为什么安培未能发现电磁感应？

在法拉第于1832年宣布他发现了电磁感应之后，安培声称他实际上在1822年发现了一种电流可以感应另一种电流。这的确是事实。但是他没有及时公布这个事实。1822年的仲夏，安培于1821年7月在日内瓦重复了他的实验。他的助手是奥古斯特·德拉里弗，他老朋友的儿子。实验装置如图1所示。

图1安培1821实验装置

在图1中，DEB是固定在支架上的线圈，其通过缠绕多匝绝缘线形成。f和B是线圈的引线，用于连接伏打电池组。HIG是由一根非常细的铜棒弯曲而成的铜环，它用一根细导线穿过线圈，将铜环挂在一个小钩子下，使铜环同心地挂在线圈内。1821年的实验是将线圈连接到电池上，并将磁棒移动到铜环上，如图1所示。他们在实验中没有观察到磁效应。与1821年的实验相比，1822年的实验和1821年的实验的唯一区别是使用了马蹄形强磁体来代替磁棒，如图2所示。无论是从安培的描述还是从去杠杆化的描述，都不清楚1822年的实验是如何进行的。

图2 1822年安培用马蹄形磁铁做了实验2。

但是安培确实说过，“在电流通过螺旋线圈之前，铜环和磁铁之间没有相互作用。”这意味着在接通电流之前，磁铁已经被放置在铜环附近。在实验中，他们两人都清楚地观察到了铜环由于感应引起的吸引和排斥而产生的偏转，但都没有指出铜环中电流的瞬时性。

事实上，安培和德雷福斯偶然制造了一个过阻尼冲击电流计，所以铜环的偏转是明显的，可以持续一段时间。但是他们都不知道这个实验现象可以用来解释什么。德雷福斯只报告说:“这个重要的实验表明，一些物质虽然不是像铁或钢那样被电流永久磁化，但当它们受到这种影响时，至少可以被暂时磁化。”

在这里，德雷夫没有明确指出一个电流感应另一个电流。安培在这方面清楚地说明了比德尔河。他说:“这个实验无疑证明了感应可以产生电流，除非我们怀疑在产生电流的铜环中混入了少量的铁。”

然而，他们都没有意识到这个实验的重要性。事实上，安培在他的报告中得出了这样一个令人惊讶的结论:“这种感应能够产生电流的事实，尽管它本身很有趣，但与电动力作用的一般理论无关。”这份报告的结论为我们理解安培对他自己的实验发现的理解和态度提供了基础。

图3安培对磁性的解释

当时，法拉第和其他研究人员热切期待并试图探索电磁感应效应。安培应该公布他的发现，但是安培没有这样做。那么，为什么安培没有利用这个发现来获得他显然渴望的不朽的声誉呢？在这一点上，各种意见不一。3(罗斯把这个原因归因于德雷福斯的年轻和缺乏经验，所以他在描述实验时没有强调感应电流。另一方面，安培疏忽了没有探索他的发现到底。布隆德尔只是认为安培没有考虑1822年的实验结果，因为他坚持分子电流理论。霍夫曼解释说，安培对感应的发现被他同时“发现”同一导体上电流元素之间的相互排斥所掩盖，使得安培忽略了感应。

事实上，布兰德的陈述基本上是正确的，但是很难理解，因为她没有指出安培操作背后的原因。

1821年9月，法拉第发现带电的电线可以绕着磁铁旋转。不久之后，他创造了著名的电磁旋转器，并发表了一篇批评安培理论的论文。安培不能对新发现和法拉第的批评无动于衷，因为两者似乎都触及了他新理论的基础。这时，分子电流理论对安培来说变得极其重要，所以他决不能放弃它。这导致了他对电磁感应发现的极度蔑视。事实上，当德莱夫阅读安培对实验的描述时，安培在日内瓦，他能够进行校正，但他没有这样做。然而，他对发表在《化学年鉴》上的德雷夫的文章做了一些改动，但他没有改变对归纳的描述。这些事实为我们研究安培当时如何理解和对待感应实验提供了重要线索。

