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
  • 象母怨

    象母怨

    沈石溪,通过写动物而写出了人间万象。所著动物小说将故事性、趣味性和知识性融为一体,充满哲理内涵,风格独特,深受青少年读者的喜爱。讲述了充满仇恨的两个象群能否冰释前嫌,握手言欢?在生死存亡的关键时刻,象母举起了和平的大旗。为了象群的发展,它殚精竭虑;为了顾全大局,它痛杀爱子。可是,隐患依在,仇恨未消,长大了的公象们已经剑拔弩张。一场血腥大战,又将爆发!
  • 可以钻的牛角尖

    可以钻的牛角尖

    内容紧贴当下建设创新型国家与培养创造型人才的实际需要,特别富有创造性的启示,是老少皆宜的创造启蒙读物。书中介绍的创造知识有助于摆脱某些传统习惯的桎梏,有利于开发人们的创造力。《最贴近孩子的寓言读本:可以钻的牛角尖(精美彩绘版)》内容丰富多彩,融知识性、趣味性于一体,让读者轻松阅读,在感悟中获得创造科学知识,提升创新时代必备的创新素质,十分有益于创造型人才的成长。
  • 森林报:春

    森林报:春

    这部名著是苏联著名科普作家维·比安基的代表作。著者以其擅长描写动植物生活的艺术才能,用轻快的笔调、采用报刊形式,按春、夏、秋、冬四季12个月,有层次、有类别地报道森林中的新闻,森林中愉快的节日和可悲的事件,森林中的英雄和强盗,将动植物的生活表现得栩栩如生,引人入胜。著者还告诉了孩子们应如何去观察大自然,如何去比较、思考和研究大自然的方法。
  • 课外侦探组(番外版):兔年校园怪案

    课外侦探组(番外版):兔年校园怪案

    本书是中国的名侦探柯南系列。小主人公米多西、欧木棋和马威卡三人同第九探案组的表姐麦洁一起,对种种诡异的案件进行了细致调查。凶手是如何嫁祸《韩林的自画像》而逍遥法外的?高空表演的小丑为什么系有保险绳却不幸坠亡?进行全国巡演的天才琴童为何突然失踪?为什么档案室恰巧被雷电击中着火,而其他科室安然无恙?一切的悬疑和罪犯的诡计都没有逃过课外侦探组的缜密推理。这本书可以锻炼读者的逻辑思维能力和推理能力,并使读者的知识面得到扩大。
  • 小猴子找幸福

    小猴子找幸福

    本书作者厉剑童是近几年在寓言界创作比较活跃、取得丰硕成果的青年作者。历经十几年的苦心创作,写下了大量动物寓言、植物寓言、人物寓言、无生物寓言和知识寓言。这些寓言有感而发,不做无病呻吟。它们来源于生活和个人心灵感悟,是作者长期观察和体验生活的一种方式,也是作者对世界的一种理解。每一篇寓言创作都凝聚了作者的心血和思考。不少篇什反复酝酿,经历分娩的阵痛,才得以产生。
热门推荐
  • 薰衣草的禁锢

    薰衣草的禁锢

    他,本来是应该如其他孩子一样有着一个美好的童年,可因那次的事情使他改变了,他变得稳重了,变得不相信任何人,直到遇见她……她,有一个幸福的家,过着爹疼娘爱的日子,直到九岁,她亲眼目睹她敬爱的父亲亲手杀死她的母亲,她最爱的女人。她变了,变得成熟,变得不相信爱情,可是遇到他……冰山如他,当另一个雪山闯进了他的世界,不知是他照亮了她,还是她融化了他。爱缘于情,情止于爱,一开始不同的生长环境,注定有着纠缠。因为缘,因为爱,又牵扯着,无法忘怀……
  • 霸道总裁的小迷糊霸道

    霸道总裁的小迷糊霸道

    屌丝女职员与腹黑总裁会擦出怎样爱的火花呢?
  • TFBOYS之四叶草的守护

    TFBOYS之四叶草的守护

    第一次写小说,请四叶草们不要介意我写的不好,四叶草都可以进来看咯.四叶草可以加小说群:277462198
  • 冷血复仇计划之三千金VS三少

    冷血复仇计划之三千金VS三少

    在八岁的那年,亲眼看到自己母亲被杀,遇上‘神秘人’,决定去杀手训练地,她冰冷,她妩媚,她腹黑,她们将自己的心冰封起来。在十六岁以前包括未来,她们以为自己存活的意义,就是为了报仇。而且,十六岁半以前的确是只有这一个目标。但是,等十七岁时,才发现,她们的意义不在报仇,而是他们......冰山与雪山的相遇,谁能比对方的温度更高,先融化谁?暴躁话痨和火爆小恶魔的遇见,谁会先放下面子安慰起另一个暴脾气?孩子气跟孩子气的碰见,谁能先找到对方的喜爱,在心上印下属于自己印记?
  • tfboys之女配重生

