法拉第与物理学_物理学家法拉第

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物理学家们各个都在暗悔自己的粗心大意，下一个目标却是再也不能放过了，电流可以产生磁，那么磁怎样才能产生电呢？但这个问题一搁置又是十年，直到英国的大物理学家法拉第发现了电磁感应现象。

法拉第(Michael Faraday,1791～1867年)，英国家、化学家。1791年9月22日生于伦敦。父亲是铁匠，母亲识字不多，法拉第从小生长在贫苦的家庭中，不可能受到较多的教育。9岁时，父亲去世了。

法拉第的崛起才真正算得上是一个奇迹。这位从小生长在伦敦郊外贫民窟里的孩子，一生所受到的正规教育不过才两年。连他自己都认为一生的最大出息也不过是一个出色的手艺工人而已，可是当时万业萧条，连靠手艺吃饭都成梦想，不得已法拉第浪迹伦敦，什么样的粗活重活都干过，包括打铁，喂马，送报，烤面包等等，最后的一份工作总算是固定下来了，帮人装订书报。

可是法拉第也算是不世奇才，那个印刷厂出版的多是科技图书，他在装订的间隙闲极无聊，干脆读一些装订的书页为乐，开始他连字都认不全，但后来居然对其中的电和磁之类的东西大感兴趣。下工之后，他经常在工友中宣讲自己对电磁学的理解，人人都听得昏昏欲睡，唯独他意兴盎然，最后一位老工人劝他道：“你和我们这些粗人有什么可说的呢，应该去找那些吃白面包的人呀。”

那些吃白面包的人都是上层人士，自己奈何能见到他们？再三思量之下，法拉第决定把自己的一些见解写信寄给当时皇家学会会员戴维先生。戴维乃是英国当时首屈一指的大化学家，28岁那年便自创电化学一门学科，并发现了钠，钾等诸多金属元素，当时英法两国打得天昏地暗，拿破仑还是力排众议，授予他皇家勋章。法拉第对他景仰已久，经常旷工跑去听他做的报告。有一次，法拉第去听著名科学家戴维的讲座，他认真地记笔记，并把它装成精美的书册。然后把这本笔记本和一封毛遂自荐的信于1812年圣诞节前夕，一起寄给戴维。

法拉第本没抱多大希望，谁知不久竟然受到了戴维的亲笔回信。原来戴维看到法拉第的信后，心想此人的见解倒也颇具灵性，看来也是一位可造之才，一见面之后却不免微微皱头，来者衣衫不整，肢手粗大，全无想象中儒雅的绅士风范，稍询片刻，便知法拉第根本没受什么教育，业余自学的东西倒是不少，但都杂而未纯，不成章法，尤其数学知识几乎是零。

但戴维心肠甚软，不忍拂他一片热忱求学之意，又见他反应灵敏，手脚麻利，便接纳他为自己的助手。法拉第在实验室工作半年后，随戴维去欧洲旅行。对法拉第来说，这次旅行相当于上了“社会大学”，他结识了许多科学家，如盖·吕萨克、安培等，还学到许多科学知识，大开眼界。法拉第回国后，发挥出惊人的才干，不断取得成果。自此法拉第一步登天，步入了科学的殿堂。

法拉第得知奥斯特和安培的进展之后，就把目标锁定在磁如何生电的问题上。十年之间他不知做了多少实验，跟着戴维拜会了多少名家，都没有取得丝毫进展，但法拉第却并不气馁。

最后一次他选定的方案是把磁铁插入绕制的线圈之中，然后观察电流计中的计数。当时的仪器很是庞大，每次法拉第把磁铁插入线圈之后，都须得跑到另外一个放电流计的屋

子去读数，结果每每都失望而回。

突然法拉第灵感忽现，莫不是在磁棒插入的一瞬间才有电流产生？他向来心思极是周全，但于这一节却倒是从未想过，心念一动，叫来同事帮忙，在另一个房间里他果然看到了指针的偏转，登时目瞪口呆，兴奋得连欢呼都忘了。

电磁感应定律发现又一次轰动了欧洲，法拉第也一朝成名。1821年9月3日，法拉第重做了奥斯特的实验，他用小针放在放在载流铜导线周围的不同位置，发现小磁针有沿着环绕以导线为轴的圆周旋转的倾向。根据这一现象，法拉第设计制作了一种“电磁旋转器”，让载有电流的导线在一个马蹄形磁铁的磁场中转动，这就是科学史上最早的一台电动机

