从奥斯特实验说起……

电磁学部分的所有知识都可以从奥斯特实验发散开来理解。大致的思路可从三方面理解：电和磁的联系；力学角度；逆向思维角度。

1 从电与磁的关系理解奥斯特实验

长期以来，磁现象与电现象是被分别进行研究的，特别是吉尔伯特对磁现象与电现象进行深入分析对比后断言电与磁是两种截然不同的现象，没有什么一致性。但是电与磁是否有一定的联系的疑问一直萦绕在一些有志探索的科学家的心头。

丹麦物理学家奥斯特(H．C．Oersted，1777~1851)就是其中的一位。他是康德哲学思想的信奉者，深受康德等人关于各种自然力相互转化的哲学思想的影响，奥斯特坚信客观世界的各种力具有统一性，并开始对电、磁的统一性的研究。

1820年4月的一天晚上，奥斯特在为精通哲学及具备相当物理知识的学者讲课时，突然来了“灵感”，在讲课结束时说：“让我把通电导线与磁针平行放置来试试看！”于是，他在一个小伽伐尼电池的两极之间接上一根很细的铂丝，在铂丝正下方放置一枚磁针，然后接通电源，小磁针微微地跳动，转到与铂丝垂直的方向。

小磁针的摆动，对听课的听众来说并没什么，但对奥斯特来说实在太重要了，多年来盼望出现的现象，终于看到了，当时简直使他楞住，他又改变电流方向，发现小磁针向相反方向偏转，说明电流方向与磁针的转动之间有某种联系。 奥斯特为了进一步弄清楚电流对磁针的作用，于1820年4月到7月，费了三个月的时间，做了六十多个实验，他把磁针放在导线的上方、下方，考察了电流对磁针作用的方向；把磁针放在距导线不同距离，考察电流对磁针作用的强弱；把玻璃、金属、木头、石头、瓦片、松脂，水等放在磁针与导线之间，考察电流对磁针的影响；……。

于1820年7月21日发表了题为《关于磁针上电流碰撞的实验》的论文，这篇论文仅用四页纸，十分简洁地报告了他的实验，向科学界宣布了电流的磁效应。1820年7月21日作为一个划时代的日子载入史册，它揭开了电磁学的序幕，标志着电磁学时代的到来。奥斯特也因此成为第一个揭示电和磁联系的人，也为后来法拉第的电磁感应现象的发现奠定了基础。

后来，人们利用电流磁效应将直导线弯成螺线管状，制成了通电螺线管，使电流的磁场加强了，为了使通电螺线管的磁性更强，人们又在螺线管中插入铁芯，从而导致电磁铁的发明。由于电磁铁的磁性又有可控制——电流的通、断；磁性强弱可调节——电流的大小和线圈匝数；磁极可改变——电流的方向等优点，渐渐地电磁铁替代了永磁体。于是，人们将电磁铁应用到电磁起重机、电吉他、电话、磁悬浮列车、电磁继电器等等方面，为人类作出了不可磨灭的贡献。

有人说奥斯特的电流磁效应是“偶然地发现了磁针转动”，当然也不无道理，但是法国的巴斯德说得好：“在观察的领域中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”

2 从力学角度理解奥斯特实验

奥斯特实验现象：把通电导线与磁针平行放置，接通电源，小磁针会发生偏转。从力学角度分析，小磁针偏转，也就是发生了运动状态改变，那么，它一定是受到力的作用。这个施力物就是电流，也就是说，电流对小磁针（即磁体）存在力的作用。根据力的作用是相互的，同学们应该想到什么？——磁体也应该对电流存在力的作用。基于这个思路，科学家们通过多次实验证明磁体对放入磁场中的通电直导体的确有力的作用，通过实验还证明：通电在磁场中受力的方向与磁感线方向和电流方向有关，且三个方向两两互相垂直。磁场可让通电导体在磁场中受力能平移运动；后来，科学家将通电线圈放入磁场中，发现通电线圈在磁场中将受力而转动。只是每当转到平衡位置（线圈平面与磁感应线垂直）时，因受一对平衡力而静止下来。科学家们通过反复的分析、论证和试验，终于利用换向器在每当线圈由于惯性作用转过平衡位置时自动改变线圈中的电流方向来改变线圈的受力方向，从而实现线圈能连续转动。而最终导致电动机的发明。

电动机的工作原理就是利用“通电线圈在磁场中受力而转动的性质”制成的 ，在这个过程中，消耗了电能而获得了线圈转动的机械能。

3 从逆向思维角度理解奥斯特实验

自1820年奥斯特发现电流的磁效应成为第一个揭示电和磁联系的人之后，英国化学家和物理学家（1791~1867年）法拉第于1821年提出“由磁产生电”的大胆设想，并开始了艰苦的探索。1821年9月他发现通电的导线能绕磁铁旋转以及磁体绕载流导体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建立了电动机的实验室模型。接着经过无数次实验的失败， 法拉第坚持10年矢志不渝地探索电磁感应现象，终于在1831年发现了电磁感应定律——闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感应线运动时，导体中会产生感应电流。这一划时代的伟大发现，使人类掌握了电磁运动相互转变以及机械能和电能相互转变的方法，成为现代发电机、电动机、变压器技术的基础。

法拉第是电磁场理论的奠基人，他首先提出了磁感线、电场线的概念，在电磁感应、电化学、静电感应的研究中第一次提出场的思想，建立了电场、磁场的概念，否定了超距作用观点。爱因斯坦曾指出，场的思想是法拉第最富有创造性的思想，是自牛顿以来最重要的发现。麦克斯韦正是继承和发展了法拉第的场的思想，为之找到了完美的数学表示形式从而建立了电磁场理论。英国化学家戴维也说过：“我最伟大的发现是一个人，是法拉第！”法拉第对知识有着执著的追求，为了一项科学研究，常常百折不挠，他对科学坚韧不拔的探索精神，为人类文明进步纯朴无私的献身精神，连同他的杰出的科学贡献，永远为后人敬仰。