奥斯特早在读大学时就深受康德哲学思想的影响，认为各种自然力都来自同一根源，可以相互转化。他一直坚信电和磁之间一定有某种关系，电一定可以转化为磁。
自从库仑提出电和磁有本质上的区别以来，很少有人会再去考虑它们之间的联系。奥斯特仔细地审查了库仑的论断，发现库仑研究的对象全是静电和静磁，确实不可能转化。他猜测，非静电、非静磁可能是转化的条件，应该把注意力集中到电流和磁体有没有相互作用的课题上去。
1819年上半年到1820年下半年，奥斯特一边担任电、磁学讲座的主讲，一边继续研究电、磁关系。1820年4月，在一次讲演快结束的时候，奥斯特抱着试试看的心情又做了一次实验。他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方，接通电源的瞬间，发现磁针跳动了一下。这一跳，使有心的奥斯特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。但是因为偏转角度很小，而且不很规则，这一跳并没有引起听众注意。之后，奥斯特花了三个月，做了许多次实验，发现磁针在电流周围都会偏转。在导线的上方和导线的下方，磁针偏转方向相反。在导体和磁针之间放置非磁性物质，比如木头、玻璃、水、松香等，不会影响磁针的偏转。
1820年8月21日，奥斯特写成《论磁针的电流撞击实验》的论文，这篇仅用了4页纸的论文，是一篇极其简洁的实验报告。实验总结出：电流的作用仅存在于载流导线的周围；沿着螺纹方向垂直于导线；电流对磁针的作用可以穿过各种不同的介质；作用的强弱决定于介质，也决定于导线到磁针的距离和电流的强弱；铜和其他一些材料做的针不受电流作用；通电的环形导体相当于一个磁针，具有两个磁极等等。正式向学术界宣告发现了电流的磁效应。[2]
图1.2.1 奥斯特在做实验
表1.2.1 分层学习要求
奥斯特的发现
做一做
将一根直导线沿南北方向平行放在静止的小磁针（灵活转动）的上方，给导线通电、断电，如图1.2.2所示，观察小磁针的偏转情况。再改变电流的方向，观察小磁针的偏转情况。
图1.2.2 通电导线与小磁针
1.导线通电时间有什么要求？
2.为什么直导线一定要沿南北方向和小磁针平行放置？
电流的磁效应
以上实验过程，就是著名的奥斯特实验。
我们向经典致敬，用实验进行探究，获取真知。
如图1.2.3（a）所示，电路接通时，通电导线周围产生了磁场，小磁针在电流产生的磁场中受到力的作用而偏转。图（b），断电情况下，小磁针不转动。图（c），改变电流方向，小磁针的转动方向也发生改变。
图1.2.3 电流的磁效应实验现象
通过以上实验，我们可以知道：电流周围存在磁场，磁场方向跟电流的方向有关。
奥斯特发现的电流磁效应，是科学史上的重大发现，它立即引起了那些懂得它的重要性和价值的人们的注意。在这一重大发现之后，一系列的新发现接连出现。两个月后安培发现了电流间的相互作用，阿拉果制成了第一个电磁铁，施魏格发明电流计等。安培曾写道：“奥斯特先生，已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了。”
3.奥斯特实验说明了什么？
电流的磁场
电流周围产生的磁场分布有什么特点呢？
我们可以通过以下方式去探究。让通电导线竖直穿过一块撒有铁屑的水平塑料板，就可以清晰地显示出通电导线周围磁场的分布情况。观察发现，当导线通过电流时，塑料板上的铁屑将环绕这根导线形成一个个同心圆，如图1.2.4所示。这些同心环线表明，通电导线周围的磁感线是闭合的，与一般磁体的磁感线情况是一样的。
图1.2.4 通电导线周围的磁感线
如果塑料板上不撒铁屑，而是摆放一些小磁针，看到的情况又会如图1.2.5所示，小磁针的N极指向就显示了磁场的方向。如果将导线中的电流反向，小磁针的N极指向也反向，说明磁场也反向了。
图1.2.5 通电直导线周围的磁场
法国科学家安培（André-Marie Ampère，1775—1836年），通过大量实验，研究了磁场方向与电流方向之间的关系，并总结出安培定则，也叫做右手螺旋定则：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向，即磁场的方向。如果我们研究通电直导线磁场方向的剖面图和俯视图，则如图1.2.6所示：
图1.2.6 安培定则一
4.电流周围的磁场有什么分布特点？
5.安培定则一中，四指的指向是什么？大拇指的指向是什么？
当环形导线中通电流时，电流周围产生的磁场分布如图1.2.7所示。
图1.2.7 环形导线周围的磁场
