电磁感应与法拉第的故事 篇一
在19世纪初,人们对电和磁的关系一直存在疑惑。直到1831年,英国科学家迈克尔·法拉第通过一系列的实验,揭示了电磁感应的奥秘,从而为电磁学的发展做出了重大贡献。
法拉第的实验是在一根铜管中穿过一根磁铁的情况下进行的。当通过铜管的磁场发生变化时,法拉第观察到铜管中出现了电流。这个现象被称为电磁感应,它表明当磁场发生变化时,会在导体中产生电流。
为了进一步验证电磁感应现象,法拉第进行了一系列实验。他发现,只有当磁场发生相对运动时,才会在导体中产生电流。这就是我们所熟知的电磁感应定律:当导体相对于磁场运动时,产生的感应电动势与导体的速度、磁感应强度以及导体的长度有关。
法拉第的实验结果为电磁学的发展提供了重要的理论基础。他的工作不仅为电磁感应现象提供了解释,还为电力产生和传输提供了理论依据。在他的实验基础上,人们发明了发电机和变压器等重要的电器设备,这些设备为人类社会的发展做出了巨大的贡献。
电磁感应现象不仅在实际生活中有着广泛的应用,还在科学研究中扮演着重要的角色。通过电磁感应,我们可以制造强大的电磁铁,用于制造电动机和发电机等设备。此外,电磁感应还被应用于无线电和通信技术中,使我们能够实现远距离的信息传输。
迈克尔·法拉第的发现不仅推动了电磁学的发展,也对人类社会的进步产生了深远的影响。他的故事告诉我们,科学家通过不懈的努力和实验,可以揭示自然界的奥秘,并为人类创造更美好的生活做出贡献。
电磁感应与法拉第的故事 篇二
19世纪初,电和磁的关系一直以来都是科学家们关注的问题。然而,直到1831年,英国科学家迈克尔·法拉第通过一系列的实验,揭示了电磁感应的奥秘,从而为电磁学的发展做出了重大贡献。
法拉第的实验是在一根铜管中穿过一根磁铁的情况下进行的。他观察到,当通过铜管的磁场发生变化时,铜管中会产生电流。这个现象被称为电磁感应,它表明当磁场发生变化时,会在导体中产生电流。
为了进一步验证电磁感应现象,法拉第进行了一系列实验。他发现,只有当磁场发生相对运动时,才会在导体中产生电流。这个发现被称为法拉第定律,它描述了电磁感应现象的基本规律。
法拉第的实验结果为电磁学的发展提供了重要的理论基础。他的工作不仅为电磁感应现象提供了解释,还为电力产生和传输提供了理论依据。在他的实验基础上,人们发明了发电机和变压器等重要的电器设备,这些设备为人类社会的发展做出了巨大的贡献。
电磁感应现象不仅在实际生活中有着广泛的应用,还在科学研究中扮演着重要的角色。通过电磁感应,我们可以制造强大的电磁铁,用于制造电动机和发电机等设备。此外,电磁感应还被应用于无线电和通信技术中,使我们能够实现远距离的信息传输。
迈克尔·法拉第的发现不仅推动了电磁学的发展,也对人类社会的进步产生了深远的影响。他的故事告诉我们,科学家通过不懈的努力和实验,可以揭示自然界的奥秘,并为人类创造更美好的生活做出贡献。
电磁感应与法拉第的故事 篇三
电磁感应与法拉第的故事
导语:历史上最有影响的人当然是说法不一,仁者见仁,智者见智,美国学者迈克尔·哈特进行的历史上最具影响力100人排名,他分别细心挑选一百个人物评功论过,排名定位,让我们一起来看看法拉第的故事。欢迎大家参考!
