△法拉第的伟大发现 

电能能够转化为机械能,机械能也能转化为电能,自然界原来是如此和谐完美,我们不禁为之惊叹,为之陶醉。在发现这一条美的道路上,不少科学家出了巨大的努力。

安培于1821年已开始探求磁产生电的途径。但他受旧思想的束缚,仍然用固定线圈中的稳定电流对观察到的现象进行解释,这样,安培就与这一效应的发现失之交臂了。安培的失败并没有影响法拉第的探索步伐,他为此进行了十年的辛勤劳动,这中间他曾经由于冶炼钢的合金、改良光学玻璃和研究气体的液化而时常中断这一研究。最初,他试图用强磁铁靠近闭合导线或用强电流使邻近的闭合导线中产生出稳定的电流,但都一次次地失败了。

假如根据奥斯特的看法,被推动的电荷对磁铁产生作用,也就说“产生磁”,那么被推动的磁铁也应该产生电。

法拉第终于发现了他那种长期寻找的效应。他的实验装置类似于我们今天的变压器:在一边接上一个伏打电池(法拉第称为A)和一个中断电流的开关;在另一边(称为B)接上一个电流显示器(即当有电流时,显示出偏转的一个磁针)。接通A的电流时,B电路上的测量仪显示短暂的偏转,然后,指针立即又回到0位。当A路中的电流被中断时,也出现一偏转(但向另一个方向偏转)。法拉第本来希望,在整个电流动过程中,在AB电路中都有电流产生,然而磁针则准确无误地表明:只在“开”和“关”的时刻有效应存在。在发现这个现象数周之后,法拉第很快发现,永久磁铁也可以用于感应。当人们在一线圈附近尽可能快速地移动一磁铁时,这个线圈中就产生感应电压。当把线圈直接接到一个电流显示仪上时,便显示出这个电压。1017日,法拉第在一个直径为3/4英寸,长8英寸的空心圆纸筒上绕了八层铜线圈,把八层铜线圈并联后再接到电流计上。然后把一直径3/4英寸、长8.5英寸的条形磁铁一端刚好放进螺线管的一端,然后把这条形磁棒迅速地插入整个螺线管,电流计的指针转动了;抽出磁棒时,指针又动了,但转动的方向相反。每次把磁棒插入或拉出时,这效应会重复,因而电的波动只是当磁铁的靠近而不是当磁铁停止在那里产生的。这就是一个原始的发电机,它通过磁体的机械运动而产生电流。

在这一年的圣诞节前夕,法拉第在朋友们面前表演了一个实验:把一个直径12英寸厚约1/5英寸的铜盘装在水平的黄铜轴上,铜盘的边缘伸到一个水平固定的马蹄形磁铁的两极之间。铜盘的中轴连接一根导线,边缘同另一根导线保持接触,两根导线同一个电流计相连,这样形成一个回路。当铜盘转动起来后,电流计的指针就摆过一个角度,转动速度越快,指针转过的角度也越大;如果铜盘反向转动,指针则向相反方向摆动。当在场的一个贵夫人取笑地问:“先生,你发明这个玩意儿有什么用呢?”法拉第回答说:“夫人,新生的婴儿又有什么用呢?”法拉第一共做了几十个类似的实验,他最终认识到感应电流是如何产生的。

18311124日法拉第写了一篇论文,他把可以产生感应电流的情况概括成五类,正确地指出了感应电流与源电流的变化有关,而不与源电流本身有关。法拉第将这一现象与导体上的感应电作了类比,把它命名为“电磁感应”。那么,“电磁感应”现象如何解释呢?法拉第在1832年的第一份报告中,采用了笛卡儿发明的磁力线这个概念。按照法拉第的解释,感应电流是导体切割磁力线产生的,电流方向由切割磁力线的方向决定。这就是我们今天还常常用到的“左/右手定律”,该方法起源于法拉第。后来法拉第确信,贯穿空间的磁力线具有物理学的真实性,它如同我们身边和桌椅一样是实际存在着的。1838年法拉第用类似的方式解释了从负电荷或正电荷出发的电力线所引起的电感应。

法拉第就这样逐渐地摸索,创立磁力场和电力场的概念。然而,专业同行对此的反应是怀恨而带敌意的。据他侄女的记载,法拉第曾报怨人们对他的不理解:“理解物理学力线的人何等少啊!尽管所有的研究都证实了我多年来所发展的有关见解,但他们却视而不见…。我可以等待,因为我坚信,我的见解是正确的。”尽管法拉第没有足够的时间等待他的理论被世人承认,他的伟大发现却改变了人类的历史,从此蒸汽时代逐渐过渡到电气时代。磁生电的发现,使法拉第的名字传遍了世界,但法拉第没有沉醉在过去的成功上,他依旧围着围裙,躲在实验室里,静静地进行着一个又一个新的研究领域。他冒着生命危险,证明了导体内外空间的区别;发明了贮存电的方法;发现了著名的电解定律;证明了所有的电都是相同的这一结论,从中澄清了长期以来关于电的各种说法。法拉第醉心于电磁的研究,随着研究的深入,新的发明接踵而来,他发现了磁与光的关系,磁致旋光效应(以后称为法拉第效应),物质的抗磁性等等。1846年,由于他出色的贡献而获得了伦福德奖章和皇家奖章,在皇家学会的历史上将两枚奖章授予同一个人,这是很罕见的。1867825日,法拉第与世长辞,物理学界又陨落了一颗巨星。

法拉第的成功一方面归功于他长年累月契而不舍地执着追求精神,更重要的方面是观念的革新。在那个以牛顿机械力学体系解释世界的时代,坚信电力线、磁力线这样一些空虚的实在,的确需要强有力的实验证据和创新精神。