电磁学和电化学的奠基人法拉第

MichaeI Faraday 1791-1867

    迈克尔·法拉第是给19世纪的科学打上深刻印记的大科学家,在物理化学尤其是电化学方面,做出了杰出的贡献。他是英国著名化学家戴维的学生和助手,他的发现奠定了电磁学的基础,是麦克思韦的先导。

    法拉第1791年9月22日出生在英国的萨利,父亲詹姆斯·法拉第是一位手工工人,母亲照顾家务。由于家境贫寒,法拉第童年时生活很清苦,他父亲也因过度劳累,身体极为衰弱。法拉第从未没有进过学校,他识字是自学的, 从11岁当报童,一直当到16岁。他觉得卖报这个差事对他很合适,因为在闲暇时可以看各种报纸,学习知识,看完的报还可以卖掉。

    卖报5年,他走遍了英国几个城市的大街小巷。这种工作,虽地位低下,但也能锻炼人。几年的卖报生涯,使法拉第阅历很广,有胆有识,十分机警。

    随着岁月的流逝,法拉第已长成一个青年,他觉得卖报这工 作对他不再合适了,想另找工作。一天,他看到手工厂老板亨特招收杂工的启事,便去找了亨特。从此给老板搬运物品、扫院子、擦地板,甚至还要给老板娘提水、洗衣服。与其说是工人,倒不如说是仆人更合适。老板和老板娘都是很尖刻的人,他们发火时,把脏水泼到法拉第的身上,给他安排的伙食也很差。一次,法拉第在回家的路上,经过乔治·里保书店装订工场,看到门前贴着一张广告,上面写道:“本场招收装订工人,月薪8英镑,尤其欢迎童工,工人可在场内就餐,餐费自理,法拉第回家以后,就和父母商量,辞去了亨特老板的工作,去装订场当了一名工人。装订场的工作条件很差,工作也很累,但法拉第却喜欢,因为他可以把装订过的书带回家米读。他亲手装订过百科全书和其他许多名著。法拉第利用装订场的工作之便,阅读了大英百科全书电学卷,了解了电的意义和作用。几年的时间,他读了物理、化学、天文、地质等方面的多种著作。别人装订了好书,也推荐给他看。“法拉第,我这有一本《化学对话》,写得非常动人,你如果感兴趣,我可以抽出一本来,放在你的台子上。“法拉第的好朋友格平小声向他建议。

    下班铃响了,噪杂的工场变得安静了,法拉第独自坐在工人午休的小工棚里,借着昏暗的灯光,开始读《化学对话》。这是女科学家马尔希特夫人著的一部科普读物,文字生动活泼,给人们展现了一个神奇、奥妙无穷的化学世界,各种奇特的化学物质,发现元素的化学家,物质的组成,分光镜的奇妙,化学药品的奇异的医疗效果……。法拉第完全被这部书吸引住了,他如饥似渴地读下去。

    笃!笃!有人敲窗子,法拉第一拾头,他惊呆了,原来天已大亮,、窗外站着他那年老多病的母亲。“妈妈,我懂得了一门奇异的科学,它叫化学,非常有用,我将来要研究化学!”“上帝保佑你,孩子,我们是穷人,没有能供你读书。”、马尔希特夫人的《化学对话》法拉第一连看了七遍。他万万没有想到,一个十分偶然的机遇,使他真的走上了研究化学的道路。

    英国著名电化学家戴维和其他知名专家经常在英国皇家学院讲演会上作学术报告,听讲的人很自由,人都可以去。法拉第在工作之余;经常去听这些学术报告。一天,法拉第正在工场与老板谈业务,一个高个子的青年人走了进来,他看了看法拉第,客气他说,“恕我冒昧,打断你们的谈话,昨天晚上我好象在讲演会上看到过您。”

    “可能的,我昨天确实去那里听过报告。”法拉第回答说。

    “我万没想到您是一位装订工人。”青年人说。

    “我家里很穷,要挣钱吃饭。”法拉第答。

    “他是我们场里的‘博士’,现在已是装订技师了。”罗什老板插进来介绍说。

    “太好了,我们认识千下吧,我叫德恩斯,是科学爱好看。”

    “我叫法拉第,认识您真高兴。”

    “您到我们这里有什么事?德恩斯先生。”老板对这位不速之容有点不耐烦了。

    “我想未订一批新书,难道罗什老板不高兴么?”德恩斯答道。

    “欢迎,欢迎,包您满意!”老板马上堆满了笑脸。

    德恩斯很有钱,还结识了一批学术界的朋友。后来,他和法拉第成了好朋友,经常到工场来找法拉第,相约去拜访科学人士。

     1812年5月底,正当法拉第忙着组织人装订《皇家学会会报》时,德恩斯又来找法拉第了

    “再过一个小时,戴维就在皇家学院大厅里做第四次学术报告,还有演示实验,我好不容易弄到了两张前排的票。”

    “好极了,我们去吧。”法拉第高兴极了。

    “可您的工作……”

    “管不了那么多了,快!”