我们的时代是电气的时代,不过事实上我们有时称为航天时代,有时称为原子时代,但是不管航天旅行和原子武器的意义多么深远,它们对我们的日常生活相对来说起不了什么作用。然而我们却无时不在使用电器。事实上没有哪一项技术特征能象电的使用那样完全地渗入当代世界。
许多人对电都做出过贡献,查尔斯·奥古斯丁·库仑,亚历山得罗·伏特伯爵,汉斯·克里斯琴·奥斯特,安得烈·玛丽·安培等就在最重要的人物之列。但是比其他人都遥遥领先的是两位伟大的英国科学家迈克尔·法拉第和詹姆士·克拉克·麦克斯韦。虽然他俩在一定程度上互为补充,但却不是合作人。其中各自的贡献就足以使本人在本名册中排列在前。
迈克尔·法拉第1791年生于英国新英顿。他出生贫寒,主要靠自学成才。14岁时他跟一位装书兼卖书师傅当学徒,利用此机会博览群书。他在二十岁时听英国著名科学家汉弗利,戴维先生讲课,对此产生了浓厚的兴趣。他给戴维写信,终于得到了为戴维当助手的工作。法拉第在几年之内就做出了自己的重大发现。虽然他的数学基础不好,但是作为一名实验物理学家他是无与伦比的。
1821年法拉第完成了第一项重大的电发明。在这两年之前,奥斯特已发现如果电路中有电流通过,它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移。法拉第从中得到启发,认为假如磁铁固定,线圈就可能会运动。根据这种设想,他成功地发明了一种简单的装置。在装置内,只要有电流通过线路,线路就会绕着一块磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机,是第一台使用电流将物体运动的装置。虽然装置简陋,但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。
这是一项重大的突破。只是它的实际用途还非常有限,因为当时除了用简陋的电池以外别无其它方法发电。
人们知道静止的磁铁不会使附近的线路内产生电流。1831法拉第发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时,线路内就会有电流产生,这个效应叫电磁感应。一般认为法拉第的电磁感应定律是他的一项最伟大的贡献。
用两个理由足以说明这项发现可以载入史册。第一,法拉第定律对于从理论上认识电磁更为重要。第二,正如法拉第用他发明的第一台发电机(法拉第盘)所演示的那样,电磁感应可以用来产生连续电流。虽然给城镇和工厂供电的现代发电机比法拉第发明的电机要复杂得多,但是它们都是根据同样的电磁感应的原理制成的。
法拉第对化学也做出了贡献。他发明了使气体液化的方法,发现了多种化学物质,其中包括苯,更主要的是他在电化学方面(对电流所产生的化学效应的研究)所做出的贡献。经过多次精心试验,法拉第总结了两个电解定律,这两个定律均以他的名字命名,构成了电化学的基础。他将化学中的许多重要术语给予了通俗的名称,如阳极、阴极、电极、离子等。
是法拉第把磁力线和电力线的重要概念引入物理学,通过强调不是磁铁本身而是它们之间的“场”,为当代物理学中的许多进展开拓了道路,其中包括麦克斯韦方程。法拉第还发现如果有偏振光通过磁场,其偏振作用就会发生变化。这一发现具有特殊意义,首次表明了光与磁之间存在某种关系。
法拉第不仅聪明而且俊美。他是一位颇受欢迎的科学讲演家,然而他谦虚谨慎,把名气金钱荣誉看得十分淡薄。他拒绝接受授予他的爵士身份,还拒绝接受让他担任英国皇家学会主席的请求。他的婚后生活幸福、和谐、持久,只是没有子女。他于1867年在伦敦附近去逝。
高考物理电磁感应知识点
一、电磁感应现象:
1、只要穿过闭合回路中的磁通量发生变化,闭合回路中就会产生感应电流,如果电路不闭合只会产生感应电动势。
这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应,是1831年法拉第发现的。
回路中产生感应电动势和感应电流的条件是回路所围面积中的磁通量变化,因此研究磁通量的变化是关键,由磁通量的广义公式中(是B与S的夹角)看,磁通量的变化可由面积的变化引起;可由磁感应强度B的变化引起;可由B与S的夹角的变化引起;也可由B、S、中的两个量的变化,或三个量的同时变化引起。
