迈克尔法拉第:电磁学之父
虽然在“电磁转动”风波中最终澄清了自己的名誉,法拉第却早在风波乍起之时就为了避嫌而中断了对电和磁的研究。事实上在那之后,沃拉斯顿和戴维在这片划出来的领地里都没有什么建树。1829年,沃拉斯顿和戴维相继去世。
法拉第不再需要避嫌了。
他正式致函皇家学会,希望重新回到电磁学领域。
1831年,法拉第40岁的时候,才真正回到令自己真正产生兴趣,并有信心做出开创性工作的电磁学领域。
就在这一年的10月,他发现了具有划时代意义的电磁感应现象,完成了9年前就定下的“变磁为电”的目标。
可以预见,如果不是“电磁转动”风波,法拉第不会中断电磁研究,电磁感应定律的诞生会提前许多,这也算是好事多磨吧。
电磁感应现象再说说法拉第所做的世界上第一个电磁感应实验吧。
法拉第把两个线圈绕在一个铁环上,线圈A接直流电源,线圈B接电流表,他发现,当线圈A的电路接通或断开的瞬间,线圈B中会产生瞬时电流。
法拉第发现,铁环并不是必需的。
拿走铁环,再做这个实验,上述现象仍然发生,只是线圈B中的电流弱些。
为了彻底研究电磁感应现象,法拉第做了许多实验。
包括最广为人知的那一个:若移动一块磁铁通过导线线圈,则线圈中将有电流产生;如果移动线圈通过静止的磁铁上方,线圈中同样也会有电流产生。
根据这些原理法拉第发明了法拉第盘,这被看作是现代发电机的雏形。
1831年11月,法拉第向皇家学会提交了一份报告,把“磁生电”的现象定名为“电磁感应现象”,并概括了可以产生感应电流的5种情形:变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。
法拉第的脚步越走越快,越走越远。
1837年他引入了电场和磁场的概念,指出电和磁的周围都有场的存在,这打破了牛顿力学“超距作用”的传统观念。
1838年,他提出了电力线的新概念来解释电磁现象,这是物理学理论上的一次重大突破。
1839年他成功地通过了一连串重要的实验继续深入了解电的本质。
法拉第通过研究静电、电池、生物电的静电相吸、电解、磁力等现象,得出新的结论:即使来源不同,产生的电都是一样的。
1843年,法拉第用有名的“冰桶实验”,证明了电荷守恒定律。
1852年,法拉第又引进了磁力线的概念,从而为经典电磁学理论的建立奠定了基础。
后来,英国物理学家麦克斯韦用数学工具研究法拉第的力线理论,最后完成了经典电磁学理论。
法拉第是虔诚的基督教桑德曼教派信徒,还担任过两任长老,这个教派拥有和谐的宇宙观,这使法拉第对自然界各种现象的普遍联系有着很朴素的坚定信念。
他读书不多,数学能力不强,只能计算简单的代数问题,甚至不懂三角学,但这反而使他可以通过简单的语言更清晰地表达他在科学上的想法。
正是靠着直觉和对实验现象的观察,让他坚信“电能生磁,磁也能生电”这个朴素的观念,并坚持不懈地为用实验证实这种联系而探索不已。
在这些研究工作的基础上,他形成了“电和磁作用通过中间介质、从一个物体传到另一个物体的思想”。
于是,介质成了“场”的场所,场这个概念正是来源于法拉第。
正如爱因斯坦所说,引入场的概念,是法拉第最富有独创性的思想,是牛顿以来最重要的发现。
牛顿及其他学者的空间,被视作物体与电荷的容器;而法拉第的空间,是现象的容器,它参与了现象。
所以说法拉第是电磁场学说的创始人当之无愧。
他深邃的物理思想,强烈地吸引了年轻的麦克斯韦。
麦克斯韦认为,法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用电动力学更为合理,他正是抱着用严格的数学语言来表述法拉第理论的决心闯入电磁学领域的。
爱因斯坦高度评价法拉第的工作,认为他在电磁学中的地位,相当于伽利略在力学中的地位。
爱因斯坦的学习墙上有3张科学家的照片,分别是牛顿、法拉第和麦克斯韦。
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