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改变世界的科学家_果麦编(科学生涯) 第(1/2)页

法拉第曾在聆听化学家戴维[28]的演讲时做了认真的记录并毛遂自荐。戴维非常欣赏这个聪慧且用功的年轻人,引荐他进入英国皇家研究院工作。

在法拉第22岁那年,戴维带他到欧洲大陆考察,法拉第借此开阔了眼界,结识了欧洲大陆的很多科学家,并与他们交流。24岁时,法拉第搬到了皇家研究院顶楼的一个房间里,大师的科学生涯在这里开启。

电与磁

人类很早就发现了一些特殊的石头会指示南北方向,也发现了物体摩擦后会产生吸引与排斥的力量,人们逐渐地总结出一些电现象和磁现象的规律。但是,最初人们只是分别地研究它们,并未考虑它们之间的联系。

1820年,丹麦科学家奥斯特在一次授课结束后,偶然发现通电的电线旁边的小磁针发生了偏转,他立刻敏锐地意识到这件事情不简单。他花费3个月的时间做了各种各样的实验,证实了电流会产生磁场。他在论文中详细阐述了这一科学规律。这是学术界第一次发现了电和磁之间的关系。

电生磁这一现象被人们发现,那么,磁能否影响电呢?法国科学家阿拉果和德国物理学家冯·洪堡在测量地磁场时发现,小磁针在被碰到的时候,会小幅度震颤,然后逐渐停下,但是拥有一个铜制底座的小磁针,比没有底座的小磁针摆动的时候停下得要快。阿拉果敏锐地联想到可能存在逆效应,他很快就做了进一步实验:将磁针悬吊在铜盘上方,二者均可自由旋转,但不相互接触。旋转磁针,铜盘会在短暂的迟滞后跟随一起旋转;旋转铜盘,磁针也会在短暂的迟滞后跟随一起旋转。这便是著名的“阿拉果铜盘实验”。

彼时的法国科学院俨然是电学研究的中心,不但有阿拉果的实验成果,还有毕奥、萨伐尔、安培等多位物理学家进行电学方面的实验与理论研究工作。

英法两国隔着英吉利海峡相望,那时候的英国皇家研究院与法国科学院的交流非常频繁,身处英国皇家研究院的法拉第显然是处在学术交流前沿的。在得知阿拉果铜盘实验后,他又设计了数个更为复杂的实验,并在理论上解释了阿拉果铜盘实验:磁场和金属的相对运动在金属中产生了电流,电流产生磁场,与磁针产生了力的作用。

在研究阿拉果铜盘的过程中,法拉第在铜盘上方放置了一个磁铁,用导线将铜盘中心和铜盘边缘相连接,并在导线中间接了一个电流计,旋转铜盘时,电流计指示导线里出现了电流。这说明,在磁场与运动导体的作用下,电流可以产生。在奥斯特发现电可以产生磁之后,法拉第也发现了磁可以产生电。

其实,法拉第设计的这个装置,就是一个原始的直流[29]发电机。法拉第通过实验还发现,单纯的一个通电线圈产生的磁场并不能在另一个线圈中引发电流,但是如果将通电的线圈切断电源,或者突然接通,在切断和接通的那一刻,另一个线圈中会引发电流。这说明,稳定的磁场并未产生电流,但是变化的磁场可以!

1831年,法拉第在英国皇家学会公开了他发现电磁感应现象的四篇论文,题目分别为《论电流感应》《论从磁产生电》《论物质的一种新的电状态》和《论阿拉果的磁现象》。

法拉第在论文中对磁生电的过程进行了详细的理论总结,这种磁场产生电流的过程被称为电磁感应现象。从奥斯特发现电生磁到法拉第发现磁生电,电和磁两个领域实现了初步的统一[30]。法拉第还研究发现了磁—光效应,发现了磁场对光的影响,这为后来的光学与电磁学的统一打下了基础。

科学家们在研究科学理论的时候,一直都在追求用最少的语言与公式总结出最通用的理论,完成不同分支理论的统一。这是每一位理论物理学家梦寐以求的成就。


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