《名人故事》楞次的生平.doc

楞次的生平一、生平简介楞次（1804～1865)，俄国物理学家和地球物理学家。1804年2月24日（旧历12日）生于多尔帕特（今爱沙尼亚的塔尔图），1820年以优异成绩从中学毕业后进入多尔帕特大学。19岁时被推荐作为地球物理观测员参加了俄国主办的由O．E．科采布率领的“普雷德普里阿蒂”号单桅帆船第二次全球性科学航行(1823～1865)。1829～1830年去高加索考察并进行地磁观测，精确测定里海海平面的变化和提取石油及天然气样品1836～1865年任圣彼得堡大学教授，其间还兼任海军和师范等院院校物理学教授。1865年2月10日（旧历1月29日）在意大利罗马逝世。二、科学成就1．在电磁学方面的成就1833年发现感应电动势阻止产生这一感应的磁铁或线圈的运动，此结论于1834年发表，后称为楞次定律。1842～1843年独立于J．P．焦耳并更为精确地建立了电流与其所生热量的关系，后被称为焦耳定律，或焦耳-楞次定律。他还研究并定量地比较了不同金属线的电阻率，确定定了电阻与温度的关系；建立了电磁铁吸引力与磁化电流的二次方成正比的定律。1832年致力于电学量和磁学量的冲击法测量的理论和应用研究。1844年导出包含电动势和电阻的归一并联电路中电流分布的定律，但1845年后，G．R．基尔霍夫却获得了更有普遍意义的电路定律。在电化学方面，他确立了伽伐尼电池中电动势的相加性，阴极和阳极上极化电动势的相加定律，以及每一电极的极化电动势和起始电极电势的相加定律。2．地球物理方面的贡献在地球物理方面，他积累了大量而可靠的观测数据；在全球性科学航行中，他测量了深海的海水比重和温度：发现并正确地解释了大西洋和太平洋赤道南北的海水是含盐量较高，且大西洋的比太平洋的高，而印度洋含盐量低的现象，还注意到在一定纬度下，海洋表面的水温高于水上面的空气温度；1845年在他倡导和协助下组织了俄国地理学会。三、趣闻轶事学生中的“物理学家”。楞次在中学时期就酷爱物理学，成绩突出。1820年他以优异成绩考入杰普特大学，学习自然科学。1823年他还在三年级读书，就因为物理成绩优秀被校方选中，以物理学家的身分参加了环球考察。1826年，他考察归来后在一所中学教物理，同时认真总结整理考察成果。1828年2月16日，楞次向彼得堡皇家科学院作了考察成果汇报，由于报告生动、出色，被接收为科学院研究生。1830年他当选为科学院候补院士，1834年接替刚去世的彼得洛夫，升为正式院士。圆环楞次定律演示仪的改进图1表示一种传统的楞次定律演示仪，其中A和B是很轻的铝环，环A闭合而环B断开，用来连接A、B环的横杆可绕竖直轴自由旋转。用这种仪器成功的演示楞次定律的一般情况应该是：条形磁铁迅速插入A环时，A环被磁铁推斥；条形磁铁从A环中迅速抽出时，A环被磁铁牵引拉；而磁铁进出B环时，B环不动。对这种现象的解释通常是：磁铁接近和远离A环时，A环因为电路闭合会出现感生电场，感生电场使金属环中的电子运动引起感生电流，而感生电流产生的磁场通过“排斥”或“牵引”来阻碍电路中磁通的改变；磁铁接近和远离B环时，由于电路不闭合只产生感生电动势，不出现感生电流以及感生电流的磁场，进而便不会出现与磁铁磁场的相互作用。这样的演示便成功验证了楞次定律。但是，我们在实际实验中发现，相对闭合整环运动磁铁时，实验现象与期望一致；相对开口断环移动磁铁时，装置却并非不动而是有着轻微移动。当把普通磁铁换成强磁铁时，断环运动幅度会增大到略小于整环的程度。对实验得到的这种结果，《物理通报》曾有讨论，除了几个明显不成立的解释外，对这种“反常”现象大致有两种解释：一种解释是断环产生感生电动势引起瞬间电流①（瞬间电流向断环缺口处积累，因此本文在下面的讨论中称这种电流为积累电流），进而受到磁场力作用，可称为瞬流解释。另一种解释是断环中有涡流，涡流在磁场中受力使断环运动解释。涡流解释中对涡流产生的形式又有两种不同看法。一种认为涡流的方向与断环横截面平行②（如图2（a）所示），还有一种认为无论整环还是断环，均在侧表面形成涡流③（如图2（b）所示）。根据现有的研究结论，我们知道断环在运动磁场中没有环流，却有积累电流和涡流，但因积累电流会很快消失，故由积累电流引发的断环磁场力完全可以忽略不计。但就涡流而言，无论整环、断环其涡流的作用都很大。尤其用强磁铁时，因涡流而引发的磁场力可达自身重力的几分之一，这足以使楞次定律演示仪克服转轴处的阻力矩转动起来。在变化磁场中金属片涡流受力的计算公式是。从公式可见，金属片涡流受力大小随金属片的表面面积大小的改变而变化的非常显著，二者成二次方的关系。减小涡流，是使用仪器成功演示楞次定律的关键；而要减小涡流，从上面的公式可知，就必须减小圆环的宽度和厚度。但从另一方面讲，减小金属片的宽度和厚度势必要影响整环的环流大小和演示效果。下