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电磁感应现象

时间:2019-09-28    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

电磁感应现象

  

1820 年,丹麦著名物理学家奥斯特发现了电流的磁效应,揭开了研究电

磁本质联系的序幕,他的这个重大发现很快便传遍了欧洲,并被许多物理学

家所证实。因此,人们确信电流能够产生磁场。但反过来,磁能产生电吗?


许多物理学家很自然地提出了这个相反的问题,并开始对这个问题进行艰苦

的探索。其中,最有成效的是英国物理学家法拉第。

从 1821 年到 1831 年,法拉第整整耗费了 10 年时间,从设想到实验,漫

长的岁月,失败的痛苦,生活的艰辛,法拉第饱尝了各种辛酸,经过无数次

反复的研究实验,终于发现了电磁感应现象,于 1831 年确定了电磁感应的基

本定律,取得了磁感应生电的重大突破。

然而,法拉第在成绩面前毫不骄傲,继续大踏步地勇往直前,继续探索

科学的奥秘,取得了累累硕果;发现了电解定律和电荷的不连续性;最早进

行电介质的性质和气体放电形式的研究,发现了顺磁性和抗磁性,磁的各向

异性;他发现了光偏振面在磁场中的转动;把基本物理概念之一——磁场概

念引入科学;创立了用低温与高压相结合的方法使气体液化的工艺;发明了

电压电流表、电动机、直流发电机、变压器等等。俄国著名物理学家斯托列

托夫赞誉道:“在伽利略之后,人类再没有看到像法拉第那样能作出如此惊

人和多样发现的人,也未必能很快看到另一个法拉第。”伟大的恩格斯也给

予法拉第很高的评价,称他是“最伟大的电学家。”

法拉第的科学造诣,已经达到了绝大多数人认为的世界科学成就的最高

峰。英国皇家学院院长廷德尔教授特地请法拉第担任英国皇家学会会长的职

务。可是,这位“当代最优秀的科学家”,却拒绝了这个荣誉职位。法拉第

说:“廷德尔,我决心一辈子当一个平凡的迈克尔・法拉第。”

这句话充分地概括了法拉第一生中不平凡的人格,同时,他的出身确确

实实是平凡到了极点。

1791 年 9 月 22 日,法拉第出生在英国伦敦郊区的一个普通的铁匠家庭。

父亲由于劳累成疾,经常停工,所以家境贫寒,全家的生活常常靠慈善机构

的救济来勉强维持,有时甚至一个星期,法拉第只能吃到一个面包。法拉第

后来回忆说:他的重年是在饥饿和寒冷中度过的。所以法拉第一生中几乎没

有受过什么正规的学校教育。

由于家境贫困,法拉第很小就开始自己谋生。12 岁时,法拉第在离家不

远的一个书店里当送报童,既要到外面送取报纸,又要在店里打杂,工作十

分繁重。礼拜天也不例外。法拉第必须天亮以前就起床,才能来得及分送好

报刊,待客户们看完后再及时地收回。顾客们都喜欢这位眼睛明亮、满头棕

色卷发的小伙子。书店老板见法拉第工作既勤快,又肯动脑筋,在一年的年

终时,破例提升他到店里的书籍装订处当一名“免费艺徒”,并兼管售书。

这份新的工作,对法拉第来说,犹如上帝送给他的圣诞礼物。现在,法

拉第总算有了机会,不但可以看到书刊的外壳,更令他兴奋的是可以熟悉书

刊的内容了。法拉第很快就学会了装订书籍的手艺,而且装订得又快又好。

法拉第像富兰克林少年时期一样,完全靠顽强的刻苦自学,才获得丰富

的知识的。法拉第刻苦自学,阅读各种书籍。他常常一边装订书,一边翻阅

着书中的文章,并利用书店的废纸订成笔记本,摘录着各种资料。他几乎利

用了所有工余时间,拼命地读书。书店老板是个好心肠的人,对勤奋好学的

法拉第十分怜爱,他说:“读吧,法拉第,好好读吧!爱读什么就读什么。

订书匠只管书的外表,可是你知道了书里的内容,那也没有什么坏处。”

