斯图金是如何发明电磁铁的？

Posted 2023-01-02 卓晴

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了斯图金是如何发明电磁铁的？相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

01 电磁铁

一、前言

什么是电磁铁，需要我们对他的发明人，威廉·斯图金，进一步了解一下。斯图金的一生充满传奇和励志，他的连鬓胡须形象也很奇特。下面听听Kathy老师讲讲这位退伍老兵，一位制鞋匠发明电磁铁的传奇故事，以及电磁铁的工作原理。

二、从军人到鞋匠

威廉·斯图金1783年出生在英国北部的一个鞋匠家庭里，小时候家庭待遇不好。十岁那年他的妈妈去世了，几年后他的爸爸将他卖给了另外一个鞋匠做干儿子，继父对他也不好。后来他回忆那时的简直是生活牛马不如。

▲ 图1.2.1 斯图金的出生在英国北部地区

当他19岁了，他离开家入伍当兵了。军队生活很好，特别是他的长官很是欣赏他的修理能力，特别是修鞋的功夫。他也会通过展示自己制作的业余科学实验来讨好长官和战友。通过技能可以减轻他的工作量，并有机会到办公室借阅书籍。那个时期并没有免费图书馆，书籍价格也是非常昂贵。通过阅读他自学了数学、希腊语、拉丁语、法语、德语以及意大利语，此外还有光学和雕版印刷技术。

十八年后他从部队复员，定居在伦敦伍尔维奇区域。因为他与军队里的一些军官有联系所以他计划开一个鞋店做生意。这些军官里很多对于最新科技进展感兴趣，于是经常找斯图金给他们除了修鞋之外，帮助维修相关的科学仪器。

▲ 图1.1.1 伦敦伍尔维奇街区

三、电磁现象

幸运的是，在同一年丹麦科学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现了导线内的电流会使得附近磁针产生运动。其中一件令人感到困惑的是，奥斯特实验中电流往下流动，但产生的磁场却是围绕电线的圆圈。周围的磁针都沿着圆圈指向。为此奥斯特错误地认为电线中的电流不是直线流动，而是在电线内部沿着螺旋线移动。

法国人安培读到奥斯特的论文后，开始做了一系列的关于电、磁的实验。比如他观察两条平行的电线通有相同方向的电流，电线之间会产生相互的吸引力。安排的实验影响重大，后来的电流单位就是以他的名字命名。

▲ 图1.1.2 电流周围的磁场

一天安培开始考虑奥斯特的电线螺旋流动电流的理论，他想如果把电线本身也做成螺旋形状会发生什么呢？于是安培做了一个螺旋线圈，研究它在通有电流后所产生的磁场。

▲ 图1.1.3 螺旋线内的磁场

次年，一位年轻的英国人，名叫麦克·法拉第，发表了至今仍然被承认的实验结果，电线内的电流是沿着直线流动的。它所产生的磁场是围绕电线的圆环，而不是螺旋形状。对于多个并行电线中的电流产生的磁场是它们的组合，称此为组合作用。比如安培的平行电线之间的作用力，实际上是两条电线产生的磁场之间的相互作用力。

法拉第也认为安培的螺旋线圈磁场也可以使用多个平行导线磁场相互组合来产生。螺旋线圈可以看成很多平行电线的组合。法拉第也注意到这个螺旋线圈所产生的磁环与一个条形磁铁的磁场是相同的，只不过磁场强度弱了些。

▲ 图1.1.4 条形磁铁与螺旋线圈的磁场

下面在谈谈斯图金的工作。在1824年斯图金的朋友帮助他在军事学院谋得一个进行科学展示的工作。所以他有时间和经费，可以阅读安培和法拉第的论文并重现他们的实验，甚至获得新的发现。

一天他为了重现安培的实验，在一个铁棒上绕制螺旋线圈。他惊讶的发现铁棒居然可以把线圈磁场进行放大。这是因为电线中的电流将铁棒进行了磁化，于是形成了电磁铁。

四、磁铁与电磁铁

下面谈谈磁铁以及电磁铁。普通的永磁铁具有南极和北极。北极和北极，南极和南极之间产生斥力。北极和南极之间相互吸引。

▲ 图1.1.5 磁铁

永磁铁可以吸引一些没有磁性的铁质物体。比如把一个曲别针放在磁铁旁边，它就会被磁铁吸引。这是因为曲别针使用钢铁制作。钢铁中存在一些小的磁铁，称为磁畴，它们随机分布。当曲别针靠近一个磁铁，其中的磁畴方向就会顺着外部磁场排列，使得曲别形成临时的磁铁。曲别针的南极与磁铁的北极相互吸引。如果一个物体是磁铁，那么就可以将曲别针磁化并吸引它。