登陆注册
7861200000015

第15章 法拉第与电磁感应

法拉第出生在英国纽因敦城一个普通的铁匠家庭。13~21岁,他在书店当了8年学徒。装订书、卖书的职业,使法拉第有机会接触许多科学界人士。1812年的一天,一位常来买书的皇家学会会员送给他一张听讲券。在讲座上,法拉第聆听了当时举世闻名的化学家戴维的讲话,并深深地为科学的力量所吸引。

法拉第不久,法拉第学徒期满,在另一家印书店当了正式的装订工。新主人很赏识他,许诺让法拉第将来当书店的继承人。然而,法拉第志不在此。他鼓足勇气,写了封信给戴维,希望戴维能帮他谋到一个能够接触技术的职位。

戴维热情地接待了法拉第,劝法拉第再慎重考虑一下自己的理想。他风趣地说:“科学好比一个性情怪僻的女子,你尽管对她倾注满腔热情,可是得到的报酬却极其微小!”

精诚所至,金石为开。1813年,法拉第的愿望终于实现了。他进入皇家学院实验室,给戴维当助理实验员。几个月以后,他得到了一次非常难得的学习机会——随戴维去欧洲进行学术考察。旅行给法拉第留下难忘的印象。他的日记里,详细记载了戴维在各地的讲学内容、实验记录,以及各国科学家的实验方法、风格特长;沿途所见的自然景象、风土人情,也引起了他莫大的兴趣。法拉第生性乐观,富于同情心,对大自然和生活在底层的劳动人民怀着深切的热爱。这次旅行,更坚定了他献身科学、造福人类的信念。

一回到伦敦,法拉第就扎实地干起实验室工作来。在两三年的时间里,经过实际锻炼,法拉第具备了出色的实验才能。在戴维的指导下,他开始走上独立研究的道路。

戴维1816年,25岁的法拉第初露锋芒,在《科学季刊》上发表了第一篇化学论文。1818年,法拉第写了一篇关于火焰的学术报告,大胆指出了名家理论的谬误。“名师出高徒”,他在戴维的引导下,刻苦钻研、勤奋工作,终于成为一个年轻有为的化学家。

1681年夏,一艘航行在大西洋的商船遭到雷击,结果船上的3只罗盘全部失灵:两只退磁,另一只指针倒向。还有一次,意大利一家五金店被闪电击中,事后发现一些钢刀被磁化。由于当时连闪电的性质都没有搞清,这些现象谁也解释不了。100多年来,电磁之谜成了许多科学家探索的目标。

1820年,奥斯特公布了他的发现:把通电的导线放在磁针上方,磁针竟会发生偏转。这个发现立刻引起了整个物理学界的轰动。人们本来认为毫不相关的两种现象,竟有这样奇妙的关系。这个发现成了近代电磁学的突破口,各国科学家纷纷转向电磁研究。

法拉第完全懂得这个发现具有不可估量的意义。他决心沿着奥斯特打开的缺口,作进一步的探索。在戴维的鼓励下,青年化学家毅然闯进了电磁学这个未知的物理领地。

法拉第决定从实践中探索奥秘。他把收集到的有关电磁现象的资料,详细地进行比较研究,并且一一用实验来重新检验。实验进展很快,也很有趣。1821年夏,他在《哲学年报》上发表了有关电磁研究进展的论文。在这篇论文中,法拉第把电流对磁针的作用力称作“转动力”,虽然从理论上讲这也没有触及本质,但是他却在实验中巧妙地运用这种“转动力”,让一块磁铁绕着一条电流连续转动,或是使一条载流导体绕磁铁不停地旋转。

不久,安培发表了研究报告。法拉第同安培不谋而合。

初次成功使法拉第受到很大鼓舞。他信心更大了,决心为电磁学这门崭新的科学当个开路先锋。根据大量的实验,他确信电和磁就像铜币的图案和字样,是同一事物的两面。既然电流可以产生磁,那么为什么磁不能产生电流呢?1821年秋,法拉第在日记里写下了一个闪光的设想,“从磁产生电!”

