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Ampère fiel schon früh als wissbegieriger Knabe und durch sein gutes Gedächtnis auf. Er wandte sich zunächst der Botanik, der Metaphysik und der Psychologie zu, ehe er Mathematik und Physik studierte. Danach wurde er Professor für Mathematik an der Pariser École Polytechnique und Professor der Physik im Collège de France. Im Jahre 1808 wurde er auch Generalinspektor der Universität und lehrte außerdem Philosophie an der Historisch-Philosophischen Fakultät.
Im Frühherbst 1820 wurde Ampère durch Dominique Francois Jean Arago auf die Versuche Hans Christian Ørsteds zur Ablenkung einer Magnetnadel durch den elektrischen Strom aufmerksam. Ampère erkannte, dass die fließende Elektrizität die eigentliche Ursache des Magnetismus ist. Vom 18. September bis zum 2. November 1820 konnte er in aufeinander folgenden Versuchen nachweisen, dass zwei stromdurchflossene Leiter eine Anziehungskraft aufeinander ausüben, wenn in beiden Leitern die Stromrichtung gleich ist, und dass sie eine Abstoßungskraft aufeinander ausüben, wenn die Stromrichtung entgegengesetzt ist. Bei der mathematischen Behandlung dieser Phänomene nahm er sich das Gravitationsgesetz (als Punkt-Kraft-Gesetz) von Isaac Newton zum Vorbild. Da der Strom jedoch als gerichtete Größe behandelt werden muss und die Stromstärke die Zeit als neue Größe enthält, hat das Ampèresche Modell nur eine beschränkte Gültigkeit.
Ampère erklärte den Begriff der elektrischen Spannung und des elektrischen Stromes und setzte die Stromrichtung fest.
Neben der Begründung der Elektrodynamik erfand Ampère das Prinzip der elektrischen Telegraphie, erstmals angewandt von Carl Friedrich Gauß und Wilhelm Weber in Göttingen.
Ampère glaubte, dass das Magnetfeld der Erde durch starke elektrische Ströme ausgelöst wird, die in der Erdrinde von Osten nach Westen fließen.
Zu seinen Ehren ist die SI-Einheit des elektrischen Stromes mit "Ampere" (Einheitenzeichen A) benannt worden.