下列各图中,回路中的磁通量是怎么的变化,我们把回路中磁场方向定为磁通量方向(只是为了叙述方便),则各图中磁通量在原方向是增强还是减弱。
(1)图:由弹簧或导线组成回路,在匀强磁场B中,先把它撑开,而后放手,到恢复原状的过程中。
(2)图:裸铜线在裸金属导轨上向右匀速运动过程中。
(3)图:条形磁铁插入线圈的过程中。
(4)图:闭合线框远离与它在同一平面内通电直导线的过程中。
(5)图:同一平面内的两个金属环A、B,B中通入电流,电流强度I在逐渐减小的过程中。
(6)图:同一平面内的A、B回路,在接通K的瞬时。
(7)图:同一铁芯上两个线圈,在滑动变阻器的滑键P向右滑动过程中。
(8)图:水平放置的条形磁铁旁有一闭合的水平放置线框从上向下落的过程中。
2、闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时,可以产生感应电动势,感应电流,这是初中学过的,其本质也是闭合回路中磁通量发生变化。
3、产生感应电动势、感应电流的条件:导体在磁场里做切割磁感线运动时,导体内就产生感应电动势;穿过线圈的磁量发生变化时,线圈里就产生感应电动势。如果导体是闭合电路的一部分,或者线圈是闭合的,就产生感应电流。从本质上讲,上述两种说法是一致的,所以产生感应电流的条件可归结为:穿过闭合电路的磁通量发生变化。
二、楞次定律:
1、1834年德国物理学家楞次通过实验总结出:感应电流的方向总是要使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
即磁通量变化感应电流感应电流磁场磁通量变化。
2、当闭合电路中的磁通量发生变化引起感应电流时,用楞次定律判断感应电流的方向。
楞次定律的内容:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流为磁通量变化。
楞次定律是判断感应电动势方向的定律,但它是通过感应电流方向来表述的。按照这个定律,感应电流只能采取这样一个方向,在这个方向下的感应电流所产生的磁场一定是阻碍引起这个感应电流的那个变化的磁通量的变化。我们把“引起感应电流的那个变化的磁通量”叫做“原磁道”。因此楞次定律可以简单表达为:感应电流的磁场总是阻碍原磁通的变化。所谓阻碍原磁通的变化是指:当原磁通增加时,感应电流的磁场(或磁通)与原磁通方向相反,阻碍它的增加;当原磁通减少时,感应电流的磁场与原磁通方向相同,阻碍它的减少。从这里可以看出,正确理解感应电流的磁场和原磁通的关系是理解楞次定律的关键。要注意理解“阻碍”和“变化”这四个字,不能把“阻碍”理解为“阻止”,原磁通如果增加,感应电流的磁场只能阻碍它的增加,而不能阻止它的增加,而原磁通还是要增加的。更不能感应电流的“磁场”阻碍“原磁通”,尤其不能把阻碍理解为感应电流的磁场和原磁道方向相反。正确的理解应该是:通过感应电流的磁场方向和原磁通的方向的相同或相反,来达到“阻碍”原磁通的“变化”即减或增。楞次定律所反映提这样一个物理过程:原磁通变化时(原变),产生感应电流(I感),这是属于电磁感应的条件问题;感应电流一经产生就在其周围空间激发磁场(感),这就是电流的磁效应问题;而且I感的方向就决定了感的方向(用安培右手螺旋定则判定);感阻碍原的变化——这正是楞次定律所解决的问题。这样一个复杂的过程,可以用图表理顺如下:
楞次定律也可以理解为:感应电流的效果总是要反抗(或阻碍)产生感应电流的原因,即只要有某种可能的过程使磁通量的变化受到阻碍,闭合电路就会努力实现这种过程:
(1)阻碍原磁通的变化(原始表速);
(2)阻碍相对运动,可理解为“来拒去留”,具体表现为:若产生感应电流的回路或其某些部分可以自由运动,则它会以它的运动来阻碍穿过路的磁通的变化;若引起原磁通变化为磁体与产生感应电流的可动回路发生相对运动,而回路的面积又不可变,则回路得以它的运动来阻碍磁体与回路的相对运动,而回路将发生与磁体同方向的运动;
(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势;
(4)阻碍原电流的变化(自感现象)。