这是一次艰苦卓绝的攀登,为了实现这个目标,法拉第经历了无数次失败,进行了长达10年的实验研究。

那是一个繁琐的实验:

用铜线在几米长的木棍上绕一个线圈,铜线外面缠着布带以便绝缘。然后在第一层线圈外面,用同样的方法绕上第二层、第三层,直至第十二层,每层之间都是绝缘的。

把第一、三、五等奇数层串联起来,再把第二、四、六等偶数层串联起来,这样就制成了两个紧密结合而又互相绝缘的组合线圈。最后,把其中一组线圈接到开关和电瓶上,另一组线圈接在电流计上。接通电源,指针不动;增加电瓶,增大电流,指针还是不动!

法拉第并没有绝望,而是在崎岖的道路上坚持不懈地进行探索。转眼之间10年过去了。

1831年是法拉第一生中最难忘的一年。这一年的秋天似乎格外晴朗。天气已经有些凉意,法拉第还是穿着那件朴素的外套,在实验室里紧张地工作。他的电学实验进入了最关键的阶段。

这时,法拉第已经把电池组增加到120个电瓶。这意味着初级线圈的电流同最早相比,增大了120倍。他用做实验的线圈,也不知更换了多少。

法拉第全神贯注地操作着,他小心翼翼地合上电闸,更大的电流通过线圈,不一会导线就发热了。法拉第转过头注视着电流计,指针像是固定了一样,还是纹丝不动。

这是为什么呢?

他复查了全部实验记录,对设计思路、实验方法也都作了反省,并且逐件检查了实验器具,连一根导线都不放过。在检查电流计的时候,法拉第无意中注意到:他每次实验都是先接通电源,再转过头来观测电流计。

问题会不会就出在这里呢?

法拉第圆盘发电机他马上把实验台重新布置好,进行检验。这次法拉第特地把电流计摆在电源开关旁边,以便操作时他的目光可以一直监视指针。

法拉第目不转睛地盯着电流计,然后用手合上了电源开关。就在线路接通的一刹那,电流计指针跳动了一下!这个时间非常短暂,稍不留意就发现不了。法拉第过去的多次实验都忽略了这个细节,这次终于捉住了这个稍纵即逝的“一刹那”。

法拉第乘胜前进,又改进了实验仪器。

他用软铁环代替木棍的线圈的芯子,效果更明显。在断开或者接通初级线圈电流的一刹那,次级线圈连接的电流计上的指针摆动得很厉害。

法拉第开始思考了。从表面上看,这个实验是从初级电流感应出次级电流,换句话说,是从电变成电,好像同磁没有关系。但是反过来说,如果这个发现仅仅意味着“从电变成电”,那又有一个问题不好解释——为什么要在初级电流接上或者断开的一瞬间,次级线圈才有电流产生呢?这种初级电流的突变会不会同磁有关系呢?

为了弄清这个疑难问题,法拉第继续进行实验。几天以后,他进一步发现,如果改变初级线圈和次级线圈间的位置,或是改变初级线圈的电流强度,次级线圈也有感应电流产生。法拉第顿时明白了,一定是初级线圈的电流产生的磁的作用,使次级线圈感应出电流。为了证实这个判断,法拉第索性把初级线圈拆掉,用一块磁铁来取代它。他让磁铁穿过次级线圈环,电流计的指针也随着磁铁的运动而摆动。谜底终于被揭开了:正是运动着的磁产生了电流。这就是著名的电磁感应现象,它揭示出电和磁可以互相转化的辩证关系,为近代电磁学奠定了基础。

再说法拉第发现了“动磁生电”现象之后,很快总结它的规律:闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁力线的运动时,导体中就会产生电流。这一规律启发了法拉第去研制一种发电机:使导体有规律地切割磁力线,从而产生一股持续的电流来。经过几天的琢磨,1831年10月28日法拉第在他的日记本上画出了他构想的发电机草图(如图):将一个固定在转动轴上的圆盘,放置在两个磁极之间不断地转动。显然可以把圆盘看成是许多根长度等于半径的铜狭条组成的。在转动圆盘时,每根铜条都要切割磁力线。将外电路的两端分别接到发电机的转轴和圆盘的边缘时,外电路和圆盘构成了闭合回路,电流就产生了。

