汉斯·奥斯特（化学家）

基本介绍

简介

汉斯·奥斯特

（Hans Christian Ørsted，1777年8月14日－1851年3月9日），丹麦物理学家、化学家。1777年8月14日生于丹麦的兰格朗岛鲁德乔宾一个药剂师家庭。12岁开始帮助父亲在药房里干活，同时坚持学习化学。由于刻苦攻读，17岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生，学习医学和自然科学。他一边当家庭教师，一边在学校学习药物学、天文、数学、物理、化学等。在物理学领域，他首先发现载流导线的电流会产生作用力于磁针，使磁针改变方向。在化学领域，铝元素是他最先发现的。十九世纪后期，在科学方面的后康德哲学和演进，由于他的写作而更见雏形。他也是第一位明确地描述思想实验的现代思想家，发明了思想实验（Gedankenexperiment）这一名词。

1799年获得博士学位。1801—1803年他旅游德国、法国等地，于1804年回国。1806年被聘为哥本哈根大学物理、化学教授，研究电流和声等课题。1815年起任丹麦皇家学会常务秘书。1820年因电流磁效应这一杰出发现获英国皇家学会科普利奖章。1824年倡议成立丹麦自然科学促进会，1829年出任丹麦技术大学校长，直到1851年3月9日在哥本哈根逝世，终年74岁。

生平

汉斯·奥斯特生于丹麦朗格兰岛（Langeland）上的一个小镇Rudkøbing。他的父亲索伦·奥斯特（Søren Christian Ørsted）是一位药剂师，在小镇里开了一个药局。由于小镇里没有正式学校，汉斯和弟弟安德斯·奥斯特（Anders Sandøe Ørsted）只能跟着镇上教育水平较高的长辈学习各种各样的知识。汉斯常常帮助父亲在药局里工作，因此学会了一点基础化学。虽然如此，他们都仍旧能够以优等的成绩通过哥本哈根大学的入学考试。安德斯想要从事律师行业，而汉斯则对文学和哲学具有浓厚的兴趣。于1799年，汉斯得到博士学位，论文主题是《大自然形而上学的知识架构》。

毕业后，汉斯·奥斯特成为大学讲师。另外，他还在一位医学院教授的药局做配药师。1801年，汉斯·奥斯特得到一笔为期三年的游学奖学金，可以出国游学。他在德国遇到了约翰·芮特（Johan Wilhelm Ritter），一位优秀的物理学家，两人成为莫逆之友。芮特深信在电场与磁场之间，隐藏着一种物理关系。奥斯特觉得这点子蛮有意思。他开始朝这学术方向学习发展。奥斯特有教书的天分，他的讲课广受大众欢迎。于1806年，他任聘哥本哈根大学教授。他的研究领域是电学和声学。在他的努力指导与推行之下，哥本哈根大学发展出一套完整的物理和化学课程，并且建立了一系列崭新的实验室。

1814年，奥斯特与Inger Bellum在哥本哈根共缔良缘，共育有三男四女。

于1820年，奥斯特意外地发现他首先发现载流导线的电流会作用于磁针，使磁针改变方向，从此举世闻名，得到很多奖章与荣誉。1822年当选为瑞典皇家科学院外籍院士。为了提升丹麦的科技水平，于1829年，他创建了College of Advanced Technology（丹麦语：Den Polytekniske Læreanstalt，1933年更名为丹麦技术大学），并且任职为校长，一直到他往生。他埋葬于哥本哈根的Assistens Cemetery。

奥斯特一家在法律界和政治界都出人头地，成就非凡。他的妹妹，芭芭拉（Barbara Albertine Ørsted）的先生Georg Jacob Bull后来成为挪威最高法院从1814年至1827年的首席大法官，芭芭拉的儿子Anders Sandøe Ørsted Bull两度成为挪威国防部长和奥斯陆市长；他的弟弟安德斯·奥斯特成为1853年至1854年期间的丹麦总理。

影响及成就

奥斯特是一位热情洋溢重视科研和实验的教师，他说：“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课，所有的科学研究都是从实验开始的”。因此受到学生欢迎。他还是卓越的讲演家和自然科学普及工作者，1824年倡议成立丹麦科学促进协会，创建了丹麦第一个物理实验室。

1908年丹麦自然科学促进协会建立“奥斯特奖章”，以表彰做出重大贡献的物理学家。奥斯特的功绩受到了学术界的公认，为了纪念他，国际上从1934年起命名磁场强度的单位为奥斯特，简称“奥”。1937年美国物理教师协会设立“奥斯特奖章”，奖励在物理教学上做出贡献的物理教师。

他的重要论文在1920年整理出版，书名是《奥斯特科学论文》。

实验信息

起因

奥斯特早在读大学时就深受康德哲学思想的影响，认为各种自然力都来自同一根源，可以相互转化。他一直坚信电和磁之间一定有某种关系，电一定可以转化为磁。当务之急是怎样找到实现这种转化的条件。奥斯特仔细地审查了库仑的论断，发现库仑研究的对象全是静电和静磁，确实不可能转化。他猜测，非静电、非静磁可能是转化的条件，应该把注意力集中到电流和磁体有没有相互作用来进行探索。

实验

1819年上半年到1820年下半年，奥斯特一面担任电、磁学讲座的主讲，一面继续研究电、磁关系。1820年4月，在一次讲演快结束的时候，奥斯特抱着试试看的心情又作了一次实验。他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方，接通电源的瞬间，发现磁针跳动了一下。这一跳，使有心的奥斯特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。但是因为偏转角度很小，而且不很规则，这一跳并没有引起听众注意。以后，奥斯特花了三个月，作了许多次实验，发现磁针在电流周围都会偏转。在导线的上方和导线的下方，磁针偏转方向相反。在导体和磁针之间放置非磁性物质，比如木头、玻璃、水、松香等，不会影响磁针的偏转。