利用上述规律分析问题可独辟蹊径,达到快速准确的效果。如图1所示,在O点悬挂一轻质导线环,拿一条形磁铁沿导线环的轴线方向突然向环内插入,判断在插入过程中导环如何运动。若按常规方法,应先由楞次定律判断出环内感应电流的方向,再由安培定则确定环形电流对应的磁极,由磁极的相互作用确定导线环的运动方向。若直接从感应电流的效果来分析:条形磁铁向环内插入过程中,环内磁通量增加,环内感应电流的效果将阻碍磁通量的增加,由磁通量减小的方向运动。因此环将向右摆动。显然,用第二种方法判断更简捷。
应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤:
(1)查明原磁场的方向及磁通量的变化情况;
(2)根据楞次定律中的“阻碍”确定感应电流产生的磁场方向;
(3)由感应电流产生的磁场方向用安培表判断出感应电流的方向。
3、当闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动时,用右手定则可判定感应电流的方向。
运动切割产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例,所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的特例。用右手定则能判定的,一定也能用楞次定律判定,只是不少情况下,不如用右手定则判定的方便简单。反过来,用楞次定律能判定的,并不是用右手定则都能判定出来。如图2所示,闭合图形导线中的磁场逐渐增强,因为看不到切割,用右手定则就难以判定感应电流的方向,而用楞次定律就很容易判定。
要注意左手定则与右手定则应用的区别,两个定则的应用可简单总结为:“因电而动”用右手,“因动而电”用右手,因果关系不可混淆。
物理学习方法
步骤1、模型归类
做过一定量的物理题目之后,会发现很多题目其实思考方法是一样的,我们需要按物理模型进行分类,用一套方法解一类题目。例如宏观的行星运动和微观的电荷在磁场中的偏转都属于匀速圆周运动,关键都是找出什么力_了向心力;此外还有杠杆类的题目,要想象出力矩平衡的特殊情况,还有关于汽车启动问题的考虑方法其实同样适用于起重机吊重物等等。物理不需要做很多题目,能够判断出物理模型,将方法对号入座,就已经成功了一半。
步骤2、解题规范
高考越来越重视解题规范,体现在物理学科中就是文字说明。解一道题不是列出公式,得出答案就可以的,必须标明步骤,说明用的是什么定理,为什么能用这个定理,有时还需要说明物体在特殊时刻的特殊状态。这样既让老师一目了然,又有利于理清自己的思路,还方便检查,最重要的是能帮助我们在分步骤评分的评分标准中少丢几分。
步骤3、大胆猜想
物理题目常常是假想出的`理想情况,几乎都可以用我们学过的知识来解释,所以当看到一道题目的背景很陌生时,就像今年高考物理的压轴题,不要慌了手脚。在最后的20分钟左右的时间里要保持沉着冷静,根据给出的物理量和物理关系,把有关的公式都列出来,大胆地猜想磁场的势能与重力场的势能是怎样复合的,取最值的情况是怎样的,充分利用图像_的变化规律和数据,在没有完全理解题目的情况下多得几分是完全有可能的。
物理学习技巧
图象法
应用图象描述规律、解决问题是物理学中重要的手段之一。因图象中包含丰富的语言、解决问题时简明快捷等特点,在高考中得到充分体现,且比重不断加大。
涉及内容贯穿整个物理学。描述物理规律的最常用方法有公式法和图象法,所以在解决此类问题时要善于将公式与图象合一相长。
对称法
利用对称法分析解决物理问题,可以避免复杂的数学演算和推导,直接抓住问题的实质,出奇制胜,快速简便地求解问题。像课本中伽利略认为圆周运动最美(对称)为牛顿得到万有引力定律奠定基础。
估算法
有些物理问题本身的结果,并不一定需要有一个很准确的答案,但是,往往需要我们对事物有一个预测的估计值。像卢瑟福利用经典的粒子的散射实验根据功能原理估算出原子核的半径。
采用“估算”的方法能忽略次要因素,抓住问题的主要本质,充分应用物理知识进行快速数量级的计算。
微元法
