漢斯·奧斯特

漢斯·克海斯提安·奧斯特（丹麥語：Hans Christian Ørsted，1777年8月14日－1851年3月9日），丹麥物理學家、化學家和文學家。在物理學領域，他首先發現載流導線的電流會產生作用力於磁針，使磁針改變方向。在化學領域，他發現了鋁元素。十九世紀後期，在科學方面的後康德哲學和演進，由於他的寫作而更見雛形。他創建了“思想實驗”這名詞，他也是第一位明確地描述思想實驗的現代思想家。

基本介紹

• 中文名：漢斯·奧斯特
• 外文名：Hans Christian Ørsted
• 別名：漢斯·克里斯蒂安·奧斯特
• 國籍：丹麥
• 出生地：丹麥蘭格朗島
• 出生日期：1777.8.14
• 逝世日期：1851.3.9
• 職業：物理學家、化學家
• 畢業院校：哥本哈根大學
• 主要成就：發現電流磁效應
  發現鋁
  創立丹麥技術大學
• 代表作品：《奧斯特科學論文》
• 受影響於：康德
• 好友：安徒生

基本介紹

簡介

漢斯·奧斯特（Hans Christian Ørsted，1777年8月14日－1851年3月9日），丹麥物理學家、化學家。1777年8月14日生於丹麥的蘭格朗島魯德喬賓一個藥劑師家庭。12歲開始幫助父親在藥房裡幹活，同時堅持學習化學。由於刻苦攻讀，17歲以優異的成績考取了哥本哈根大學的免費生，學習醫學和自然科學。他一邊當家庭教師，一邊在學校學習藥物學、天文、數學、物理、化學等。在物理學領域，他首先發現載流導線的電流會產生作用力於磁針，使磁針改變方向。在化學領域，鋁元素是他最先發現的。十九世紀後期，在科學方面的後康德哲學和演進，由於他的寫作而更見雛形。他也是第一位明確地描述思想實驗的現代思想家，發明了思想實驗 (Gedankenexperiment) 這一名詞。

1799年獲得博士學位。1801—1803年他旅遊德國、法國等地，於1804年回國。1806年被聘為哥本哈根大學物理、化學教授，研究電流和聲等課題。1815年起任丹麥皇家學會常務秘書。1820年因電流磁效應這一傑出發現獲英國皇家學會科普利獎章。1824年倡儀成立丹麥自然科學促進會，1829年出任丹麥技術大學校長，直到1851年3月9日在哥本哈根逝世，終年74歲。

生平

漢斯·奧斯特生於丹麥朗格蘭島（Langeland）上的一個小鎮Rudkøbing。他的父親索倫·奧斯特 (Søren Christian Ørsted) 是一位藥劑師，在小鎮裡開了一個藥局。由於小鎮裡沒有正式學校，漢斯和弟弟安德斯·奧斯特(Anders Sandøe Ørsted) 只能跟著鎮上教育水平較高的長輩學習各種各樣的知識。漢斯常常幫助父親在藥局裡工作，因此學會了一點基礎化學。雖然如此，他們都仍舊能夠以優等的成績通過哥本哈根大學的入學考試。安德斯想要從事律師行業，而漢斯則對文學和哲學具有濃厚的興趣。於1799年，漢斯得到博士學位，論文主題是《大自然形上學的知識架構》。

畢業後，漢斯·奧斯特成為大學講師。另外，他還在一位醫學院教授的藥局做配藥師。1801年，漢斯·奧斯特得到一筆為期三年的遊學獎學金，可以出國遊學。他在德國遇到了約翰·芮特（Johan Wilhelm Ritter），一位優秀的物理學家，兩人成為莫逆之友。芮特深信在電場與磁場之間，隱藏著一種物理關係。奧斯特覺得這點子蠻有意思。他開始朝這學術方向學習發展。奧斯特有教書的天分，他的講課廣受大眾歡迎。於1806年，他任聘哥本哈根大學教授。他的研究領域是電學和聲學。在他的努力指導與推行之下，哥本哈根大學發展出一套完整的物理和化學課程，並且建立了一系列嶄新的實驗室。

