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改变世界的科学家_果麦编(科学生涯) 第(2/2)页

法拉第做研究非常有特点,他非常善于用巧妙且直观的物理模型来对抽象的规律进行解释。当物理学的研究深入到电磁学现象时,人们面对一个很现实的问题:与力学、光学等可以直观看到的问题不一样,电磁作用难以直接观察,而是需要借助其他指示方法(力的作用或者电学仪器等),无论是研究还是学习,都有不便之处。法拉第开创性地使用了电力线的模型,将电场和磁场想象为一根一根的线,我们称之为“力线”。“力线”的方向指示了电场或者磁场的方向,疏密指示了场的强度大小。至今,我们仍然在使用这种直观且简洁的表示方式。

与化学的不解之缘

近代化学的发展也始终离不开电学的进步。从伽伐尼在解剖青蛙时金属手术刀偶然碰到神经造成蛙腿**开始,人们就逐步意识到化学反应可能会和电有关。意大利科学家伏打造出了伏打电池,人们通过化学反应获得了稳定的电源。在伏打电池中,物质进行化学反应的化学能转化成了电能,那么,如果反过来会怎样呢?

组成物质的基本单元名叫分子,分子又由原子组成,也可以说,分子是原子的一种组合。所谓化学反应,就是不改变原子,只改变原子的组合的过程。

在化学反应过程中,分子改变的时候,会发生电子的转移[31],对于那些可以自发进行的反应,如果把两种反应物用导线连接,电子的转移会通过导线进行,导线中移动的电子,就形成了电流,这就是电池——利用内部的化学反应产生电流。但这是有条件的,这要求这一化学反应是“可以自发进行的”。也就是产物蕴含的化学能低于反应原料,此时化学反应就可以像石头从山坡上滚落那样,不需要外部的力量,自己就能反应。

那么,我们反过来思考这个问题:如果想让石头从山脚往山顶滚,那么需要推这块石头,如果想要让不自发进行化学反应的物质产生化学反应,我们能否也“推它一把”?其实,刚好和电池反过来,如果向溶液中通电,那么溶液里原本不会反应的物质,就会在这个外部的“推动”下,发生化学反应,这个过程就是——电解。

法拉第的伯乐戴维——也就是我们前面讲过的举荐他进入皇家研究院的那位化学家,在19世纪初首先使用电解的方法获取了金属钠和钾。法拉第继续了戴维的研究,他定量地研究了电解过程,并总结出了其中的规律——反应物质与电流、通电时间之间的定量关系。

后人以法拉第名字命名的科学规律有两条:其一是法拉第电磁感应定律,前文我们讲过,它定量地描述了磁生电的过程及其中的数量关系;其二就是这里的法拉第电解定律。这两条伟大的规律分别为物理和化学开启了两个重要的研究方向,把人类文明带进了一个伟大的时代。

法拉第在研究化学的时候还发明了一种加热设备,是后来“本生灯”[32]的原型,这种设备后来基本常备在化学实验室中。

法拉第还首先发现了苯,他从制备煤气时剩下的油状**里分离出了苯——这种物质后来成了最重要的化工产品之一。


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