在研究某些物理问题时,需将其分解为众多微小的“元过程”,而且每个“元过程”所遵循的规律是相同的,这样,我们只需分析这些“元过程”,然后再将“元过程”进行必要的数学方法或物理思想处理,进而使问题求解。像课本中提到利用计算摩擦变力做功、导出电流强度的微观表达式等都属于利用微元思想的应用。
法拉第的故事
迈克尔.法拉第 (Michael Faraday) 在1791年生于离英国伦敦不远的纽因格顿一个铁匠的家中。 他有九个兄弟姊妹。由于家境贫穷,法拉弟幼年并没有受到完整的初等教育。
十四岁那一年,法拉弟在一间书店学习书本订装技术。这份工作中给予了他很多阅读的机会,他尤其喜欢读物理学和化学方面的书。此外,他经常去听各种科普题目的报告和演讲。1812年,学徒期满,年轻的法拉弟决定献身于科学事业。他终于在皇家学院的化学家戴维身边得到一份工作。他一面工作,一面学习。他的科学视野也渐渐地开阔了。
1815年,法拉弟陪同戴维教授自欧洲大陆旅行讲学归来后,除了协助戴维进行化学试验之外, 自己开始独立从事一些小实验。他在往后的十年中进行了各方面的实验。1842年,法拉弟被选为伦敦皇家学会会员。一年后,他发现了一种重要的碳氢化合物──苯。 同年,任皇家实验室主任,不久,又任化学教授,并接替了戴维死后留下的职位。
1831年是法拉弟作出重大发现的一年。他发现了电磁感应现象, 这个现象的发现奠定了日后电工业发展的基础。与此同时,他还研究了电流的化学作用。1833年,法拉弟发现了电流化学的两个定律,后来这两个定律就以他的名字来命。1845年, 他经过病愈后又重新置身于研究工作之中,并发现了抗磁性。
1858年,法拉弟离开皇家学院,迁到伦敦附近汉普顿.科尔特的住宅
, 这所房子为英国女王所赐。他晚年最大的痛苦是失去记忆力。虽然他们夫妻没有子女,但他却在幸福的家庭中渡过了自己的一生。1867年,法拉弟死于汉普顿.科尔特。在法拉弟连年取得科学成果的日子里,他不断收到各种诱人的建议。 高达十二倍的工资在诱惑他,各种不同的职务在等着他,英国贵族院要授予他以贵族封号,皇家学院聘请他为学会主席。但是法拉弟一概予以谢绝了。「上帝把骄矜赐给谁, 那就是上帝要谁死。」他对妻子这样说:「我父亲是个铁匠的助手,兄弟是个手艺人,曾几何时,为了学会读书,我当了书店的学徒。我的名字叫迈克尔.法拉第,将来, 刻在我的墓碑上的也唯有这一名字而已!
物理名人法拉第介绍
一、生平简介
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。法拉第不得不去文具店当学徒。1805年到书店当图书装订工,这使他有机会接触到各类书籍。每当他接触到有趣的书籍时就贪婪地读起来,尤其是百科全书和有关电的书本,简直使他着了迷。繁重的体力劳动,无知和贫穷,都没有能阻挡法拉第向科学进军。
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。在戴维的介绍下,法拉第终于进入皇家学院实验室并当了他的助手。
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2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。
1821年他任皇家学院实验室总监。1824年被选为皇家学会会员。1825年接替戴维任实验室主任。1846年法拉第荣获伦福德奖章和皇家勋章。
1831年法拉第发现电磁感应现象,这在物理学上起了重大的作用。1834年他研究电流通过溶液时产生的化学变化,提出了法拉第电解定律。
法拉第不计较名誉地位,更不计较钱财。他拒绝了制造商的高价聘请,谢绝了大家提名他为皇家学会会长和维多利亚女皇准备授与他的爵位,终身在皇家学院实验室工作,甘愿当个平民迈克尔2法拉第。 1867年8月25日法拉第与世长辞。
二、科学成就
1.在物理学方面
法拉第在物理学方面的主要贡献是对电磁学进行了比较系统的实验研究,发现了电磁感应现象,总结出电磁感应定律;发明了电磁学史上第一台电动机和发电机;发现了电解定律;提出电场、磁场第重要概念。他是十九世纪电磁域中最伟大的实验家。他写成的巨著《电学的实验研究》,收集了3362个条目,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。