1820年7月21日，奥斯特写成《论磁针的电流撞击实验》的论文，这篇仅用了4页纸的论文，是一篇极其简洁的实验报告。奥斯特在报告中讲述了他的实验装置和60多个实验的结果，从实验总结出：电流的作用仅存在于载流导线的周围；沿着螺纹方向垂直于导线；电流对磁针的作用可以穿过各种不同的介质；作用的强弱决定于介质，也决定于导线到磁针的距离和电流的强弱；铜和其他一些材料做的针不受电流作用；通电的环形导体相当于一个磁针，具有两个磁极，等等——正式向学术界宣告发现了电流磁效应。

意义

奥斯特发现的电流磁效应，是科学史上的重大发现，它立即引起了那些懂得它的重要性和价值的人们的注意。在这一重大发现之后，一系列的新发现接连出现。两个月后安培发现了电流间的相互作用，阿拉果制成了第一个电磁铁，施魏格发明电流计等。安培曾写道：“奥斯特先生……已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了。”奥斯特的发现揭开了物理学史上的一个新纪元。

科学成就

电磁效应

汉斯·克里斯蒂安·奥斯特自从库仑提出电和磁有本质上的区别以来，很少有人再会去考虑它们之间的联系。而安培和毕奥等物理学家认为电和磁不会有任何联系。可是奥斯特一直相信电、磁、光、热等现象相互存在内在的联系，尤其是富兰克林曾经发现莱顿瓶放电能使钢针磁化，更坚定了他的观点。当时，有些人做过实验，寻求电和磁的联系，结果都失败了。奥斯特分析这些实验后认为：在电流方向上去找效应，看来是不可能的，那么磁效应的作用会不会是横向的？

在1820年4月，有一次晚上讲座，奥斯特演示了电流磁效应的实验。当伽伐尼电池与铂丝相连时，靠近铂丝的小磁针摆动了。这一不显眼的现象没有引起听众的注意，而奥斯特非常兴奋，他接连三个月深入地研究，在1820年7月21日，他宣布了实验情况。

奥斯特将导线的一端和伽伐尼电池正极连接，导线沿南北方向平行地放在小磁针的上方，当导线另一端连到负极时，磁针立即指向东西方向。把玻璃板、木片、石块等非磁性物体插在导线和磁针之间，甚至把小磁针浸在盛水的铜盒子里，磁针照样偏转。

电磁学

奥斯特认为在通电导线的周围，发生一种“电流冲击”。这种冲击只能作用在磁性粒子上，对非磁性物体是可以穿过的。磁性物质或磁性粒子受到这些冲击时，阻碍它穿过，于是就被带动，发生了偏转。

导线放在磁针的下面，小磁针就向相反方向偏转；如果导线水平地沿东西方向放置，这时不论将导线放在磁针的上面还是下面，磁针始终保持静止。

他认为电流冲击是沿着以导线为轴线的螺旋线方向传播，螺纹方向与轴线保持垂直。这就是形象的横向效应的描述。

奥斯特对磁效应的解释，虽然不完全正确，但并不影响这一实验的重大意义，它证明了电和磁能相互转化，这为电磁学的发展打下基础。

其它方面

奥斯特曾经对化学亲合力等作了研究。1822年他精密地测定了水的压缩系数值，论证了水的可压缩性。1823年他还对温差电现象作出了成功的研究。他对库仑扭秤也作了一些重要的改进。

奥斯特在1825年最早提炼出铝（即利用稀的钾汞齐与氯化铝反应分离出金属铝），但纯度不高，以致这项成就在冶金史上归属于德国化学家弗里德里希·维勒，他最后一项研究是40年代末期对抗磁体的研究，试图用反极性的反感应效应来解释物质的抗磁性。同一时期迈克尔·法拉第在这方面的成就超过了奥斯特及其法国的同辈。法拉第证明不存在所谓的反磁极。并用磁导率和磁力线的概念统一解释了磁性和抗磁性。不过，奥斯特研究抗磁体的方法仍具有很深的影响。

纪念

哥本哈根大学的奥斯特学院以其名字命名。

丹麦技术大学设有H.C. Ørsted Lecturer的荣誉称号。

美国物理教师协会“奥斯特奖章”。

丹麦的第一颗卫星命名为奥斯特。

单位奥斯特

奥斯特（Oersted）是厘米-克-秒制里的磁场强度（H场）、磁化强度的单位，简称“奥”（Oe）。1930年，国际电工委员会为了纪念丹麦物理学者汉斯·奥斯特，特将此单位命名为奥斯特。奥斯特定义为达因（dyn）每单位磁荷。转换至国际单位制，1奥斯特等于1000/4π（≈79.5774715）安培/米。在卷绕79.58匝每米，带有1安培电流的超长螺线管内的H场大约为1奥斯特。当10安培的稳恒电流通过无限长的细直导线时，距离导线2厘米处的H场为1奥斯特。当10安培电流通过半径为1厘米的単匝环形线圈时，在环心处的H场为2π奥斯特。在厘米-克-秒制里，H场的单位是奥斯特，磁感应强度（B场）的单位是高斯。在国际单位制里，H场的单位是安培/米，B场的单位是特斯拉。奥斯特与B场的单位高斯密切相关。在真空里，假若H场是1奥斯特，则B场是1高斯。在磁导率为的介质里，B场（高斯）与H场（奥斯特）的关系为B=uH。