法拉第的构想被实验证实了——圆盘发电机很快造出来了。一天法拉第在皇家学会表演他的发电机时,一位贵妇人冷冷地说:“这玩意儿有什么用呢?”法拉第机智地回答:“夫人,你不应当去问一个刚出生的婴儿会有什么出息,谁也不能预料婴儿长大成人之后会怎么样?”知识点电泳电泳,是在确定的条件下,带电粒子在单位电场强度作用下,单位时间内移动的距离(迁移率)为常数,是该带电粒子的物化特征性常数。不同带电粒子因所带电荷不同,或虽所带电荷相同但荷质比不同,在同一电场中电泳,经一定时间后,由于移动距离不同而相互分离。分开的距离与外加电场的电压与电泳时间成正比。在外加直流电源的作用下,胶体微粒在分散介质里向阴极或阳极做定向移动。利用电泳现象使物质分离,这种技术也叫做电泳。胶体有电泳现象,证明胶体的微粒带有电荷。各种胶体微粒的本质不同,它们吸附的离子不同,所以带有不同的电荷。

同类推荐
  • 舍身求义(中华美德)

    舍身求义(中华美德)

    “生我所欲也,义亦我所欲也,二者不可得兼,舍生而取义者也”。早在几千年前,伟大的思想家庄子就给后人阐述了舍生求义的人性美德。中华民族的传统文化源远流长,博大精深,是中华民族的根和魂,其精髓就是中华民族传统美德和人格修养。在中华民族悠久的历史长河中,高尚的民族情感、崇高的民族气节、良好的民族礼仪构成了中华传统美德和人格修养的奠基石,充分体现了中华民族在处理人与自然、人与社会、人与他人之间关系的基本价值观,本书收录了部分“舍身求义”的小故事,希望能给读者以启发。
  • 保家卫国(中华美德)

    保家卫国(中华美德)

    本书稿是从中华美德故事中,撷取具有保家卫国的典型事例,从立志发奋等方面述说了一个个动人的故事,以助于青少年形成正确的道德认识、道德情感、道德行为和道德意志,以滋养青少年心灵的成长。
  • 交际故事(影响青少年一生的中华典故)

    交际故事(影响青少年一生的中华典故)

    《交际故事》每个典故包括诠释、出处和故事等内容,简单明了,短小精炼,具有很强的启迪性、智慧性和内涵性,非常适合青少年用于话题作文的论据,也对青少年的人生成长以及知识增长具有重要的作用。
  • 懂得回报的感恩故事

    懂得回报的感恩故事

    每一粒种子在合适的条件下都会发芽,每一个孩子都是未来栋梁的种子。本书以努力用一种新鲜快乐的方式,把那些激励着孩子们健康成长的品质深深植入到他们的心田。本书是以单编的故事形式出现,每一篇文章由一则故事和“智慧箴言”组成,高深的箴言内容变成孩子们自己的语言,方便孩子们的思维习惯,从而改变一些说教的成分,改变箴言本身具备的严肃的成人化语气,更易让孩子们接受,从而在学习的过程中感受学习的快乐,以至成长的快乐!故事能潜移默化地影响一个人的心灵,因此,看故事是孩子们塑造美好心灵的一种绝佳方式。这本故事书收集了让孩子更聪明的智慧故事几十个,并配以手绘图画。全书语言通俗,容易理解,适合广大青少年朋友阅读。
  • 巧思妙想(智商总动员)

    巧思妙想(智商总动员)

    《智商乐园》是智商总动员系列丛书,智商总动员系列丛书让你在开心中学习,在学习中益智,在益智中快乐,永远是老师、学生和家长的共同追求。本系列丛书是一片快乐的阅读天地,童趣但不幼稚,启智却不教条,它能让你开心一刻,思考一回。在开心中学习,在学习中益智,在益智中快乐,永远是老师、学生和家长的共同追求。翻开《智商总动员》——轻轻松松让你踏上寓学于乐的智慧之旅!
热门推荐
  • 仿生者

    仿生者

    5月21日,我诞生于美国旧金山硅谷。但是,我不是人,我是研究员创造出的人工智能,拥有世界上最聪明的大脑,最迅猛的行动速度的仿生人工智能。我遇见了你,让机器也被命运操控。我对你,到底是怎样的一种感情?“你为什么总是笑着呢?”他低下头,问我。“我不知道。”我的嘴角依然是笑着的弧度,大概是因为程序设定的吧。什么才是爱?对不起,无法搜索目标信息。【404notfound】
  • 松漠記聞

