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法拉第发现了电磁感应 19世纪之前,人类对电的认识是极为有限的。1820年,丹麦物理学家奥斯特和法国物理学家安培发现电流的磁效应。十多年后法拉第等人又发现了电磁感应现象。在19世纪的前半叶,电磁学理论得到了巨大的发展。与此想呼应,工程技术专家敏锐地意识到电力技术对人类生产生活的意义,纷纷投身于电力的开发、传输和利用方面的研究,推出了一个前人从未想象过的电气时代。  电是人类面临的一种前所未闻的新型的能源。所谓电力革命指的是,新兴的电能开始作为一种主要的能源形式支配着社会经济、生产生活。电能的突出优点在于:第一,它是一种易于传输的工业动力;第二,它还是极为有效可靠的信息载体,因此电力革命主要体现在动力传输与信息传输两个方面。与动力传输相关联,出现了大型发电机、高压输电网、各种各样的电动机和照明电灯。与信息传输相关联,出现了电报、电话和无线电通信。这些伟大的发明使人类的生活进入了一个更光明、更美好的新时期。  在19世纪的科学技术发明史上,没什么发明可以和电机的发明相媲美了。  电机是电动机和发电机的总称。巧合的是,电动机和发电机的最初的实验模型,都是出于同一个人——近代电磁学的伟大奠基者法拉第——之手。 1813年,法拉第40岁时,因为发现了电磁感应而载入史册。自奥斯特发现电转化为磁的实验之后,法拉第主要致力于磁转化为电的实验。因此他未继续进行电动机的研制,而是致力于发电机的探索。1831年8月29日,这一天是历史上光辉的一天,法拉第经过9年的努力,终于发现了电磁感应现象,电力时代的曙光开始照到了人间。  1821年法拉第发明了人类历史上的第一台电动机实验雏形装置,经过美国物理学家亨利、德国物理学家雅可比、美国发明家佩奇、法国发明家皮克希、德国工程师西门子的努力,特别是西门子的自馈式发电机发明后,电机作为新的工业革命的一支翅膀,促进第二次工业革命逐渐腾飞。到了19世纪70年代,由于内燃机的发明,新的工业革命的另一支翅膀也开始成长。自此之后,第二次工业革命即在电机和热机双翼的支撑下迅速起飞了。   在新的工业革命中,电机比热机更先成为工业革命的骏马。它的最初冒出的星星火花,已经成为新的工业革命的烈焰。在动力革命方面,在19世纪60年代兴起的电机基本上是直流电机。随着第二次工业革命的进一步发展,以及科学技术的不断进步,到了70年代末和80年代初,交流发电机迅速发展起来。此后,大小发电站相继建立,高压输电网相继架设,电力生产蓬勃发展,以大发明家爱迪生为代表的很多发明家设计出了层出不穷的电器。终于,在19世纪80年代,电机和热机一起使第二次工业革命进入了它的第一个高峰发展期。在信息传输方面,美国人莫尔斯从亨利那里学到了基本的电报理论和技术后,有改革了字母发报方式,发明了一套新的莫尔斯电码,1844年,他鼓动动美国国会架设了一条由华盛顿到巴尔的摩的电报路线,从此,电报由实验阶段进入了实用阶段。1876年,美国人贝尔发明了电话。1865年英国物理学家麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在,1886年德国物理学家赫兹在实验室里证明了电磁波的存在。之后的1894年,意大利工程师马可尼开始利用电磁波进行信息传输,实现了无线电通信,并因此而获得1909年的诺贝尔物理学奖。从此人类社会开始进入了无线电信息传输时代。  和第一次工业革命相比,巴本在实验室发明的蒸汽泵是1680年,而瓦特发明双向蒸汽机是1782年,其间从实验科学的成就转化为直接的社会生产力需要的时间为100余年;从1831年法拉第和亨利同时发现电磁感应现象算起,到1867年西门子发明了自馈式发电机为止,其间不过花了36年的时间,电磁学的实验成果就转化为直接的社会生产力。这说明,在19世纪的科学技术史上,理论科学与实验科学的成果转化为社会生产力的周期同以前相比大大变短了。科学技术在推动社会经济的发展方面的作用由此可见一斑。
法拉第的一次即席演讲   1846年4月10日,法拉第在皇家研究院每星期五晚上的演讲例会上,首次透露了光的电磁学说。这是物理学史上一个很有影响的故事。当时的情况是这样的:  查理·惠斯顿是英王室学院的实验哲学教授,一位杰出的实验师(口琴和手风琴的发明者,但不是惠斯顿电桥的那位发明者),可是不善言辞。他曾得出一些关于导线中电流速度的很有趣的结果(他认为电流以每秒钟288000哩的速度行进)。那天,他按预定安排前去皇家研究院作报告。当大家走近演讲厅时,惠斯顿十分惊慌,立即跑开并躲进大街。后来知道是因为他发现了那个臭名昭著、爱发怪问作弄演讲人的捣蛋家伙约瑟夫·克雷布泽在场。这时,法拉第表现出高尚的职业素养,他健步跨上讲台,讲解了他所知道的关于惠斯顿的工作。但很快就讲完了,于是,他就开始推断,如果电磁感线能够振动的话,将会有什么事情发生:“我是如此大胆地提出这样的见解,认为辐射是力线中一种高级品质的振动。至于力线,正是它把微粒,从而同时也把物质连结在一起。”  