法拉第几乎把书店里装订好的新书都看遍了。书是人类知识的宝库,勤

奋读书便是开启知识宝库的金钥匙。法拉第在书店工作的 8 年间,始终坚持

不懈地刻苦读书,他的头脑就像一块巨大的海绵一样,尽情地在知识的海洋


中贪婪地吸吮着,为他日后从事科学研究打下了坚实的基础。法拉第后来在

回忆这段日子时说:“在当学徒的时候,我爱看手边的科学书,其中最爱读

的是玛西特夫人的《化学漫谈》和《大英百科全书》中的电学论文。我做了

一些花费得起的实验,每星期花上几个便士,还制成了一种电学机械,起初

用小玻璃瓶,后来就用真正的金属圆筒以及其他这类电学仪器。”

法拉第从开始学习就很重视科学实验,他平时省吃俭用,从微薄的收入

中节约出一点钱,购买了一些最简单的实验器材,对照书本一个一个地进行

实验。店老板看了法拉第的实验后称赞说:“这孩子真不寻常!”法拉第正

是通过这样孜孜不倦的学习和反复的实验,不仅了解了大量的科学知识,而

且训练了自己的实验技能,逐渐摸索到了科学的门径,靠自学掌握了有关电

和化学的基础理论。

1812 年初秋的一天,一位常来书店的皇家学会会员亚当斯先生知道法拉

第很喜欢化学和物理,便送给他 4 张皇家学院科学演讲会的入场券。主讲人

是皇家学会会长、皇家学院的化学教授戴维,他是电化学的创始人之一,他

主讲的内容是关于电学的研究。法拉第怀着极大的兴趣聆听了戴维的演讲,

并做了详尽细致的听讲记录。法拉第被深深打动了,他决心寻找自己的科学

之路。

法拉第对科学充满了憧憬,他写信给伦敦学会主席班克斯,希望能到皇

家学院去工作,但遭到了回绝。法拉第并不灰心。他把戴维教授的 4 次演讲

记录。经过精心整理,在有些地方,根据自己的理解加以发挥补充,还画了

许多插图,注明戴维教授做的一些示范实验,并把这份听讲记录装订成册,

在书脊上烫上金字。然后,法拉第把这本自己精雕细刻的《享・戴维爵士演

讲录》寄给戴维教授、同时附了一封言辞恳切的求职信。

法拉第在信中诉说了自己贫困的身世,以及对科学的向往,他迫切渴望

能得到一个可以接触科学技术的职位,只要能参与为人类造福的科学事业,

不论待遇怎么低,他都十分乐意。

1812 年 12 月 25 日,戴维收到了书和信。开始,他感到很奇怪,自己从

未出版过什么演讲录,哪里出的这本书呢?他真没有想到,自己的 4 次演讲

总共不过 4 个多小时,而这本演讲录竟有 380 页之多。所讲的都详尽地记录

在里面,还补充了许多没有讲的内容,这本书凝聚着整理者多少敬仰和心血

啊!读了法拉第的信后,戴维被这个年轻人的身世和热情深深感动了。从这

个陌生的年轻人身上,戴维着到了一种最宝贵的东西——对科学的热爱和献

身精神。

圣诞节前夕,戴维到皇家学院去,找到皇家学院理事佩皮斯先生,建议

录用这个有志向的年轻人到皇家学院来工作。佩皮斯说:“叫他来洗瓶子吧!

要是他还有点用,那他会来的,要是他不肯来干,那他就是个没用的人。”

当天晚上,戴维就给法拉第写了回信:“承蒙寄来大作,读后不胜愉快。它

展示了你巨大的热情,记忆力和专心致志的精神。最近我不得不离开伦敦,

到月底才能回来。我很乐意为你效劳。我希望这是我力所能及的事。”

1813 年 3 月 1 日,在戴维教授推荐下,法拉第的愿望终于实现了,他进

入了皇家学院的实验室,给戴维教授当助手,开始了他的科学创造生涯,在

皇家学院整整工作了 50 年。

法拉第埋头苦干,洗瓶子、擦桌子,拖地板,把实验室打扫得干干净净。

法拉第头脑灵敏,喜欢动脑筋分析问题,很快就熟悉了电化学实验室的一些


实验技术。为人谦虚的法拉第总是恭敬地向教授提出一些建议,深受戴维教

授的赏识,允许他参加自己的各项实验工作。不久,法拉第就可以独挡一面

地进行实验研究,并取得了一些成绩。没有几个月的时间,戴维已对法拉第

寄予完全的信任,邀请法拉第作他的“哲学助手”,陪伴他一同到欧洲各大

城市去讲学。戴维一生中有过许多重要的发现,但是,他后来却自豪地说:

“我一生中最伟大的发现,是法拉第。”

