從奧斯特實驗說起……

電磁學部分的所有知識都可以從奧斯特實驗發散開來理解。大致的思路可從三方面理解：電和磁的聯系；力學角度；逆向思維角度。

1 從電與磁的關系理解奧斯特實驗

長期以來，磁現象與電現象是被分別進行研究的，特別是吉爾伯特對磁現象與電現象進行深入分析對比后斷言電與磁是兩種截然不同的現象，沒有什么一致性。但是電與磁是否有一定的聯系的疑問一直縈繞在一些有志探索的科學家的心頭。

丹麥物理學家奧斯特(H．C．Oersted，1777~1851)就是其中的一位。他是康德哲學思想的信奉者，深受康德等人關于各種自然力相互轉化的哲學思想的影響，奧斯特堅信客觀世界的各種力具有統一性，并開始對電、磁的統一性的研究。

1820年4月的一天晚上，奧斯特在為精通哲學及具備相當物理知識的學者講課時，突然來了“靈感”，在講課結束時說：“讓我把通電導線與磁針平行放置來試試看！”于是，他在一個小伽伐尼電池的兩極之間接上一根很細的鉑絲，在鉑絲正下方放置一枚磁針，然后接通電源，小磁針微微地跳動，轉到與鉑絲垂直的方向。

小磁針的擺動，對聽課的聽眾來說并沒什么，但對奧斯特來說實在太重要了，多年來盼望出現的現象，終于看到了，當時簡直使他楞住，他又改變電流方向，發現小磁針向相反方向偏轉，說明電流方向與磁針的轉動之間有某種聯系。 奧斯特為了進一步弄清楚電流對磁針的作用，于1820年4月到7月，費了三個月的時間，做了六十多個實驗，他把磁針放在導線的上方、下方，考察了電流對磁針作用的方向；把磁針放在距導線不同距離，考察電流對磁針作用的強弱；把玻璃、金屬、木頭、石頭、瓦片、松脂，水等放在磁針與導線之間，考察電流對磁針的影響；……。

于1820年7月21日發表了題為《關于磁針上電流碰撞的實驗》的論文，這篇論文僅用四頁紙，十分簡潔地報告了他的實驗，向科學界宣布了電流的磁效應。1820年7月21日作為一個劃時代的日子載入史冊，它揭開了電磁學的序幕，標志著電磁學時代的到來。奧斯特也因此成為第一個揭示電和磁聯系的人，也為后來法拉第的電磁感應現象的發現奠定了基礎。

后來，人們利用電流磁效應將直導線彎成螺線管狀，制成了通電螺線管，使電流的磁場加強了，為了使通電螺線管的磁性更強，人們又在螺線管中插入鐵芯，從而導致電磁鐵的發明。由于電磁鐵的磁性又有可控制——電流的通、斷；磁性強弱可調節——電流的大小和線圈匝數；磁極可改變——電流的方向等優點，漸漸地電磁鐵替代了永磁體。于是，人們將電磁鐵應用到電磁起重機、電吉他、電話、磁懸浮列車、電磁繼電器等等方面，為人類作出了不可磨滅的貢獻。

有人說奧斯特的電流磁效應是“偶然地發現了磁針轉動”，當然也不無道理，但是法國的巴斯德說得好：“在觀察的領域中，機遇只偏愛那種有準備的頭腦。”

2 從力學角度理解奧斯特實驗

奧斯特實驗現象：把通電導線與磁針平行放置，接通電源，小磁針會發生偏轉。從力學角度分析，小磁針偏轉，也就是發生了運動狀態改變，那么，它一定是受到力的作用。這個施力物就是電流，也就是說，電流對小磁針（即磁體）存在力的作用。根據力的作用是相互的，同學們應該想到什么？——磁體也應該對電流存在力的作用。基于這個思路，科學家們通過多次實驗證明磁體對放入磁場中的通電直導體的確有力的作用，通過實驗還證明：通電在磁場中受力的方向與磁感線方向和電流方向有關，且三個方向兩兩互相垂直。磁場可讓通電導體在磁場中受力能平移運動；后來，科學家將通電線圈放入磁場中，發現通電線圈在磁場中將受力而轉動。只是每當轉到平衡位置（線圈平面與磁感應線垂直）時，因受一對平衡力而靜止下來。科學家們通過反復的分析、論證和試驗，終于利用換向器在每當線圈由于慣性作用轉過平衡位置時自動改變線圈中的電流方向來改變線圈的受力方向，從而實現線圈能連續轉動。而最終導致電動機的發明。

電動機的工作原理就是利用“通電線圈在磁場中受力而轉動的性質”制成的 ，在這個過程中，消耗了電能而獲得了線圈轉動的機械能。

3 從逆向思維角度理解奧斯特實驗

自1820年奧斯特發現電流的磁效應成為第一個揭示電和磁聯系的人之后，英國化學家和物理學家（1791~1867年）法拉第于1821年提出“由磁產生電”的大膽設想，并開始了艱苦的探索。1821年9月他發現通電的導線能繞磁鐵旋轉以及磁體繞載流導體的運動，第一次實現了電磁運動向機械運動的轉換，從而建立了電動機的實驗室模型。接著經過無數次實驗的失敗， 法拉第堅持10年矢志不渝地探索電磁感應現象，終于在1831年發現了電磁感應定律——閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感應線運動時，導體中會產生感應電流。這一劃時代的偉大發現，使人類掌握了電磁運動相互轉變以及機械能和電能相互轉變的方法，成為現代發電機、電動機、變壓器技術的基礎。

法拉第是電磁場理論的奠基人，他首先提出了磁感線、電場線的概念，在電磁感應、電化學、靜電感應的研究中第一次提出場的思想，建立了電場、磁場的概念，否定了超距作用觀點。愛因斯坦曾指出，場的思想是法拉第最富有創造性的思想，是自牛頓以來最重要的發現。麥克斯韋正是繼承和發展了法拉第的場的思想，為之找到了完美的數學表示形式從而建立了電磁場理論。英國化學家戴維也說過：“我最偉大的發現是一個人，是法拉第！”法拉第對知識有著執著的追求，為了一項科學研究，常常百折不撓，他對科學堅韌不拔的探索精神，為人類文明進步純樸無私的獻身精神，連同他的杰出的科學貢獻，永遠為后人敬仰。