法拉第的这一即席演讲《关于光振动的思考》提出了一个非同寻常的推断:辐射(即光)就是他的力线的横向振动。  那些被法拉第描绘成“我头脑中的模糊印象”的概念,在通常情况下是不会表露出来的。法拉第是个谨言慎行的人,他不会把自己的想法过早地定型并草率地谈论。尤其是对任何要记录的事更加小心,没有一次再次的反复检查他是不会去作的。在他年轻气盛时,当他被某个不值一提的化学分析问题抓着,总是迫不及待地将它公诸于众。但是,这次演讲是在非常特殊的情况下发表的。  “在那天晚上的情况下,我认为,我不应当回避那些思想概念而缄口不言,除非我无知而且毫无预先的深思熟虑”。  从那以后,皇家研究院特别留心防止演讲者“重演惠斯顿”。现在,当演讲者被陪同着从图书馆到演讲厅时,据传,皇家研究院的院长就小心翼翼地把他的身体夹在演讲者和逃跑线路之间。然而,如果谁能保证有象法拉第那样的人以其卓越的即席洞察力填补空缺的话,那么,所有的演讲者都应当让他们临阵脱逃。
你应当了解法拉第! 法拉第  迈克尔·法拉第(Michael Faraday,1791—1867)是19世纪电磁学领域中最伟大的实验物理学家.他于1791年9月22日生于伦敦附近的纽因格顿,父亲是铁匠.由于家境贫苦,他只在7岁到9岁读过两年小学.12岁当报童,13岁在一家书店当了装订书的学徒.他喜欢读书,利用在书店的条件,读了许多科学书籍,并动手做了一些简单的化学实验.  1812年秋,法拉第有机会听了著名化学家戴维的四次讲演,激起对科学研究的极大兴趣.他把戴维的讲演精心整理并附上插图后寄给戴维,希望戴维帮助他实现科学研究的愿望.1813年3月,戴维推荐法拉第到皇家研究院实验室作了自己的助理实验员.1813年10月,法拉第跟随戴维到欧洲大陆进行学术考察18个月.在这期间他有机会参观了各国科学家的实验室,结交了安培、盖·吕萨克等著名科学家,了解了他们的科学研究方法.回到英国后,法拉第就开始了独立的研究工作,并于1816年发表了第一篇化学论文,以后又接连发表了几篇.  1820年奥斯特发现电流的磁效应,受到科学界的关注,促进了科学的发展.1821年英国《哲学年鉴》的主编约请戴维撰写一篇文章,评述奥斯特发现以来电磁学实验的理论发展概况.戴维把这一工作交给了法拉第.法拉第在收集资料的过程中,对电磁现象的研究产生了极大的热情,并开始转向电磁学的研究.他仔细地分析了电流的磁效应等现象,认为既然电流能产生磁,磁能否产生电呢?1822年他在日记中写下了自己的思想:“磁能转化成电”.他在这方面进行了系统的研究.起初,他试图用强磁铁靠近闭合导线或用强电流使另一闭合导线中产生电流,做了大量的实验,都失败了.经过历时十年的失败、再试验,直到1831年8月29日才取得成功.他接连又做了几十个这类实验.1831年11月24日的论文中,他把产生感应电流的情况概括成五类:变化着的电流;变化着的磁场;运动的恒定电流;运动的磁场;在磁场中运动的导体.他指出:感应电流与原电流的变化有关,而不是与原电流本身有关.他将这一现象与导体上的静电感应类比,把它取名为“电磁感应”.为了解释电磁感应现象,法拉第曾提出过“电张力”的概念.后来在考虑了电磁感应的各种情况后,认为可以把感应电流的产生归因于导体“切割磁力线”.在电磁感应现象发现二十年后,直到1851年才得出了电磁感应定律.  1833年到1834年,法拉第从实验得出了电解定律,这是电荷不连续性的最早的有力证据.  法拉第的另一贡献是提出了场的概念.他反对超距作用的说法,设想带电体、磁体周围空间存在一种物质,起到传递电、磁力的作用,他把这种物质称为电场、磁场.1852年,他引入了电力线(即电场线)、磁力线(即磁感线)的概念,并用铁粉显示了磁棒周围的磁力线形状.场的概念和力线的模型,对当时的传统观念是一个重大的突破.  法拉第从近距作用的物理图景出发,还预见了电、磁作用传播的波动性和它们传播的非瞬时性.他在1832年3月12日写给英国皇家学会的一封密封信中,信封上写着“现在应当收藏在皇家学会档案馆里的一些新观点”,这封信直到1938年才启封公布,信中法拉第说明了他的上述新观点.表现了法拉第深邃的物理洞察力和深刻的物理思想.  法拉第把他做过的实验整理成《电学实验研究》一书,书中收集了三千多个条目,详细记述了他做过的实验和结论,是一本珍贵的科学文献.  法拉第是靠自学成才的科学家,在科学的征途上辛勤奋斗半个多世纪,不求名利.1825年,他参与冶炼不锈钢材和折光性能良好的重冕玻璃工作,不少公司和厂家出重金聘请法拉第为他们的技术顾问.面对15万镑的财富和没有报酬的学问,法拉第选择了后者.1851年,法拉第被一致推选为英国皇家学会会长,他也坚决推辞掉了这个职务.把全身心献给了科学研究事业,终生过着清贫的日子.  1855年他从皇家学院退休.1867年8月25日在伦敦去世.遵照他“一辈子当一个平凡的迈克尔·法拉第”的意愿,遗体被安葬在海格特公墓.为了纪念他,用他的名字命名电容的单位——法拉.
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