1813 年 10 月 13 日,法拉第有幸随同戴维教授到欧洲大陆各国访问和讲

学。对于一个铁匠的儿子,一个足迹从未越出伦敦地平线的 22 岁的年轻人来

说,这次欧洲之行,实在不亚于《爱丽丝奇遇记》一书中的女主角爱丽丝的

漫游奇境。法拉第在日记中写道:“今天早晨迎来了我一生的新时代。”

从 1813 年 10 月到 1815 年 3 月的一年半中,法拉第跟随导师先后到了法

国、意大利、德国、比利时、瑞士等地,这对于年轻的法拉第来说,是一次

极好的学习机会,使他开阔了眼界,接受了锻炼,有机会认识了当时许多知

名的科学家,如安培、盖—吕萨克、洪波尔特等,并参观了他们的实验室。

在日记中,法拉第记下了自己兴奋的心情:“夜间海上灿烂的波光”、“庄

严雄伟的群山”,“笼罩在雾鬓云鬟里的枫丹白露的森林”,“维苏威火山

的喷火口——那个喷出一串串的烟尘和一阵阵赤炽的石流的无底洞穴。”在

日记中,他还详细地记录了戴维在各地讲学的内容、实验过程,以及各国科

学家的实验方法,风格特长等。这次出访,对后来法拉第在电学和化学方面

取得重大成就,起了很大的作用。

回国后,法拉第立即投入了紧张的科研工作。当时皇家学院被公认为是

“最高深的科学研究和最佳、最专门化的科学讲演之家”。法拉第经常参加

皇家学院的讲习会,有时也充当一个临时性的讲师。他的一个朋友描绘了一

幅粗略,却颇为生动的法拉第立在讲坛上的画像:

“年轻人热情洋溢,满脸春风习习,

欢乐为其友,邪恶为其敌,

他衣冠修整,平凡而又恭谦。

为真理而耕耘,不为名利而卖力。”

