• 法拉第的历史影响与评价——电磁感应现象的发现者

  • 发布时间:2017-09-23 09:12 浏览:加载中
  •   法拉第

      (1791~1867)

      [传略]迈克尔・法拉第,英国人,电磁感应现象的发现者,电解定律的创始人,人类迄至19世纪中叶最杰出的实验科学家,是继伽利略、牛顿以来的又一位近代物理学发展史上的里程碑式的大师。

      法拉第出身寒微。父亲是一个铁匠,家中经常为柴米油盐犯愁。法拉第在少年时期并没有显示出异于常人之处,由于口语方面的缺陷,他早早就辍学了。全家搬到伦敦后,年仅13岁的法拉第为谋生而成为一名书籍装订工。工作之余,他阅读了包括《化学问答》《大英百科全书》在内的大量的书籍,甚至自制了一架“电学仪器”来做简单的化学实验。

      后来,他有幸为当时鼎鼎大名的英国科学家汉弗莱・戴维做助手,随即进入英国皇家学院实验室,成为这所“最高深的科学研究和最佳最专门化的科学讲演之家”的一名成员。他其后的生活几乎都是在皇家学院提供的、位于阿尔培大街的房子的最高一层(住宅)和最低一层(实验室)之间度过的。1824年,他当选英国皇家学会会员;3年后,荣升为教授。从1839年至1855年,汇集了法拉第实验成果和重大发现的科学巨著《电学的实验研究》3大卷陆续出版了,这既是法拉第一生从事电磁学研究的实践经验和劳动成果的结晶,也是他留给人类的最宝贵的科学遗产。他曾寄语青少年:“希望你们年轻的一代,也能像蜡烛为人照明那样,有一分热,发一分光,忠诚而踏实地为人类伟大的事业贡献自己的力量。”这也正是他一生的真实写照。1867年8月25日,这位在实验室里耗尽毕生精力的物理学大师离开了人间。

      [影响]法拉第诞生于电磁学异军突起的新时代。在他之前,尽管英国人吉尔伯特、荷兰人马森布洛克、美洲的富兰克林等先驱者在对电现象和磁现象的研究上不断取得进展,尽管法国人莱诺发明的莱顿瓶及意大利人伏打制成的伏打电堆为科学家们研究电与磁提供了技术基础,但诸如如何获得强大而廉价的电力、电现象与磁现象之间的本质联系等问题依旧困扰着人们,这些具有划时代意义的问题最终被法拉第解决了。

      从1816年到1830年,法拉第主要在化学领域内从事实验,研究了玻璃的组成,硼酸的性质,锰和铁的分离,以及不锈钢的生产(主要是为了科学研究,而不是为实际使用)。实验过程偶尔也涉及磁的神秘现象,而且他的兴趣也日益被吸引到“电磁转换”的问题上来。他在致德・拉・里夫教授的信中说:“磁力转换的法则,简单而又美丽。”就在丹麦物理学家奥斯特提出“电流磁效应”现象那年(1820年),法拉第也研制成功了电磁铁,即在铁或钢块外面绕有通电导线时,铁或钢块便成了磁铁。既然电流能产生磁,磁能否产生电呢?法拉第决心向这个物理学未知领域上下求索。于是,在从1831年到1839年的8年中,他几乎完全致力于磁与电的研究。由于当时还没有制售电学仪器的商店,法拉第不得不亲自设计、研制包括绝缘导线在内的最普通的电学仪器,他甚至用自己灵巧的双手制造了一架极其灵敏的电流计。在最初的几年中,实验失败了一次又一次,挫折、失望,甚至流言蜚语也蜂拥而至。但法拉第并不气馁。1831年下半年,他在经过无数次实验后终于将磁转化为电,掀开了电磁感应现象的神秘面纱。在此基础上,他总结出了著名的“电磁感应定律”,即只有当穿过闭合回路的磁通量发生变化时,回路中才会产生感应电流;而当回路不闭合的时候,由于磁通量的变化,也会产生电磁感应现象,这时并没有感应电流,而存在感应电动势。当穿过回路的磁通量变化愈大时,回路产生的感应动势也愈大;当切割磁力线方向不同时,产生感应电动势或感应电流的方向亦会有不同。法拉第电磁感应现象的发现和电磁感应定律的建立,是电磁学发展史上最重要的成就之一。

      法拉第在电化学领域也取得了里程碑式的成就,那就是电解定律的创立。早在为戴维担任助手的最后一年(1811年),20岁的法拉第就自己动手完成了用电流方法来进行化学分解的实验,即电解的实验。20年后,他对电解课题再次显示出强烈的关注。通过细致的测定和周密的分析,法拉第发现电解时所析出的物质数量与通电量两者之间存在着严格的量的关系,并将之归纳为两条基本定律。第一定律:不管电解质或电极的性质是什么,由电解所析出之物的质量与电流强度及通电时间成比例,换言之,与通过溶液的总电量成正比;第二定律:一定量的电流量所析出之物的质量与这物质的化学当量成比例。后人将这两条定律合称为“法拉第电解定律”。电解定律的创立,为近代电子论的创立提供了强有力的实验依据,使人类在认识物质结构的道路上迈出了一大步。于是,半个世纪之后,英国物理学家汤姆生发现了电子的存在;1911年,美国人密立根成功地测量出电子所带电荷的精确值,这两大进步都与法拉第的电解定律密不可分。

      在新学说层出不穷、学术界崇尚争论的时代,法拉第并没有卷入各种泛泛的争论之中,而是一头扎在实验室里,通过实验来发现新现象,创立新理论。他毕生在化学、物理学领域的诸多重大贡献,无一例外地都是他卓有成效的实验工作的结果。仅在电磁学方面,他就进行了诸如导体的电荷分布、说明电容率特征、证明电荷守恒、光的偏振面在强磁场中旋转、揭示抗磁性和顺磁性等的实验。代表了法拉第一生研究最高成就的《电学的实验研究》一书,与其说是一部科学著作,毋宁说是一部实验记录。阅读此书的过程,实际上也是模拟实验的过程,其所具有的启发性是那些体系化的作品所无可比拟的。报童爱迪生在波士顿的一个书摊上买到几本残缺不全的法拉第的著作后,大受启发,通过一个又一个实验,完成了一个又一个发明。法拉第本人在研究过程中也有不少科学发明,如电量计、磁电发电机等,后者在当时还是一项了不起的成就。但法拉第显然无意于制造机器或从事与经商有关的科技项目,而是更醉心于发现科学发展中尚未被发现的基本事实。所以,他没有将他发明的发电机作公开展览,更没有利用这项发明去赚钱,只是在皇家学会作了一个报告,淡然处之。在他看来,让别人去利用他的发明造福于人类,他就感到心满意足了。

      [余论]法拉第由一个社会地位低下、其貌不扬、只受过2年正规小学教育的寒家子弟,变成一名硕果累累、功盖千秋的科学巨擘,这本身就是一个奇迹。创造这个奇迹的不是上帝,而是法拉第自己。勤奋是他成功的阶梯。谦虚克制的美德是法拉第成功的扶手。大化学家戴维之所以对他另眼相看,不断提携,与他的这种品质不无关系。戴维夫人总是视法拉第为仆人,甚至在公共场合不准他同席而食,他并不计较,泰然处之。成名之后,来自著名大学的奖状、奖章雪片般地向他飞来,他却把这些荣誉和地位的象征物全部束之高阁,连最亲近的朋友也无法看上一眼。1857年,法拉第谢绝了要他担任英国皇家学会会长的邀请,理由是“我决心一辈子当一个平凡的迈克尔・法拉第。”
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