2014年3月3日

閃電俠與萬磁王

作者/曾耀寰(任職於中研院天文所)

最近在電視上看到荒謬的磁場DNA運轉法,號稱靠著數字無形中產生磁場,進而改變人的運勢。殊不知,數字本身和磁場一點關連都沒有,反倒是電流和磁場有著密切關連,而這個雙向關連要到1831 年英國的法拉第才發現最後一塊密碼。

電和磁一直以來都是井水不犯河水,從古希臘紀錄摩擦琥珀可以吸住乾燥樹葉的靜電,到十七世紀德國物理學家格里克(Otto von Guericke)發明了第一台大型靜電起電機(他也是馬德堡半球實驗的設計人),以及1745 年間,萊頓市兩位科學家分別發明儲存靜電的萊頓瓶。起電器和萊頓瓶的使用有助於靜電的研究,隨後庫倫定律的發現使得靜電學的進展,從定性進入了定量的分析。而透過不同金屬材料的物理接觸,是另一種產生電的方式,1800 年義大利物理學家伏打(Alessandro Volta)發明的伏打堆,沒有萊頓瓶一次性使用的不便,提升了實驗的方便性。

在磁方面的瞭解是從指南針開始,系統地研究磁性要到十六世紀,英國物理學家吉伯(William Gilbert)在他1600 年的著作《論磁石》,明白表示地球是一個巨大的磁石,藉此解釋磁針南北指向的原因。此外他也發現電和磁是不一樣的作用力,因為電的吸引力會因為加熱而消失,但磁的吸引力則不會(現在瞭解物體的磁性在高溫下也會消失,並且電和磁是同一種作用力的不同表現)。法國物理學家庫倫用實驗方式找到磁力的庫倫定律,形式和電的庫倫定律相同,只是電荷換成磁棒。

發現電和磁之間的關連,始於1820年的意外實驗, 丹麥物理學家厄斯特(Hans Christian Oersted)在一場演示中發現電流會使鄰近的磁針產生偏轉,從南北向轉成與電流方向垂直(圖一)。而磁又生電的實驗得遲至1831年的英國物理學家法拉第完成。電生磁的實驗很容易,只要導線通上電流,導線周圍就會產生磁場,改變磁針的方向。但一個靜置的磁鐵,並不會使周圍的線圈產生電流,唯有將磁鐵和線圈之間產生相對位置的變化,才會使導線內出現電流,這是兩個實驗相差了11 年的原因。.....【更詳細的內容,請參閱第531期科學月刊】
圖一: 厄斯特電流使磁針偏轉實驗示意圖。
(圖片來源:厄斯特1820年論文)

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