    tfboys之女配重生

    我!夏雨馨重生了。不是爱抢我的哥哥们吗?不是爱装柔弱吗?你不是白莲吗?呵,tfboys,林雅菲,你们上一世欠我的,我这一世一定会百倍奉还的!!!
  • 汉玉

    汉玉

    汉族伟大的民族,纵观其历史却是数不尽的血泪,被一个个野蛮族肆意凌辱......我们不要被欺辱!在这里我们能看到一代雄主—汉武大帝,他建立了一个国家前所未有的尊严,他的国号成了一个民族恒久未变的名字.....在这里你能看到农耕民族,不再软弱可欺,让犯我华夏者尝尝我大汉民族的怒火,犯我华夏者虽远必诛......在这里会看到我们伟大汉民族复兴之路,汉民族的荣耀之光将光耀中华!看我聪明勤劳的汉族人创造璀璨的华夏文明,看我汉人民如何把汉文明与汉威望传播四方,笑看四方之夷来朝,逞我汉之威风,建我华夏万世之基业......这是我的大汉,也是你的大汉,你我共同的大汉,我们的《汉玉》。
  • 无良帝妃

    无良帝妃

    原来这些年的姐妹情都是欺骗,死了结果又重生了,会修仙了。会炼丹,会制符,有空间,萌兽,天才地宝,仙器,萌萌的师傅,帅帅的美男,应该有的全有不应该有的也有,那啥,我说不要行吗。过得好好的,一妖孽突然出现。那个啥,咱们不就是见过一次吗,喂,你手放哪了。你不是冰山吗,怎么这么温柔,我要给我的女主开外挂,虐那些不长眼的人。看容颜辉煌人生。
  • 一品凰妃:王爷,井水不犯河水

    一品凰妃:王爷,井水不犯河水

    最后的最后,他才相信命中注定这一说,上千年的轮回,终究敌不过当初轻言许下的承诺。“不要试着离开我,否则,哪怕是上九天下地狱,拆了那天庭地府,我也要一寸一寸将你挖出,与我生死同衾!”*初遇之时,他救她于铁蹄之下,临了凉凉抛下一句:“脑子不灵,反应迟钝,以后无事少出门。”再次相见,便是花好月圆良辰美景洞房花烛夜,他手持喜秤,轻挑盖头,眸光平淡波澜不兴:“姿色平常,身无二两肉,坊间传闻洛家三小姐爹不疼娘不爱,看来是真的。”她语噎,坊间还有传闻,当今六王爷年过二十未曾娶妻,且容貌丑陋性格怪癖,嫁给他就等于守了活寡。*本想着井水不犯河水,不料刚过回门之日他便娶了个女人回来,还是地位在她之上的正妃。一句话,堵得她心慌。也罢,她不妨养养小草,悦目又怡情。指着老天咒怨无果,终于认命地决定好生做他的妃,殊不知这只是一切计谋的开始。*当一切温情不再,真相昭然,他,终究不再是他。绝望而笑,心底升腾而起的彻骨寒意犹如来自万丈幽冥,唇边笑容却妖冶如罂粟,惊艳了刹那,照亮了芳华。“若不爱我,便放我走。”“就算不爱,你也注定只能是我的女人。”情缘三生,何处繁华笙歌落,沧海万倾,唯愿一生为一人。*深情腹黑无限,结局一对一,亲们别忘了“加入书架”哈。
  • 唤魔入圣

    唤魔入圣

    魔说:“我超脱凡尘,不入轮回,不为伪善仙神,一切皆由心定。率性而为,不受束缚,不铐枷锁。人若欺我,我剑指苍生,神若欺我,我屠尽神魔。普天之下,唯我超脱,而你,凡人,蝼蚁无异,生而何为?”叶子珏淡然一笑:“我会唤魔?”魔道:“你当为魔仆。”叶子珏负手而立,眸映苍天:“我当为魔主!”且看叶子珏如何以没落唤魔师的身份,携无尽魔物,在苍穹之下崛起。这是一个凡人的抗争,更是一个男人的宿命!权势滔天?富可敌国?软玉温香?霸绝天下?不不不,远远不够!我要的是主宰我的一切,无上!叶子珏如是说。
  • 末日生存之我若为王

    末日生存之我若为王

    地球灾变,风暴四起;硝烟弥漫,血暗降临。当未知的风暴一次次席卷而来,失忆少年会做出怎样的选择。诡异莫测的黑衣人,神秘的琥珀项链,地球外一直窥视的双眼。背后究竟隐藏着什么秘密?【失忆少年的末日之行,一切只为了揭开自己的身世之谜】