(1)制作了历史上第一台电动机
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
(2)发现了电磁感应现象
1831年8月,法拉第用一个 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”。
(3)在实验基础上总结出法拉第电磁感应定律
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。”
(4)制成第一台圆盘发电机
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。
(5)提出了电场和磁场的概念
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。
(6)暗示了电磁波存在的可能性,并预言了光可能是一种电磁振动的传播
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。
2.在化学方面的贡献
(1)法拉第发现了电解第一和第二定律,开创了电化学领域,并且引入了阳极、阴极、阴离子,阳离子等现在仍在普遍使用的术语。
(2) 他研究了氯,发现两种新的氯化碳,通过实验研究了气体扩散和几种气体的液化,还研究了合金钢的性能,等等。
三、趣闻轶事
1.当年提携恩情重,后来排挤反为仇。
1812年12月的一天,英国青年化学家戴维爵士正在家里养病,一清早仆人把一大堆邮件整整齐齐放到沙发旁边的茶几上。戴维随手取出一只最大的信封,拆开来一看,是一本厚厚的书,有368页。硬封面上烫了金字:“戴维爵士讲演录”。奇怪,那个出版商连招呼都不打一声,借了我的名字出书?再翻开内页,原来这300多页书竟是用漂亮的字体手工抄写的,而且带附了不少精美的插图。这下戴维如附坠入五里雾中,莫名妙了。翻着,书中落下一张信笺,原来是封短信,大意是:“我是一个刚刚满师的订书学徒,很热爱化学,有幸听过您4次讲演,整理了这本笔记,现送上。如能蒙您提携,改变我目前的处境,将不胜感激云云。最后的签名是迈克尔2法拉第(1791~1867),戴维将信看了两遍,想自己也是苦出生,小时候挺淘气,多亏了伦福德伯爵的提携才有了今天,想到这里,不由动了恻隐之心,竟提起大鹅毛笔写了一封回信:
先生:
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,到一月底才能回来,到时我将在你方便的时候见您。我很乐意为你效劳,我希望这是我力所能及的事。——亨2戴维
在戴维的大力推荐下,1812年3月法拉第才告别了整整干了7年的订书工生涯,到皇家学院上班,担任了实验室的助理工。
1820年皇家学会的沃拉斯特会在了解了奥斯特的实验后,他想:既然电与磁有联系,电能让磁动,磁为何不能让电也动呢?他找过戴维,还设计了一个实验,在大磁铁旁放一根通电导线,看看它会不会转动,可没有成功。1821年当法拉第发现了载流导线绕磁体旋转的论文后,却传来了一些流言蜚语,说法拉第剽窃别人的成果,而散布这种言论的正是戴维。法拉第陷入十分苦恼之中,但是法拉第不愿因此与恩师反目,再说这些年来他也逆来顺受惯了。所以他在亲自登门向沃拉斯特解释之后,就悄然退出了电磁研究领域,而将注意力转向化学。这种人际关系的内耗使科学事业蒙受了损失。当时法拉第已经在日记中写下了“转磁为电”几个字。如果戴维此时能帮他一把的话,电磁感应现象也不会等到10年之后才被发现了。
1823年3月法拉第液化氯气成功了。皇家学会的会员们十分赞赏法拉第的才华,有29人(其中有沃拉斯特)联名报他当会员。戴维听说此事大发雷霆,气冲冲地要法拉第去划掉自己的名字,还说服学会的教授们撤销对泊拉第作为会员候选人的提名。1824年1月在皇家学会就法拉第的会员资格进行无记名投标,其中有一张反对票,就是戴维投的。正是:当年提携恩情重,今天排挤反为仇。戴维这个人的心态也够复杂的。
法瓣第一生中一直对自己的恩师怀着敬重和感激之情,晚年,法拉第还经常指着墙上戴维的画像颤抖地说:“这是一位伟大的人呀!”