    松漠記聞

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 网游之终极复制术

    网游之终极复制术

    终于成为《天命》里面的一位领主玩家,却没想到一切成就,一晚之间烟消云散,借酒消愁,醒来之后他发现他重生了,并且带着‘复制图腾’重生到了两年前《天命》刚开测的时候。未来世界我来主宰,宇宙之中我称枭雄!在所有玩家都没有火器的时候,他用复制术复制了一把!在所有玩家都在为建立要塞发愁的时候,他已经建好要塞,复制众多装备打造自己的领主了。在所有玩家还在享受地面科技带来的畅快感的时候,他已经拥有自己的宇宙飞船开始遨游星际了。他是林凡,凭借复制图腾,成为《天命》宇宙之王!PS:想看打怪升级的请点X,想看11的请点X,这是一个纯粹科幻网游,科幻知识不要科普,纯属虚构!
  • 亿万总裁不许跑

    亿万总裁不许跑

    路北北,你怎么会在我办公室,某韩大老板一脸懵逼的看着坐在他办公室的女孩。女孩看见他,腾的一下站起来,报告,因为我想你了,所以我翘班了,说着小跑到韩辰铠面前,眨眨眼,你不会扣我工资的吧。说完,亲了一口还在愣神的大老板,刚开门,便看到三只她的神助攻,和他的损友们。路北北打着招呼,说到,谢谢你们把我招过来了,还告诉我他的办公室在哪里,爱你们,么么哒。摆摆手,一溜烟她跑了,留下来的那三位损友,在路北北不知道的情况下,全被韩大boss发配到各个国家,美其名曰,他们很有才华,只是无处发挥。三个月后路北北看见的画面是,天啊,你们是……谁。
  • 萌厨嫁到

    萌厨嫁到

    她是悲催的呆萌吃货,穿越到古代居然运气值爆表,连带桃花朵朵开—首席大厨?美男战神?骚包逗比?NONONO!他们哪里比得上风华绝代的柠檬王爷!只可惜,这只柠檬很酸,外表高冷,内心却极度妖魔化!片段A“顾、小、呆!”某王额头青筋爆起,吼道:“谁让你在汤里放这么多醋的!你故意的是不是!”顾小呆小心翼翼地看了一眼慕容柠睿,抖了抖被他的咆哮声吹乱的发型,继续一脸无辜:“我本来就是顾意呀……”
  • 行者纪

    行者纪

    人生在世多寥寥,听我梦中呓语话神仙;红尘逝去何寂寂,随我行与九天多逍遥——子桑九方。
  • 上古世纪之精灵王传说

    上古世纪之精灵王传说

    “什么!这个胖子是精灵?”诺亚眼睛瞪到最大,捂着自己的嘴不敢相信。“嘿嘿!我是奥兰杰弗,精灵贵族!”胖子满脸骄傲地眯眼说道……
  • 苍穹古域

    苍穹古域

    曾经统治大陆的"羽翼天魔"氏族终于抵不过岁月的吞噬,在历史的长河中逐渐消磨殆尽,而"羽翼天魔"氏族流传至今唯一的血脉传承者,他又会是谁?守护在九玄山的"月"和"星"两氏族的传承者又为何对一直忠心守护的宝盒动了贪婪之心?而宝盒内又隐藏了什么?这是一个没有任何魔法的世界,这里只有机遇,危机还有繁衍到鼎盛无比的灵气,亡路最后走出的失忆少年他又会给我们带来怎样的精彩呢?一切精彩尽在《苍穹古域》。
  • 五行奇灵珠

    五行奇灵珠

    一个身残样貌邋遢的天涯浪子徐情叶,流浪在不知何去何从的人海街头。情性饥渴难耐的他,如今已成色心兼备的盗贼,每日皆已偷窥美貌女子和偷取钱财为生。一个性格异常奇特的绝世女警穆紫玲,为的就是抓捕天下劫色行盗之人。当盗贼徐情叶与女警穆紫玲在一次偶然的邂逅,引起了奇妙的时空穿梭。徐情叶由原本龌蹉的样貌变成了样貌堂堂的美男子,从而令那女警穆紫玲情窦初开、意乱情迷、神魂颠倒。穿越西游后世,习得万千法术。逍遥四方,浪得天地美景。
  • 那个混蛋竟是我的青梅竹马

    那个混蛋竟是我的青梅竹马

    阳光明媚的校园操场,校草王子突然表白女主。然后接下来会发生什么呢?