1814 年，奧斯特與Inger Bellum在哥本哈根共締良緣，共育有三男四女。

於 1820 年，奧斯特意外地發現他首先發現載流導線的電流會作用於磁針，使磁針改變方向，從此舉世聞名，得到很多獎章與榮譽。1822年當選為瑞典皇家科學院外籍院士。為了提升丹麥的科技水平，於1829年，他創建了College of Advanced Technology （丹麥語：Den Polytekniske Læreanstalt，1933年更名為丹麥技術大學），並且任職為校長，一直到他往生。他埋葬於哥本哈根的Assistens Cemetery。

奧斯特一家在法律界和政治界都出人頭地，成就非凡。他的妹妹，芭芭拉(Barbara Albertine Ørsted)的先生 Georg Jacob Bull 後來成為挪威最高法院從1814 年至1827 年的首席大法官，芭芭拉的兒子Anders Sandøe Ørsted Bull兩度成為挪威國防部長和奧斯陸市長；他的弟弟安德斯·奧斯特成為1853 年至1854 年期間的丹麥總理。

影響及成就

奧斯特是一位熱情洋溢重視科研和實驗的教師，他說：“我不喜歡那種沒有實驗的枯燥的講課，所有的科學研究都是從實驗開始的”。因此受到學生歡迎。他還是卓越的講演家和自然科學普及工作者，1824年倡議成立丹麥科學促進協會，創建了丹麥第一個物理實驗室。

1908 年丹麥自然科學促進協會建立“奧斯特獎章”，以表彰做出重大貢獻的物理學家。奧斯特的功績受到了學術界的公認，為了紀念他，國際上從1934年起命名磁場強度的單位為奧斯特，簡稱“奧”。1937年美國物理教師協會設立“奧斯特獎章”，獎勵在物理教學上做出貢獻的物理教師。

他的重要論文在1920年整理出版，書名是《奧斯特科學論文》。

實驗信息

起因

奧斯特早在讀大學時就深受康德哲學思想的影響，認為各種自然力都來自同一根源，可以相互轉化。他一直堅信電和磁之間一定有某種關係，電一定可以轉化為磁。當務之急是怎樣找到實現這種轉化的條件。奧斯特仔細地審查了庫侖的論斷，發現庫侖研究的對象全是靜電和靜磁，確實不可能轉化。他猜測，非靜電、非靜磁可能是轉化的條件，應該把注意力集中到電流和磁體有沒有相互作用來進行探索。

實驗

1819 年上半年到1820年下半年，奧斯特一面擔任電、磁學講座的主講，一面繼續研究電、磁關係。1820年4月，在一次講演快結束的時候，奧斯特抱著試試看的 心情又作了一次實驗。他把一條非常細的鉑導線放在一根用玻璃罩罩著的小磁針上方，接通電源的瞬間，發現磁針跳動了一下。這一跳，使有心的奧斯特喜出望外， 竟激動得在講台上摔了一跤。但是因為偏轉角度很小，而且不很規則，這一跳並沒有引起聽眾注意。以後，奧斯特花了三個月，作了許多次實驗，發現磁針在電流周 圍都會偏轉。在導線的上方和導線的下方，磁針偏轉方向相反。在導體和磁針之間放置非磁性物質，比如木頭、玻璃、水、松香等，不會影響磁針的偏轉。

1820年7月21日，奧斯特寫成《論磁針的電流撞擊實驗》的論文，這篇僅用了4頁紙的論文，是一篇極其簡潔的實驗報告。奧斯特在報告中講述了他的實驗裝置和60多個實驗的結果，從實驗總結出：電流的作用僅存在於載 流導線的周圍；沿著螺紋方向垂直於導線；電流對磁針的作用可以穿過各種不同的介質；作用的強弱決定於介質，也決定於導線到磁針的距離和電流的強弱；銅和其 他一些材料做的針不受電流作用；通電的環形導體相當於一個磁針，具有兩個磁極，等等——正式向學術界宣告發現了電流磁效應。

意義

奧斯特發現的電流磁效應，是科學史上的重大發現，它立即引起了那些懂得它的重要性和價值的人們的注意。在這一重大發現之後，一系列的新發現接連出現。兩個月後安培發現了電流間的相互作用，阿拉果製成了第一個電磁鐵，施魏格發明電流計等。安培曾寫道：“奧斯特先生……已經永遠把他的名字和一個新紀元聯繫在一起了。”奧斯特的發現揭開了物理學史上的一個新紀元。