当时，为了保护他的分子电流理论，安培想拒绝同轴电流理论。因此，他还试图将实验中感应产生的同轴电流解释为分子电流。罗斯引用了安培确实拒绝同轴电流理论的证据。安培的指导思想仍然可以在他1825年10月写给约翰·赫歇尔的信中看到。在信中，安培仍然解释他的实验为:在铜环的分子周围感应出电流。其中有一个关键段落，引用如下:

“我想和你谈谈你和巴贝奇先生做的一个美丽的实验，这个实验是关于阿拉戈发现磁铁和金属板沿垂直轴振动或旋转时会产生的那种效果。

“这些现象是由电流或磁铁对小电流的作用引起的。对于第一种情况，这个小电流是由酸的接触引起的，而对于第二种情况，它是由磁铁的感应引起的。这是基于我1822年在日内瓦的实验结果，当时由德雷福斯发表。我经常后悔没有时间写这个问题。”

在本文的前一部分，安踏还描述了电流如何“产生非常小的闭合平面电流”，并且这种小电流具有这样的行为，即这种电流组合可以取代永磁体。这里，虽然安培没有说这些电流是分子电流，但很明显，这些电流与分子电流的大小相同。这表明安培显然仍然持有与1821年相同的思想。1822年的实验向他证明了电流是感应的，但它们与铜环不共轴。因此，安培不想确定电流的方向，他根本不在乎。

图4空心磁体和螺线管的安培解释

安培未能发现电磁感应是因为安培过于重视他的分子电流理论，电磁感应只是他最不想发现的东西。如果他承认他在实验中产生的同轴电流，这将使他宝贵的理论化为乌有。因此，他做了他必须做的事。他把他用来在同轴电流和分子电流之间进行选择的实验(完成于1821年)变成了一个毫无意义的练习。他在1822年的实验结论表明，无论他观察到什么，他都会坚持将其解释为分子流，或者至少是分子流存在的证据。他完全被他的理论束缚住了。

结束

1822年夏天，安培的实验完成后不久，法拉第就知道了。他在给德拉河之父加斯帕德·德拉里夫的一封信中说:“我认为你提到的安培实验非常重要，尤其是在一个只与伏打电流相邻但不与之相连的铜片上……”5这表明法拉第已经得出结论，产生感应电流所需要的只是一个载流导体和另一个相邻导体。由于这个实验很容易重复，可以相信法拉第一听到德雷福斯的消息就会马上进行实验。他在1925年11月尝试了这个实验，但是没有发现效果。他在20世纪20年代的日记相对粗糙，所以这个实验的记录可能不会被保存。有趣的是，他在第一集“电学实验研究”6中做的是另一种实验。他没有使用铜箔环，而是使用了铜板。正如门多萨指出的，由于圆盘的大惯性矩，安培的效应没有被观察到。

法拉第怎么会犯这样的错误？这似乎与德雷福斯对实验的模糊描述有关。德雷福斯谈到了“一片铜片”(法语)，并将其翻译成英语为“一片铜片”，意思是铜片。尽管安培自己的叙述在法拉第去世前并未出版，但他的朋友德蒙费兰德出版了一本介绍安培观点的书。安培认为这是对他的理论的极好总结，并把它送给法拉第。在这本书里，提到了“铜圈”。詹姆斯·卡明斯把这本书翻译成英语时重复了这个术语。这两本书都有示意图，如图5所示。德·门弗兰的照片看起来有点像弯曲成圆形的电线，尽管它很容易与圆盘混淆。卡明斯的照片看起来像一个圆盘。难怪法拉第被引入歧途。

德明沃伦之戒，胭脂红碟

在图5的文件中，铜环(左)被误认为是铜板(右)

最后，我们可以用一个有趣的猜想来结束整篇文章。如果安培暂时把他的理论放在一边，并准确地公布他1822年在日内瓦做的所有实验，法拉第肯定会重复这个实验，并以他的实验天赋，立即探索用电流产生感应电流的必要条件，原始电流和感应电流的方向，以及所有其他类似于他在1831年独立的电磁感应发现中得出的结论。这样，电磁感应可能会在几年前被发现，安培也将被尊为“最早的发现者”，而不要求在1832年分享这一荣誉。这里的人们可能会学到重要的教训。