如果将一条长长的金属导线在一个空心筒上沿一个方向缠绕起来，形成的物体我们称为螺线管。在螺线管穿过的玻璃板上均匀地撒满铁屑，通电后轻敲玻璃板，观察铁屑的排列情况。改变电流方向，再观察一次。如图1.2.8所示。
6.摆放小磁针和铁屑的区别是什么？(www.xing528.com)
图1.2.8 通电螺线管周围的磁场
结合通电导线周围磁场的分布特点我们也可以做出如下分析。通电以后，螺线管的每一匝都会产生磁场，磁场的方向如图1.2.9（a）中的圆形箭头所示。那么在相邻的两匝之间的位置，由于磁场方向相反，总的磁场相抵消；而在螺线管内部和外部，每一匝线圈产生的磁场互相叠加起来，最终形成了图1.2.9（b）所示的磁场形状。
可以看出，在螺线管外部的磁场形状和一块条形磁铁产生的磁场形状是类似的。而螺线管内部的磁场刚好与外部的磁场组成闭合的磁感线。在图1.2.9（c）中，螺线管表示成了上下两排圆，好像是把螺线管从中间切开来。上面的一排圆中有叉是表示电流方向垂直指内侧；下面的一排圆中有一个黑点，表示电流方向垂直流向外侧。
7.通电螺线管周围的磁场分布有什么特点？
图1.2.9 螺线管磁场方向
8.螺线管内外部磁场有什么联系？
为了便于记忆，法国科学家安培总结出判断通电螺线管的磁极性跟电流方向的关系的方法——安培定则二：用右手握住通电螺线管，让四指弯向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那一端就是螺线管的N极。如图1.2.10所示。
图1.2.10 安培定则二
9.在安培定则二中，四指和大拇指分别指向什么？
自我评价
1.通电螺线管的磁感线分布与____磁体相似。磁感线从螺线管的一端出来，从另一端进去，经过螺线管内部空间形成闭合曲线。在螺线管磁感线的出端一定是____极，入端一定是____极。
2.如图1.2.11所示，蚂蚁和猴子分别用两种行动的语言来描述通电螺线管的电流方向与N极位置关系。
图1.2.11
（1）图（a）：蚂蚁沿着电流方向绕螺线管向上爬行，它说：“N极就在我的____（选填‘左’或‘右’）边。”
（2）图（b）：猴子用右手把一个螺线管夹在腋下，它说：“如果电流沿着我右臂所指的方向，N极就在我的____（选填‘前’或‘后’）方。”
3．如图1.2.12中，框内条形磁铁的磁性减弱了，如果给你足够长的导线和电源你能用电流来使它的磁性增强吗？在方框内画图表示。
4．如图1.2.13电源左右两端的括号中用“+”“-”标出电源的正负极。
图1.2.12
图1.2.13
正在消失的地磁场
科学家发现，现在地球的磁场似乎处于不断变弱的情况。欧洲航天局的数据也表明在过去的200年里，地球的磁场已经降低了 9%，尤其是非洲与南美洲之间的南大西洋的强度削弱得更加明显，达到了历史新低。图1.2.14是地磁场模拟图。
图1.2.14 地磁场
地球磁场
可以把地球的磁场类比成一个条形磁铁，这个磁铁的方向比地球的自转轴倾斜了11度，与中心偏离550公里，磁铁两极的磁性最强，两极中点的强度则是两极的一半。通常会采用磁感线将它进行可视化，从一极出发形成弧形进入另一极。
那么它究竟是如何产生的呢？现在普遍认为，地球内核的熔融金属芯中产生的循环电流可能是磁场的起源，在地球表面测得的磁力强度大概在0.3～0.6高斯。
然而，并不是含有铁芯就能够产生磁场，金星与地球的内核的铁芯成分相似，如图1.2.15所示，但却没有检测到磁场的存在，又是怎么一回事呢？
图1.2.15 地球内核
地球磁场的出现很可能取决于液态金属铁的旋转，旋转导体就像一个发电机一样，于是产生了磁场。金属液态的对流驱动着流体向外核流动，循环方向与地球旋转方向相对。也就是说若是通过摩擦等方式产生电荷，那么产生的电流环路就得以维持地球的磁场了。但它的运动方向并不是一成不变的，在过去的8100万年间，已经发现了181次磁极反转的情况。
此外，地球内部的磁极也不断地发生着变化，比如南部的磁极就不断移动着，科学家需要持续地对它进行追踪。
地球磁场的作用
地球磁场最重要的功能就是屏障的作用。首先，防止外物入侵，屏障挡住了大多数的太阳粒子和宇宙射线，比如高水平紫外线的直射。其次，它保护了星球的大气免于被太阳风吹走。此外，它还是我们制定导航系统的基础，为我们的卫星提供了电网支持。
失去磁场的地球会成什么样？
如果我们在突然间失去磁场，不一定代表着末日就来了。但是大量带电的太阳离子将会袭击我们的星球，我们的电网和卫星将整体瘫痪，人类也会直接暴露在高水平的紫外线辐射当中。
但我们需要明确的是，它可能会逐渐变弱，但是并不会在一瞬间突然消失，因为它源于星球内核的动力，等待它的消失可能要几十亿年。[3]
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