个小磁体。在磁性物质中,这些电流沿磁轴方向规律地排列,从而显现一种绕磁轴旋转的电流,如同螺线管电流一样。
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