安培定律发现过程的逻辑分析

安培定律发现过程的逻辑分析

发现实例：1820年4月，丹麦哥本哈根大学物理学教授奥斯特（H.C.Oersted,1777～1851）发现了直线电流可以产生磁，法国物理学家安培（A.M.Ampere,1775～1836）通过实验发现圆形电流也可以产生磁。

1820年10月，安培在发现圆形电流之间相互吸引（排斥）以后，他又转向研究直线电流之间的相互作用，他发现两条平行载流导线彼此有相互作用力，即同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。

库仑定律指出，两个（静）点电荷之间的作用力的大小与它们电量的乘积成正比、与它们之间的距离的平方成反比，其数学式为F =KQ1Q2∕r2。安培想，是否两个（动）电流元之间的作用力的大小也具有这种形式呢？

为了寻找这个关系式，他从1820年10月开始，用了几个月的时间集中精力研究电流之间的相互作用。安培采用示零法做了以下他设计的四个实验：

第一个实验，安培用一个无定向秤检验对折载流导线是否有作用力，结果是否定的。这表明，当电流反向时，它产生的作用也反向；

第二个实验，安培用一个无定向秤检验对折载流导线（但另一臂绕成螺旋线）是否有作用力，结果也是否定的。这表明，电流元的作用具有矢量性质——多个电流元的合作用等于各单个电流元所

产生作用的矢量叠加；

第三个实验，他在一端固定于圆心的绝缘柄上连接一圆弧形导体，再将圆弧形导体架在两个通电的水银槽上，然后用各种线圈对它作用，结果却不能使圆弧形导体沿其电流方向运动，这表明作用在电流元上的力是与它垂直的；

第四个实验，他将三个相似的线圈（这三个相似的线圈的线度之比与三个线圈间距之比一致）通电后发现，1、3线圈对2线圈的合作用为零。这表明各电流的长度和相互距离增加同样倍数时，作用力不变。

1820年12月，他由上述四个实验的结果，得出了两电流元之间的作用力与它们的乘积成正比、与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向在他们的连线上。其数学式为：

F =i.iˊ.ds.dsˊ/r2 [sinθ.sinθˊ.cosω+kcosθ.cosθˊ]

θ与θˊ为两电流元与它们之间连线所成的夹角，ω为包含各个电流元和连线的两个平面之间的夹角。1827年，他得出系数k= -1∕2

创新逻辑分析：

①相似推理：

已知：直线电流→磁

联想：直线电流～圆形电流（相似关系）

推论：圆形电流→磁

实验：圆形电流→磁

（法国：安培）

②相似推理：

已知：圆形电流→相互引斥

联想：圆形电流～直线电流（相似关系）

推论：直线电流→相互引斥

实验：直线电流→相互引斥

（法国：安培）

③相似推理：

已知：（静电）两点电荷→ F =KQ1Q2∕r2

联想：（静电）点电荷～（动电）电流元(相似关系)

推论：（动电）两电流元→ F = KQ1Q2∕r2

实验：（动电）两电流元→ F = i.iˊ.ds.dsˊ/r2

[sinθ.sinθˊ.cosω- cosθ.cosθˊ]

（法国：安培）

人物简介：

安培（A.M.Ampere,1775～1836）是法国的一位物理学教授,他出生于法国里昂的一个土地商人的家庭，从小就酷爱数学，12岁就学完了微积分。

1793年，他父亲在法国革命中被处死，这使年仅18岁的安培在精神上受到很大的打击。他在逆境中没有颓废下去，一边为私人补习数学以维持生计，一边奋发自学。在广泛阅读自然科学、哲学、

历史、文学方面书籍的基础上，他还专心研读了数学家拉格朗日和欧拉等人的著作，后来他被聘为里昂学院的物理学教授和化学教授。

在他妻子去世后，感到孤独的安培离开了里昂迁居巴黎，担任法兰西学院的物理学教授。1814年他被选为法国科学院院士。1820年，45岁的安培发现了通电导体间的相互作用定律——安培定律，1821年1月他提出了著名的分子电流假说，1822年他总结了当时有关动电理论的研究成果，发表了《电动力学的观察汇编》，1827年他又出版了《电动力学理论》一书，同年他被选为英国皇家学会会员。