    戴维的报告深深吸引了法拉第,戴维的熟练的实验演示,使他十分敬佩。他将自己对电的一些想法写信告诉了戴维,他在信中提出:“电解作用,很可能存在着某种严格的数量关系。”过了一段时间,法拉第收到了戴维的一封回信,信中写道。

   法拉第先生:

      请于本星期三前,来肯宁斯汤大街实验室一晤。

                                    戴维敬启

                                     1812年8月14日

    法拉第终于坐在戴维的实验室里。“我是个装订工,装订过成千上万本书,其中也包括您的书,我读过大部分科技书。”法拉第介绍了自己。“您给我写信有什么要求吗?”戴维问。“我想研究化学。”法拉第直接了当地回答。经过一段谈话,戴维发现了法拉第的才能,决定录用他为自己的助手。法拉第收到被戴维录用的便条以后,心情激动,夜不能寐。他知道,从此,他的科学生涯就开始了。法拉第担当戴维的助手工作出色,他每天从早到晚在实验室工作,把一切都安排得井然有序,实验之余,他还抽时间读了许多科技书。戴维对法拉第的工作也非常满意,他认为,法拉第是一个忠于职守的人。一天,戴维对法拉第说:“过几天我要和我的妻子一起到国外度蜜月,为了不中断科学研究,我想带一个流动实验室,请您去照顾这个流动实验室。”“我很荣幸,愿意跟随您的流动实验室工作。” 。

    1813年秋,法拉第跟随戴维,长途旅行,兼做科学考察,他们把实验室安放在一辆轿式马车上,白天走路,晚上由法拉第做实验。他们还一起爬到火山口,考察火山的活动,采集了一大口袋火山石进行分析。此外,他们还采集了矿泉水水样、岩石标本、土壤标本等。这样的旅行持续了一年半,这实际上是一次游学,法拉第跟着戴维学到了许多东西,还拜访了许多科学家。一年半的科学旅行,法拉第记了厚厚的两大本笔记。

    1814年,法拉第跟随戴维回到伦敦,经戴维推荐,他被著名的皇家学院录用,担任了实验室管理仪器的助教。

    1816年,戴维让法拉第分析了托斯卡那的土壤成分,并把分析绪果写成论文发表。法拉第在论文中写到:“戴维先生建议我把这项研究,作为我在化学领域中的第一次实验。当时,我的恐惧多于信心,我从未学习过怎样写真正的论文,但对分析给果的准确描述,将有助于读者对托斯卡那土壤的了解。”

    1817年,法拉第连续发表了6篇论文9这些论文的发表,使他增强了从事科学研究的信心,同时,许多科学家也逐步了解了法拉第。

    1819年,法拉第应斯达特的要求,研究了不锈钢与各种合金,他在皇家实验室中,靠斯达特的资助,建造了一个小小的冶炼炉,不久就炼出了铁镍合金,后来又炼出铂、钯、锗、银、铬、锡、钛、饿、铱等多种金属与铁的合金。

    1820年,怯拉第合成了二氯乙烷和六氯乙烷,但在当时,有机化学发展得还很不够,因此,法拉第把他的合成物叫做“氯化碳”。法拉第的才能逐步为人们所了解。

    1821年,他被提升为皇家学院实验室的总负责人。皇家学院还赠送给法拉第一套宽大的住宅。

    法拉第在1820年结识了一个珠宝商的女儿,她的名字叫萨蕾。萨蕾是一位热爱科学的姑娘,她对法拉第的才能十分仰慕,尤其在她知道了法拉第自学的坎坷经历之后,她对法拉第的爱慕之情日笃。1821年、法拉第和萨蕾绪婚。“萨蕾对法拉第十分体贴,还善于为他创造安静的工作环境,这对法拉第以后的成名,起了很大的作用。

    1821年以后,法拉第一直和戴维合作,研究气体的液化问题,他们成功地使C02、SO2、H2O、NH3、N203等气体液化,还曾试图制取液态氧和液态氮,但这方面的研究没有取得成功。

    由于法拉第得知了丹麦物理学家奥斯特的发现,他中断了对气体的研究。奥斯特发现,磁针在通有电流的导体附近,会发生偏转。法拉第通过对这一现象的深入研究,发现了电磁感应定律,这一定律是现代电磁学的基础,但由于他的数学基础比较差,没有能对这一现象概括出严格的定量关系。

    法拉第不仅确定了电磁惑应定律,而且还做成了一种实验仪器,使磁针不停地绕着通电导线转动,从而确定了电动机的原理,但遗憾地是他没能把这一研究深入下去。

    由于法拉第在科学上的重大发现, 1824年他被选为英国皇家学会会员,这相当于中国科学院的院士。据科学史考证,在选法拉第任会员时,只有一人不同意,这就是戴维。有人认为,戴维是对他的学生提出严格要求,希望他的学生再多出些成果。也有人说,戴维是对法拉祟的才能怀有嫉妒之心,故反对他出任会员。

    1829年戴维去世以后,法拉第专心研究电化学的问题,经研究发现:当电流通过电解质溶液时,两极上会同时出现化学变化。法拉第通过对这一现象的定量研究,发现了电解定律。

    1833年,法拉第提出了两条电解定律: (1)电解时,在电极上析出或溶解悼的物质的重量,与通过电极的电量成正比;(2)如通过的电量相同,则析出或溶解掉的不同物质的化学克当量数相同。电解一克当量的物质,所需用的电量叫L个“法拉第”,等于96484库仑。人们为了纪念法拉第,把这两条电解定律称为“法拉第定律”。

    电解定律的发现,把电和化学统一起来了,这使法拉第成了世界知名的化学家。日常在阴湿的地下窒紧张工作,法拉第非常劳累,从1835起,他的体质明显衰退。晚年患了风湿病,经常腰酸腿痛,心脏不好,双眼昏花。他越来越觉得自己力不从心,但是每当有科学家和企业家拜访他时,他还是十分高兴地与他们谈话,他的夫人萨蕾一直陪伴着他。

    1867年8月28日,法拉第在伦敦病逝。他逝世后,皇家学会为他举行了隆重的葬礼,各国科学家都对他表示深切的哀悼。