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磁生电与电生磁的发现案例及分析
案例描述:
18世纪末时,科学家已经发现了很多电现象和很多磁现象,大部分科学家认为电和磁是截然不同的力。
1820年,在哥本哈根任职的奥斯特作出了使他一举成名的发现。那时,尽管大多数科学家认为电和磁是没有关系的,但是,也有很多理由认为二者之间有联系。比如,那时人们早就知道,指南针遭受雷击之后有时会改变极性。奥斯特也早已注意到热辐射和光有某种相似性,尽管他不能证明它们都是电磁波。那时,他可能已经相信电和磁是物质辐射出的力,并且二者彼此之间有某种相互作用。
4月21日,在课堂演示实验中,奥斯特在搭建他实验仪器时,发现当他把电线接到电池两端接通电流的时候,旁边的一个磁针偏离了正常的磁北极。小磁针只有很轻微的变化,课堂上的学生都没有注意到。但是,这一轻微的现象对于奥斯特来说是很显著的了。
这一发现激发了奥斯特的极大兴趣。他没有立即找到一个数学公式来表述这一发现,思考了三个月之后,他继续做实验,直到他确信电流可以产生磁场(他称之为电磁场)。
7月21日,奥斯特以单行本论文的形式发表了他的结果,这片单行本在物理学家和科学团体间私下流传。他的结果主要是定性的,但是效应很清楚——电流可以产生磁力。
这篇论文立即引起了轰动,有人开始研究这一新发现的电和磁之间的联系。法国物理学家安培写出了一个数学定律来描述电流之间的磁力。
奥斯特实验之后一两年内电流与电流,磁铁与电流,电流与磁铁之间的相互作用都很快被揭示。当年就出现了安培定律和毕奥萨伐定律。同时科学界认为既然可以有电生磁,那么也有很大的可能性让磁生电,也就是之后的电磁感应。而电磁感应的研究却迟迟得不到突破,其最大的原因就是电磁感应是暂态过程,是在变化的过程中发生的,而非以往的恒定状态。
1823年克拉顿做了磁棒插入或拔出线圈的实验,尝试研究磁生电。由于当时还没有发明电流计,判断电路中有无电流就是观察其能否使小磁针偏转。克拉顿为了排除磁棒对小磁针的影响,把电路接入隔壁房间,使得小磁针和磁棒足够远。在一个房间插入磁棒,然后跑到隔壁房间去观察小磁针的变化,而这时小磁针已
经偏转过又回到原位置。所以他想观察一个持续的电流(使小磁针保持偏转状态)而不可得。一直到法拉第在首先发现电路开合的瞬间的感应电流后才猛然醒悟到电磁感应是发生在运动变化之中的,既而马上做了大量实验发现之前苦求电磁感应随处可见,既而总结出产生感应电流的五种情况:变化的电流,变化的磁场,运动的电流,运动的磁铁,导体切割磁力线,并提出感应电动势的概念。
在法拉第的工作之后,麦克斯韦写出了麦克斯韦方程组,终于将电和磁统一起来。
案例分析:
从这个案例中我们小组分析得出了一下马克思主义原理:
1、联系的普遍性
联系的普遍性是指,世界上的任何事物和过程都不能孤立地存在,都同周围的其它事物和过程联系着;每一事物和过程的各个要素和环节也不能孤立地存在,都同其它要素和环节联系着;整个世界是一个相互联系的统一整体,任何事物和过程都是普遍联系之网上的一个部分、环节或阶段;孤立的、不与其它事物和过程相联系的事物和过程是不存在的。
之前科学界大部分人认为电和磁没有联系而将两者单独研究,但是依旧有科学家认为联系具有普遍性,电与磁之间可能有很强的联系,经过许多科学家的研究、实验,的确验证了电和磁直接的联系。
2、事物发展的必然性和偶然性
事物发展有必然性也有偶然性,二者也是对立统一的关系。必然性体现事物发展过程中确定不移的趋势,偶然性体现事物发展过程中不确定的趋势。必然性是寓于偶然性之中,偶然性背后隐藏着必然性,偶然性为必然性开辟道路。
所以要重视事物发展的必然性,把握事物发展的总趋势,但也要善于从偶然中发现必然,把握有利于事物发展的机遇。
在电磁学的发展中,奥斯特是在偶然的情况下发现了电生磁的现象,并且抓住了现象背后的必然性,最终通过实验验证了电生磁,促进了电磁学的发展。
3、实践与认知之间的关系
(1)实践是认识的基础
奥斯特和法拉第都是在实践中突然有了灵感,得到了验证磁电关系的认识,体现了实践产生了认知的需要,实践为认知提供了可能。科学家们进行的实践,使得电磁学由最开始的电和磁分开,
到电生磁和磁生电,再到电和磁的统一,反映了实践使认识得以产生和发展。对于电磁学的认识,都是通过进行科学实验验证的,反映了实践是检验认知真理性的唯一标准。
(2)认识对实践有指导作用
克拉顿没有发现电磁感应是暂态过程,是在变化的过程中发生的,而非以往的恒定状态,因此将电路与磁针安置在了两个房间,因此错过了观察磁生电现象的好时机。法拉第则醒悟到电磁感应是发生在运动变化之中的,进行了正确的实验得到了结果。法拉第和克拉顿不同的认识,导致了不同的实践结果。这说明实践对认识具有决定作用,反过来认识对实践也有巨大的指导作用。正确的理论推动实践的发展,错误的理论则阻碍实践。
4、认识运动的基本规律
认识运动的辩证过程,首先是从实践到认识的过程。在这个过程中,认识采取了感性认识和理性认识两种形式,并经历了由前者到后者的能动飞跃。然后是从认识到实践是认识过程的第二次能动的飞跃,它比第一次能动飞跃具有更为重要的意义。最终从实践到认识,再从认识到实践,如此实践、认识、再实践、再认识,循环往复以至无穷,一步步深化和提高,这就是认识发展的总过程。认识事物的本质和规律,必须经过从实践到认识,再由认识到实践的多次反复才能完成。
奥斯特和法拉第在研究电磁学时,都是偶然有了认识,开始时指示灵光一闪,后来将感性认识转化为理性认识设计科学实验,然后进行实验,达到了从认识到实践的飞越。一开始大部分科学家认为电和磁没有关系,而奥斯特和法拉第理论的发布,启发了其他科学家有了新的认识和实践,直到最终马克斯韦写出了麦克斯韦方程组,将电磁统一起来,体现了认识和实践的反复。