当时,法拉第每星期的收入仅有 30 先令,但是他从不在乎名和利,全心

身地勤奋学习和工作,功夫不负有心人,1816 年,25 岁的法拉第在《科学季

刊》上发表了《多斯加尼本生石灰的分析》一文,这是他的第一篇化学论文。

随后两年中,法拉第先后发表了 17 篇化学分析方面的论文。其中一篇关于火

焰的论文,大胆地指出当时理论中存在的一些谬误,法拉第研究氯气和其他

气体凝结过程的成就引起了伦敦科学界的注意。法拉第终于靠刻苦自学,勤

勉工作成长为一名年轻有为的科学家。

这期间,法拉第爱上了一位年轻女郎——撒拉・巴纳德。尽管早年法拉

第曾经在笔记本上写过一段讽刺爱情的话:“什么是爱情?除当事人而外,

它是每一个人都讨厌的东西。”但是,现在法拉第完全不同了,他开始一个

劲地向撒拉表示爱慕之情,甚至惹起她的讨厌也在所不顾。撒拉・巴纳德在

法拉第给她的书面求婚书上写了几个字:“爱情使哲学家成了糊涂虫。”哲

学家用他献身科学的锲而不舍的精神,坚持自己的“糊涂举动”,丘比特的

爱情之箭终于射中了巴纳德小姐的芳心。1821 年,他们结为伉俪,虽然婚后

没有子女,但是两人恩爱无间,白头偕老。后来,法拉第非常满意地说:“结

婚比任何其他事件更强烈地促进了我的尘世的幸福和健全的思维能


力。……,除了变得更加亲密和炽热之外,再没有发生任何变化。”的确,

法拉第的妻子非常贤惠,在几乎长达半个世纪的时间里,撒拉无微不至地照

顾着法拉第,让她的丈夫毫无牵挂地在科学领域里自由翱翔。

1821 年,法拉第担任皇家学院实验室总监和代理实验室主任,后来被推

选为皇家学会会员,1825 年接替戴维任实验室主任。从 1821 年起,法拉第

开始进行电和磁的研究。1821 年 10 月 21 日,他发表了第一篇电磁学论文《论

某些新的电磁运动兼磁学理论》。法拉第根据自己做的大量实验,确信电和

磁就像铜币的图案和字样一样,是同一事物的两个方面,既然电流可以产生

磁,那么为什么磁不能产生电流呢?法拉第在日记中写下了一个崭新的研究

课题:“把磁转变成电”。

为了把这个闪光的设想变成现实,法拉第含辛茹苦,已经在实验室里度

过整整 10 个春秋了,做了成百上千次的实验,电池组已增加到 120 个电瓶,

这说明同最初的实验相比,电流量增大了 120 倍,做实验用的线圈,已不知

更换了多少。然而,实验仍未取得决定性的突破。面对一次次的失败,法拉

第毫不气馁,继续苦苦地探索着。

1831 年秋季的一天,和风吹过,天气已经开始转凉,法拉第还是穿着那

件旧外套,埋头在实验室里紧张地工作着。他复查了全部实验记录,逐件仔

细检查了实验器具,连一根小导线都不放过,并对设计思路和实验方法也进

行了全面的反省。法拉第慎重地开始了又一次实验。

法拉第用一根长为 220 英尺的铜丝绕在一个圆筒上,线圈的两端连着一

个电流计。当他用一根磁铁插入或抽出线圈时,电流计就会发生偏转;如果

磁铁在线圈中不动时,电流计就不动。于是他得出结论:只有磁铁在线圈中

运动时才能产生电流,他把这个发现称作电磁感应现象,这种电流叫作感应

电流。后来,法拉第又改变了实验方法,他把线圈放在磁铁的两极之间,当

线圈不断旋转时,线圈中就能产生持续不断的电流。这一重大发现,为制造

发电机奠定了基础。

法拉第整整耗费了 10 年的心血,终于在自己 40 岁时获得了成功,发现

了电磁感应现象,这是电学发展史上一个划时代的发现。然而,当法拉第向

皇家学会做报告时,竟有人用怀疑的口吻问他:这个发现究竟有什么用?法

拉第反问道:“新生婴儿有什么用?”回答得多么巧妙啊!新生婴儿具有强

大的生命力,电磁感应现象的发现则预示着人类将进入一个 崭新的电气时

代!

法拉第实现了“把磁转变为电”的理想后,并不满足,再接再励,提出

了一系列新的研究课题,接二连三地作出了许多新的重要的发现:他发现了

电解定律;发现了自感现象;发现了磁光效应;发现了物质的抗磁性等等。

法拉第成为近代电磁学的奠基人。

法拉第不仅在电磁学方面取得了杰出的成就,在化学方面也有很多重要

的贡献:他发现了两种新的氯化碳,创制了光学玻璃的新品种,研究了合金

钢的性能,还发现了苯,对有机化学的产生和发展起了很大的推动作用。

法拉第一生取得了如此辉煌的成就,但他从不倨功自傲。他在发现电磁

感应现象之后,写信给他的朋友菲利浦斯说:“我正再忙于研究电磁学。我

想,我捞到了一点好东西。可是没有把握,或许我花费了那么多劳动,捞到

的不是一条鱼,而是一团水草。”其实,何止是一条鱼,这不仅是 19 世纪最

伟大的发现之一,也是整个科学史上的最伟大发现之一。法拉第是多么的谦


虚,多么的谨慎啊!

和法拉第同时代的法国著名作家大仲马高度评价法拉第说:“我不知道

是否会有一位科学家,能够像法拉第那样,留下许多令人惬意的成就,当作

赠与后辈的遗产而不自满……,他的为人异常质朴,爱慕真理异常热烈;对

于各项成就,满怀敬意;别人有所发现,力表钦羡;自己有所得,却十分谦

逊;不依赖别人,一往直前的美德。所有这些融合起来,就使这位伟大的物

理学家的高尚人格,添上一种罕有的魅力。”

法拉第身上罕有的魅力,就是他一生致力于科学研究事业,从不贪图任

何荣誉。他先后辞掉了伦敦皇家学会会长和皇家研究院院长等职务;谢绝了

伦敦大学教授和其他大学欲授予他的名誉学位,也不肯接受要加封给他的爵

位。他成名之后,世界各国赠给他的各种学位头衔多达 94 个,他把所有的荣

誉证书和奖章都收藏起来,连最亲近的朋友都未见过。他对朋友说:“我从

来没有为追求这些荣誉而工作。”他喜爱科学研究工作胜于各种荣誉,他曾

说:“自然哲学家应当是这样一种人:他愿意倾听每一种意见,却下决心要

自己作出判断。他应当不被表面现象所迷惑,不对每一种假设有偏爱,不属

于任何学派,在学术上不盲从大师。他应该重事不重人。真理应当是他的首

要目标。如果有了这些品质,再加上勤勉,那么他确实可以有希望走进自然

的圣殿。”这正是法拉第一生为人类科学事业作出如此巨大贡献的真实写照。

  

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