2.从无意中的觉察到伟大的发现
在法拉第的思想中,确信物理学所涉及的自然界的各种力是互相紧密地联系着的。他分析了电流的磁效应以后认为,既然电可以产生磁,反过来磁也应该能产生电。他在1822年的一篇日记中就写了这样的话:“把磁转化成电。”法拉第朝着这个目标,坚定不移地坚持实验、研究近十年,经历五次重大失败,终于发现了电磁感应现象。
1831年8月,法拉第做了一个新装置。他在直径6英寸的铁环的半边,用铜丝绕成线圈,接上电流计;在铁环的另一半也红了一组线圈,接到由100个伏打电池连成的电池组上。合闸,法拉第觉得电流计的指针晃动了一下,他定神细看,指针仍指在零点,法拉第查看了桌上的仪器:A段的线圈仍连着电池组,B段的线圈仍连着电流计。“如果指针真的动过了,它应该不断地来回摆动,或者偏向一边啊!可现在指针为什么又指在零点不动呢?”法拉第想不出个所以然,只得手拆线了。这时电流计上的指针又动了。这一回他看清楚了。这次指针是向与刚才相反的方向偏转,接着又回到了零点,法拉第反复地合上、拉开电闸,见到指针不住地来回摆动。为什么指针总是这样来回摆动呢?法拉第百思不得其解。他给朋友查理2菲利浦斯的信中说:“我目前正忙于电磁研究,而且我想,我已经抓到了一点苗头,但是一时还讲不出什么道理。可是我在全力以赴之后,最后从水里抓到的,可能不是一条鱼,而是根稻草。”
发现了由磁生电的现象之后,法拉第又经过二个月的奋战,他找到了一种更为简单的办法,用一根第形磁铁和一个闭合线圈,也可以获得这种大小、方向不断变化的电流。
法拉第就在不断重复这个实验的时候,领悟到磁并不能产生电,只有运动的磁才能生电啊!许多年来,那么多有才华的科学家孜孜不倦、苦心探索的问题,答案竟是如此简单。他们之所以在电磁的大门外徘徊不前,原来是“静电”和“静磁”的框架束缚了他们的头脑。这说怪也不怪,大凡人们在思考问题的时候,总喜欢按习惯的方法和现有的思想体系来进行逻辑推理,这叫做思维定势。到了这一步创造能力已被窒息,再要前进就困难了。这时需要有胆识过人的科学家,敢于打破常规,另辟蹊径,才能出奇制胜。法拉第的成功也正在于这一点,另外他的运气也挺不错,这也很重要,俗话说:“谋事在人,成事在天”!
3.“婴儿”的诞生预示着电气化时代的到来
再说法拉第发现了“动磁生电”现象之后,很快总结它的规律。这一规律启发了法拉第去研制一种发电机:使导体有规律地切割磁力线,从而产生一股持续的电流来。经过几天的琢磨,10月28日法拉第在他的日记本上画出了他构想的发电机草图。
一天法拉第在皇家学会表演他的发电机时,一位贵妇人冷冷地说:“这玩意儿有什么用呢?”法拉第机智地回答:“夫人,你不应当去问一个刚出生的婴儿会有什么出息,谁也不能预料婴儿长大成人之后会怎么样?”
4.不爱金钱爱科学
法拉第从小就善于思考,经常提出一些有意义的问题。有一天,他到一家订户送报,突然对花园的栏杆出了神,心想:如果我的头伸进栏杆里,而身子还在栏杆外,那么我究竟应该算在栏杆的哪一边呢?法拉第好提问题,以至别人这样来形容他:他的头“老是往前伸着,好象随时准备向别人提问题似的。” 法拉第在书店学徒时,他不但博览群书,而且用它们作指导,在宿舍里做了许多实验。他的工钱除了吃饭以外,几乎全部花在买实验用品上。后来法拉第听了戴维的讲演,更下定了“献身于科学”的决心。据说法拉第为了进皇家学院室工作,戴维曾经同他进行过如下的谈话,戴维一边指着自己手上、脸上的伤疤,一边对法拉第说:“牛顿说过:‘科学是个很厉害的女主人,对于为她献身的人,只给予很少的报酬。’她不仅吝啬,有时候还很凶狠呢。你看,我为她效劳十几年,她给我的就是这样的奖赏。”法拉经坚定地说:“我不怕这个!”戴维又说:“这里工资很低,或许还不如你当订书匠挣的钱多呢!”法拉第回答说:“钱多少我不在乎,只要有饭吃就行。”戴维追问一句:“你将来不会后悔吧?”法拉第频频点头说:“我决不后悔!”就这样,法拉第正式踏进了科学的殿堂。