科學成就

電磁效應

漢斯·克里斯蒂安·奧斯特自從庫侖提出電和磁有本質上的區別以來，很少有人再會去考慮它們之間的聯繫。而安培和畢奧等物理學家認為電和磁不會有任何聯繫。可是奧斯特一直相信電、磁、光、熱等現象相互存在內在的聯繫，尤其是富蘭克林曾經發現萊頓瓶放電能使鋼針磁化，更堅定了他的觀點。當時，有些人做過實驗，尋求電和磁的聯繫，結果都失敗了。奧斯特分析這些實驗後認為：在電流方向上去找效應，看來是不可能的，那么磁效應的作用會不會是橫向的？

在1820年4月，有一次晚上講座，奧斯特演示了電流磁效應的實驗。當伽伐尼電池與鉑絲相連時，靠近鉑絲的小磁針擺動了。這一不顯眼的現象沒有引起聽眾的注意，而奧斯特非常興奮，他接連三個月深入地研究，在1820年7月21日，他宣布了實驗情況。

奧斯特將導線的一端和伽伐尼電池正極連線，導線沿南北方向平行地放在小磁針的上方，當導線另一端連到負極時，磁針立即指向東西方向。把玻璃板、木片、石塊等非磁性物體插在導線和磁針之間，甚至把小磁針浸在盛水的銅盒子裡，磁針照樣偏轉。

電磁學

奧斯特認為在通電導線的周圍，發生一種“電流衝擊”。這種衝擊只能作用在磁性粒子上，對非磁性物體是可以穿過的。磁性物質或磁性粒子受到這些衝擊時，阻礙它穿過，於是就被帶動，發生了偏轉。

奧斯特塑像矗立於奧斯特公園

導線放在磁針的下面，小磁針就向相反方向偏轉；如果導線水平地沿東西方向放置，這時不論將導線放在磁針的上面還是下面，磁針始終保持靜止。

他認為電流衝擊是沿著以導線為軸線的螺旋線方向傳播，螺紋方向與軸線保持垂直。這就是形象的橫向效應的描述。

奧斯特對磁效應的解釋，雖然不完全正確，但並不影響這一實驗的重大意義，它證明了電和磁能相互轉化，這為電磁學的發展打下基礎。

其它方面

奧斯特曾經對化學親合力等作了研究。1822年他精密地測定了水的壓縮係數值，論證了水的可壓縮性。1823年他還對溫差電現象作出了成功的研究。他對庫侖扭秤也作了一些重要的改進。

奧斯特在1825年最早提煉出鋁（即利用稀的鉀汞齊與氯化鋁反應分離出金屬鋁），但純度不高，以致這項成就在冶金史上歸屬於德國化學家弗里德里希·維勒，他最後一項研究是40年代末期對抗磁體的研究，試圖用反極性的反感應效應來解釋物質的抗磁性。同一時期麥可·法拉第在這方面的成就超過了奧斯特及其法國的同輩。法拉第證明不存在所謂的反磁極。並用磁導率和磁力線的概念統一解釋了磁性和抗磁性。不過，奧斯特研究抗磁體的方法仍具有很深的影響。

紀念

哥本哈根大學的奧斯特學院以其名字命名。

丹麥技術大學設有H.C. Ørsted Lecturer的榮譽稱號。

美國物理教師協會“奧斯特獎章”。

丹麥的第一顆衛星命名為奧斯特。

單位 奧斯特

奧斯特（Oersted）是厘米-克-秒制里的磁場強度（H場）、磁化強度的單位，簡稱“奧”（Oe）。1930年，國際電工委員會為了紀念丹麥物理學者漢斯·奧斯特，特將此單位命名為奧斯特。

奧斯特定義為達因（dyn）每單位磁荷。轉換至國際單位制，1奧斯特等於1000/4π (≈79.5774715)安培/米。

• 在卷繞79.58匝每米，帶有1安培電流的超長螺線管內的H場大約為1奧斯特。
• 當10安培的穩恆電流通過無限長的細直導線時，距離導線2厘米處的H場為1奧斯特。
• 當10安培電流通過半徑為1厘米的単匝環形線圈時，在環心處的H場為2π奧斯特。

在厘米-克-秒制里，H場的單位是奧斯特，磁感應強度（B場）的單位是高斯。在國際單位制里，H場的單位是安培/米，B場的單位是特斯拉。

奧斯特與B場的單位高斯密切相關。在真空里，假若H場是1奧斯特，則B場是1高斯。在磁導率為的介質里，B場（高斯）與H場（奧斯特）的關係為B=uH。