自然科学基础相关知识课件第四章 电与磁.pptVIP

根据电的相关知识，伏打用一些小杯，杯中盛有盐水，把一些一端是铜、一端是锌的金属条弯成“兀”形，让铜端浸入一只杯中，锌端浸入另一只杯中，再用导线将铜端和锌端连接起来，就有电流产生，这就是世界第一个电源——伏打电池。为了制成具有更高电压的电池，他又不断地进行改进。后来，伏打用稀酸代替盐水，用浸过稀酸液的圆形厚纸片代替盛盐水的杯，并用铜、锌等金属制成片状的圆形电极，再将浸过稀酸液的厚纸片放在铜片和锌片之间，最后把许多这样的装置一一叠置起来，制成了著名的伏打电堆。 伏打电堆的发明，为人们获得比较稳定的持续电流提供了一个方法，使电学从对静电的研究进入到对动电的研究导致了电化学、电磁联系等一系列重大的科学发现。同时，在此过程中，电池本身也得到了完善，出现了蓄电池和其他更为有效的直流电机。 二、欧姆定律 　在伏打电堆发明之后，人们就开始了对导线中电流规律进行了大量的实验研究。1826年，德国物理学家欧姆在研究导线中电流所遵从的规律时，发现了后来以他的名字命名的重要定律——欧姆定律。 欧姆最先通过实验研究了电流跟电压、电阻的关系，并得出结论：导体中的电流跟加在导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，这就是欧姆定律。如果用I表示通过导体的电流，用U表示加在导体两端的电压，用R表示导体的电阻，欧姆定律可表示为 I=UR 式中电压的单位是伏特（V），电流的单位是安培（A），电阻的单位是欧姆，简称欧（Ω）。 由于我们研究的是电路中某一部分导体上的规律，所以上述定律也叫做部分电路的欧姆定律。实验证明，欧姆定律适用于金属和电解液导电的情况，对于气体导电的情况则不适用。 三、电流磁效应的发现 　早在17世纪初，吉尔伯特在系统地研究电现象和磁现象时，就仔细地对比了电和磁的性质，并断言电和磁是两种截然不同的现象，没有什么一致性。 　　18世纪，有的自然哲学家根据雷闪所产生的一些奇怪现象，猜测电和磁之间有某种形式的联系。1731年7月，威克菲尔德的一位小商人描述了雷闪使他的一个箱子的刀、叉、钢针磁化的现象。 1751年，富兰克林设想并实现了用莱顿瓶放电的办法使焊条磁化，但是磁化作用是否直接由电流引起却无从而知。 　　富兰克林发现的莱顿瓶放电能磁化钢针的现象对奥斯特的启发很大。他认识到电向磁的转化不是不可能的，关键是要找出电和磁转化的具体条件。 1820年4月某一天的晚上，奥斯特在讲课快结束时，突然来了“灵感”，想把导线与磁针平行放置试一试。于是他把导线和磁针都沿地磁子午线方向放置好，并毫不犹豫地接上电源，果然发现了电流附近的小磁针向垂直于导线的方向偏转。开始，他怀疑是不是因电流使导线变热而产生的空气对流对磁针有影响。为了检验这一点，他把一块硬纸板放在导线和磁针之间，用以阻挡气流，结果磁针依然偏转。然后，他又把伏打电堆的电极调换了一下，当导线中电流方向相反时，磁针的转向也相反。这就使奥斯特确信电流和磁针之间存在相互作用力。 　为了进一步弄清楚电流对磁针的作用，奥斯特花了3个月的时间，做了60多个实验，终于证明电流只能对磁性材料产生作用和电流所产生的磁力作用的横向性质。1820年7月，奥斯特发表了《关于磁针上电流碰撞的实验》的论文，这篇极其简洁的实验报告，向科学界宣告了“电流磁效应”的发现与确立。 　奥斯特的伟大发现，揭示了长期以来认为不同性质的电现象和磁现象之间的联系，开创了把电学和磁学联系起来的“电磁学”。法拉第后来在评价这一发现时说，“它猛然打开了一个科学领域的大门，那里过去是一片漆黑，如今充满了光明。”人们为了纪念这位博学多才的科学家，从1834年起用奥斯特的名字命名了磁场强度的单位。 四、安培定律 奥斯特的发现，极大地震动了当时欧洲的学术界。1820年8月，正在瑞士旅行的法国物理学家阿拉果听到奥斯特发现电流的磁效应的消息后，立即敏锐地感到这一成果的重要性，迅速于1820年9月初从瑞士赶回法国，向法国科学院作了报告，引起了法国科学界的巨大反响。因为长期以来，法国的物理学家们都信奉库仑曾经提倡的信条，认为电和磁是不可能发生相互作用的两种现象。而奥斯特的这一发现，确实使他们得到了猛醒。尤其是当时在科学上极其敏感、最能接受他人成果的法国物理学家安培对此作了更为异乎寻常的反应。 　安培在听到阿拉果的介绍后，随即就重复了奥斯特的实验并加以发展，并于9月18日向法国科学院报告了第一篇论文，阐述了他重复做的电流对磁针作用的实验，并提出了圆形电流产生磁性的可能性；还报告了他从实验中发现的磁针转动方向和电流之间的关系。这被后人称为安培定律。 安培定律，也叫右手螺旋定律，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定律。通电直导线中的安培定则（安培定律一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；通电螺线管中的安培定