1831年8月，法拉第用一个1/8英寸厚、外径6英寸的软铁圆环，绕有两股约缘线圈A和B，B的两端用一条导线连成一个闭合回路，导线下面平行放置一根磁针。A和一组电池组、一个开关连接成另一个闭合回路。法拉第发现，在合上开关有电流通过线圈A的瞬间，磁针偏转；断开开关切断电流的瞬间，磁针也偏转。但是法拉第并不满足，立即提出了两个十分深刻的问题。第一，上述实验中是否一定要用软铁磁环，没有行不行？第二，线圈A是否可以不要，改用磁棒代替？10月17日法拉第做了一个现在人们熟知的，他用一个接有电流计、线圈的闭合回路，把一根永久磁棒迅速插入线圈或迅速拔出，都可以发现电流计指针偏转。法拉第在11月24日，向英国伦敦皇家学会报告了他的重大发现，归纳出产生感应电流的五种情况：

一、变化着的电流；

二、变化着的磁；

三、运动的稳恒电流；

四、运动的磁铁；

五、在磁场中运动的导线。法拉第在报告中，把他所观察的现象正式定名叫“电磁感应”。

1851年在《论磁力线》一书中正式提出电磁感应定律：“形成电流的力和所切割的磁力线根数成正比”。

在发现电磁感应现象以后，法拉第设计了圆盘发电机实验把一个铜盘放在一个大的马蹄形磁铁的两极中间，铜盘的轴和边缘各引出一根导线，同电流计相连，构成闭合回路。当铜盘旋转的时候，电流计指示出回路中有电流产生。这就是发电机的雏形。

法拉第的又一个重要成果，是提出了场的概念和力线的图象。他反对电、磁之间超距作用的说法，设想带电体、磁体或电流周围空间存在一种从电或磁激发出来的物质，它们无所不在，是一种象以太那样的连续介质，起到传递电力、磁力的媒介作用。他把这些物质称做电场、磁场。法拉第还凭借着惊人的想象力，和流体力学中的流场类比，提出电场和磁场是由力的线和力的管子组成的，正是这些力线、力管，把不同的电荷、磁体或电流连接在一起。1852年，他用铁粉显示出磁棒周围磁力线的形状。

1832年，法拉第还用极深邃的物理洞察力对光和电的关系作出了研究。他给英国伦敦皇家学会写了一封密封信，信上写着：“现在应当收藏在皇家学会的档案馆里的一些新的观点。”这封信在档案馆里躺了一百多年，直到1938年才为后人重新发现，启了封。法拉第在信中预言了磁感应和电感应的传播，暗示了电磁波存在的可能性，还预言了光可能是一种电磁振动的传播。他还发现了光的偏振面在磁场中旋转的旋光效应。

但法拉第在科学上的贡献远远不止这些，他师从戴维，在电化学领域发现了电解第一，第二定律。在实验方面19世纪的物理学家中却没有一个及得上他，是法拉第首先证实

了电荷守恒，研究了光的偏振面在强磁场中的旋转，揭示了抗磁性和顺磁性，在化学上也是硕果累累，他制造出包括苯，丁烯在内无数的有机物，成功地液化了二氧化碳，氯气，二氧化硫等气体，接连不断地创出新的低温记录。

但所有这一切比起他提出的场的观念，都不免黯然失色了。法拉第的数学基础不好，这是不争的事实。当时的物理学家各个都擅长用复杂的数学公式来表达物理思想，法拉第就经常合不上拍，但他也有自己的一套办法，用图解的方法表示出电磁场的分布。法拉第称之为力线，并在讲演中经常使用，开始大家都不免窃窃私笑，但没有人料到，这些力线实在是牛顿时代以来物理基础理论的一次最重要的变革。

在此以前人们的潜意识中都持有的是超距作用的观点，即物质之间相互作用的传递根本是不需要时间的，力本身就是物质的属性，至于它怎样产生是无法说明的。

这本来是牛顿的一家之言，只是牛顿威名过胜，后来人们一直便当天经地义一般。而法拉第画出的力线则隐然包含了物质之间的作用力乃是通过场来传播的，场虽然看不见，摸不着，但却实实在在的是一种物质，这不但为迈克斯韦的电磁场理论奠定了基础，而且对整个二十世纪的物理学影响极深。

法拉第曾著有《电学的实验研究》一书，由于书中公式寥寥，在当时抱有数学至上观点的物理学界中反应平平，但法拉第毕生的思想精髓汇聚于内，详细记述了他做过的实验，总结出带有规律性的成果，是一部珍贵的科学文献。后世得益于此书的有两个大大有名的人物，其一便是大发明家爱迪生，他年青时在波士顿的旧书摊上买得一本，虽然页数不全，却也是收益匪浅。晚年的爱迪生腰缠万贯，回忆起来仍认为当年买下法拉第的书实是一生中最得意的一笔投资。