從奧斯特發現電生磁、安培研究電流間的磁力、
施魏格利用多圈導線增強磁效應，到斯特金製造實用電磁鐵的歷程。
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十九世紀初，科學家逐漸發現電與磁之間存在密切關係。
其中，奧斯特、安培、施魏格與斯特金四人的研究，
呈現了電磁學從
發現物理現象、研究作用規律、增強磁效應，到製造實用裝置的早期發展歷程。
一、奧斯特：發現電生磁（1820年）
1820年，
丹麥物理學家漢斯・奧斯特（Hans Christian Ørsted，1777–1851） 發現，
當電流通過導線時，附近的磁針會發生偏轉。
他進一步實驗發現，改變電流方向，磁針的偏轉方向也會改變。
這項發現證明，電流能夠產生磁場，也就是後來所說的「電生磁」。
在此之前，電與磁通常被視為兩種不同的物理現象。
奧斯特的實驗清楚揭示了兩者之間的關聯，成為現代電磁學發展的重要起點。（註1）
二、安培：研究電流之間的磁力（1820年起）
奧斯特的發現公布後，
法國物理學家安德烈・安培（André-Marie Ampère，1775–1836）
進一步研究電流與磁力的關係。
他提出一個重要問題：
既然電流能影響磁針，那麼兩條通電導線之間，是否也會互相影響？
透過實驗，他發現：
- 同方向電流：兩條平行導線互相吸引。
- 反方向電流：兩條平行導線互相排斥。
此外，他也研究通電線圈的磁性作用，以及利用電流使金屬磁化的方法。（註2）
因此，安培的貢獻不只是發現新的現象，
更在於透過實驗與數學分析，建立電流磁作用的理論基礎。
今天電流的國際單位「安培」（Ampere，A），就是以他的名字命名。
三、施魏格：利用多圈導線增強磁效應（1820年）
1820年，
德國科學家約翰・施魏格（Johann Salomo Christoph Schweigger，1779–1857），
在奧斯特發現電生磁之後，進一步研究如何增強電流對磁針的作用。
他發現，將導線繞成多圈，圍繞磁針，可以讓磁針產生更明顯的偏轉。
這個裝置稱為電磁倍增器（Galvanic Multiplier），
成為早期靈敏電流測量儀器的重要基礎。（註3）
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| 示意圖 |
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| 真實設計圖 |
這個設計的關鍵在於：
每一圈通電導線都會產生磁場。將導線繞成多圈，
便能讓各圈磁場相互增強，產生更明顯的磁效應。
不過，施魏格的主要目的是增強電流對磁針的作用，
並不是製造用來吸引鐵製物體的實用電磁鐵。
這項技術的工程應用，後來隨著電磁鐵的發展而進一步擴展。
四、斯特金：製造早期實用電磁鐵（1825年）
1825年，
英國發明家威廉・斯特金（William Sturgeon，1783–1850），
利用電生磁的原理，製造出早期具有實用價值的電磁鐵（Electromagnet）。
他的做法是將軟鐵彎成馬蹄形，在鐵芯表面塗上絕緣材料，再纏繞導線。
當電流通過導線時，產生的磁場使軟鐵芯磁化，增強磁力，讓裝置能夠吸引或吊起鐵製物體。
這種電磁鐵的重要特點，是能夠利用電流控制磁力：
- 通電時：軟鐵芯受到磁化，產生強烈磁性。
- 斷電後：軟鐵芯失去大部分磁性。
不過，斯特金並不是第一個發現通電線圈具有磁性的人。
早在1820年，
安培、阿拉戈等科學家就已經研究利用通電線圈使金屬磁化的方法；
施魏格也已利用多圈導線增強磁效應。
斯特金真正的突破，是將這些已知原理與軟鐵芯結合，
製造出早期具有實用價值的電磁鐵。（註4）
另一方面，馬蹄形磁鐵也不是斯特金發明的。
它的確切發明者與最早出現的年代，
目前尚無法確定，但至少在十八世紀中期就已經存在。
英國科學博物館收藏了一件製作於1750–1780年間的鋼製馬蹄形永久磁鐵，
可以作為歷史證據。
但目前無法確定哪一項才是它最初的發明目的。
馬蹄形的優點，在於使南北兩極靠近，便於集中利用兩極之間的磁場。（註5）
因此，斯特金並不是馬蹄形磁鐵或通電線圈的發明者，
而是將相關原理整合，製造出實用的電磁裝置。
早期電磁學的發展
|
人物 |
年份 |
核心貢獻 |
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奧斯特 |
1820 |
發現電生磁，證明電流能產生磁場 |
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安培 |
1820年起 |
研究電流之間的磁力，建立電動力學基礎 |
|
施魏格 |
1820 |
利用多圈導線增強磁效應 |
|
斯特金 |
1825 |
製造早期具有實用價值的電磁鐵 |
這段歷史說明了科學發展的一個重要過程：
從發現自然現象、研究物理規律，到改良實驗技術，最後將知識轉化成實用裝置。
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註1: American Physical Society — July 1820: Oersted & Electromagnetism
○ His results were mainly qualitative,
but the effect was clear – an electric current generates a magnetic force.