法拉第在科学的征途上走过了半个多世纪,他始终如一地实践了自己“献身于科学”的诺言。由于法拉第在电学和化学研究上出了名,有一段时间,法院曾经聘请他做专家作证的工作。在不到一年时间里,法拉第获得了五千镑的报酬。这时候,一位朋友劝法拉第辞去皇家学会的研究工作,告诉他“如果继续干下去,每年可以稳赚二万五千镑”。当时皇家学会每年给法拉第的报酬只有五百镑。爱科学不爱金钱的法拉第经过郑重考虑,为了专心进行科学研究,毅然辞去了专家作证的工作。
法拉第经常不分昼夜地在实验室里工作,为了利用每一分钟时间,凡是和实验无关的事情,他尽量推辞、谢绝;他不去朋友家吃饭;不上剧院看戏。他不停地做实验,记笔记。在他的实验日记上,记满了“没有效果”、“没有反应”、“不行”、“不成”等字样。1855年出版的八卷《法拉第日记》就是他日夜辛勤工作的明证,他的一系列重大科学成果,就是他心血和汗水的结晶。法拉第退休以后还念念不忘皇家学院实验室,经常去那里扫地、擦桌子、整理仪器。
法拉第不计较名誉地位,更不计较钱财,他拒绝了制造商的高薪聘请,谢绝了大家提名他为皇家学会会长和维多利亚女皇授与他的爵位,终身在皇家学院实验室工作,甘原当个平民,1867年8月25日,他在伦敦去世,尽管法拉第一生中获得各国赠给他的学位和头衔多达94个,而遵照他的“一辈子当个平凡的迈克尔2法拉第”的意原,他的遗体被安葬在海洛特公墓,墓碑上只刻着三行字:迈克尔2法拉第,生于1791年9月22日,殁于1867年8月25日。后人为了纪念法拉第,特意用他的名字来命名电容的单位,简称“法”。
5.坐在椅子上平静地离开了人间
法拉第在研究电感应和磁感应传播时,一时还不能完整地表述出自己的新思想,感到数学基础也不够,于是他把自己的想法先写了下来,信中说:
我倾向于把磁力从磁极向上散布,比作受扰动的水面的振动,或者比作声音现象中空气的振动;也就是说,我倾向于认为,振动理论将适用于电和磁的现象,正像它适用声音,同时又很可能适用于光那样。??——迈2法拉第于皇家学院,1832年3月12日
法拉第小心翼翼地将信封好,存放在皇家学院的保险箱里,希望有一天自己的想法会有知音,并得到发展和证实。光阴荏苒,弹指整整23年过去了,还未见有人问津这个领域,此时法拉第已经垂垂老矣。想到自己的理论也许再要过一百年才能人发现,心里不觉有点凄然,他感叹说道:“那个时候我也许是看不见喽!”且说那天法拉第正在叹息不已时,突然,放在桌上新到专业期刊上一篇醒目的标题跳入了他的眼帘:《论法拉第的力线》。法拉第一阵激动,他如饥似渴地将论文读了一遍,真是一篇好文章啊!文章把法拉第充满力线的比作一种流体场,又借助了流体力学的研究成果,推导出一组矢量微分方程。法拉第想自己从小失学,最缺的就是数学,现在突然降下了这么一位理解自己思想,又长于数学和帮手,真是高兴得乐不可支。“哈哈,我的理论后继有人了!”法拉第感到无限的欣慰。
几年后,也就是1860年,70高龄的法拉第在自己的寓所里会见了比他年轻40岁的麦克斯韦,他高兴地说:“当我知道你用数学来构造这一主题,起初我几乎吓坏了,我惊讶地看到,你处理得如此之好啊!”“先生能给我指出论文的缺点吗?”麦克斯韦腼腆地说,“这是一篇出色的文章,”法拉第想了想说:“可是你不应当停留于用数学来解释我的观点,而应该突破它。”这句话鼓励了麦克斯韦不懈地努力,去攀登经典电磁理论的顶峰,他终于在1865年前建立起了完整的电磁场理论方程。
1867年8月25日幸运的法拉第在看到了自己的理论后继有人,经典电磁学理论大厦完全竣工之后,坐在椅了上平静地离开了人间。