○ He tried various types of wires, and still found the compass needle deflected.
When he reversed the current, he found the needle deflected in the opposite direction.
[美國物理學會介紹奧斯特1820年的磁針偏轉實驗，
以及他在同年7月公布研究結果的歷史。
實驗顯示，通電導線可以影響附近磁針，改變電流方向也會改變磁針偏轉方向。]
註2:
1. NIST — Ampere: History
○ He found that if you put two wires parallel to each other and pass current through them,
the wires will either be attracted to each other or repulsed depending on
whether the currents flow in the same or opposite directions.
[美國國家標準暨技術研究院說明，安培受到奧斯特啟發，
發現兩條平行通電導線之間，會依電流方向產生吸引或排斥作用。]
2. A History of Physics — A. Cajori
○ (Page 240)
We must here premise that in 1820 Arago and Ampère magnetized steel needles
by placing them in a helix carrying an electric current.
[參見第十九世紀章節，Joseph Henry 的電磁鐵研究部分，
書中指出，1820年安培與阿拉戈已利用通電螺旋導線磁化鋼針，
早於斯特金1825年的實用電磁鐵。]
3. 維基: 安德烈-馬里·安培
○ In September 1820,
Ampère's friend and eventual eulogist François Arago showed
the members of the French Academy of Sciences the surprising discovery
by Danish physicist Hans Christian Ørsted
that a magnetic needle is deflected by an adjacent electric current.
Ampère began developing a mathematical and physical theory to understand
the relationship between electricity and magnetism....
He also applied mathematics in generalizing physical laws from these experimental results.
註3:
1. Smithsonian Institution — The Joseph Henry Papers Project
○ Schweigger, a few months later,
showed that if the wire was formed into a vertical coil of several turns around the compass,
the effect would be greatly increased.
[史密森尼學會指出，施魏格在奧斯特的單條導線實驗基礎上，
利用繞在磁針周圍的多圈導線，大幅增強電流對磁針的作用。]
2. Smithsonian Institution — The Earliest Electromagnetic Instruments
○ The earliest established date in the “multiplier” record is September 16, 1820,
when Schweigger read his first paper to the Natural Philosophy Society of Halle.
There seems to be no reason to doubt that
this report justifies the frequently used label “Schweigger’s multiplier.”
○ Of the three sets of instruments made, respectively,
by Schweigger, Poggendorf and Cumming
[史密森尼學會出版的電磁儀器史研究，
記載施魏格於1820年9月16日報告電磁倍增器的研究；
該文也討論了波根多夫、卡明等人在早期電磁倍增器發展中的貢獻。]
註4:
1. Smithsonian Institution — Electromagnetism
○ William Sturgeon, who in 1825 discovered that wrapping a wire
around an iron core enhanced the magnetic effect.
○ Sturgeon had used bare wire with a layer of insulating shellac on the iron.
[史密森尼學會指出，斯特金在1825年透過將導線纏繞於鐵芯，增強電流的磁效應。
他使用未絕緣導線，並在鐵芯表面塗絕緣漆；
後來約瑟夫・亨利進一步使用絕緣導線改良電磁鐵。]
2. Smithsonian Institution — Joseph Henry Presents His First Paper on Electromagnetism
○ Sturgeon's electromagnet requires only a modest galvanic battery to create significant power.
[史密森尼學會指出，斯特金製造的電磁鐵只需相對小型的電池，
就能產生可觀的磁力，使電磁學實驗更容易實際操作。]
註5:
1. Science Museum Group — Steel Horseshoe Magnet, Mid 18th Century
○ Steel horseshoe magnet, mid 18th century
○ Made: 1750–1780
○ Object Number: 1994-1276
[英國科學博物館收藏一件1750–1780年間製造的鋼製馬蹄形永久磁鐵，
館藏編號1994-1276，證明這種形狀的永久磁鐵早於斯特金1825年的電磁鐵。]
2. Magnetism: Embracing Electro-magnetism（1873）
○ (Page 2, PDF Page 13)
possesses several advantages, especially when used to confer magnetism on other pieces of steel.
[十九世紀磁學著作介紹馬蹄形永久磁鐵與組合式磁鐵，
並記載利用它們磁化其他鋼製物件的方法。
這可作為早期用途的佐證，但不能據此確定最初的發明目的。]
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參考資料:
1. 奧斯特的肖像連結
2. 安培的肖像連結
3. 施魏格的肖像連結
4. 施魏格的電磁倍增器設計圖連結
5. 斯特金的肖像連結
6. 英國科學博物館收藏的十八世紀馬蹄形磁鐵照片連結
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