电学之父(声学之父)

据说科学家奥斯特发现了“电能产生磁性”的磁效应理论，引发了物理学领域的一场革命。在革命浪潮中，除了奠定电磁学理论基础的安培之外，还有被誉为“电学之父”的电磁学巨人法拉第。法拉第以非凡的勤奋，克服了种种困难，花了十年时间发现了“磁能发电”现象，并总结出相应的规律，从而把电磁学推向了实际应用阶段。

异常任务

“它突然打开了科学领域的一扇大门，这个领域过去是黑暗的，现在充满了光明。”公元1821年秋天的一个晚上，在皇家科学院的一个实验室里，时年30岁的法拉第在仔细阅读了奥斯特关于“电产生磁性”的论文后，强压下内心的激动，在日记中写下了这句话。

比如法拉第。(网络图)

当时，法拉第是英国著名科学家大卫的学徒和实验助手。他目前的主要任务是代表老师写一篇关于电磁学的发展和展望的文章，发表在国内享有盛誉的《哲学年鉴》杂志上。

大卫之所以把这么重要的任务交给法拉第，是因为他相信他的爱人有这个能力。

法拉第出生在英国伦敦郊区的一个铁匠家庭。因为家里穷，他只上了两年小学。12岁时，他成为一名书商和装订商的学徒。这使他能接触到许多书。

下班后，当同伴们离开车间回家时，法拉第却恋恋不舍，只是坐在窗前，如饥似渴地看书。他最喜欢的是自然科学书籍，里面讲了很多他从来不知道的有趣知识。有一天，法拉第在装订《大英百科全书》时，对“电”这个术语产生了兴趣。虽然他对电一无所知，但他只是通过查字典来研究自己。同时，他省吃俭用，用自己微薄的工资购买设备做电学实验。

法拉第通过书信成为大卫的实验助手后，帮助大卫发明了矿井安全灯，发现了氯气和氨气、固体苯等气体。

奥斯特电流磁效应发现的消息传到英国，英国《哲学年鉴》杂志找大卫要稿，评论电磁学一年的发展。忙于各种事务的大卫想都没想就把它给了在科学圈崭露头角的法拉第。

奥斯特实验示意图。(网络图)

在收集材料完成大卫布置的任务的过程中，一直对电磁学感兴趣的法拉第敏锐地意识到奥斯特磁效应理论的重要性。像奥斯特一样，他受到谢林哲学的影响，认为电、磁、光和热是相互关联的。现在奥斯特已经证明了电能产生磁性，接下来的路就是如何通过实验证明磁能发电。如果磁能发电成为现实，那么用这种方法发电，不仅可以获得大量的电力，而且比电池发电的成本要低得多。

“磁力当然可以转化为电！”法拉第在日记里郑重地写下这句话，然后放下笔，在口袋里放上一块马蹄形磁铁和一个线圈，慢慢向室外走去。他有边走边思考的习惯；在思考的过程中，可以用随身携带的设备做简单的实验。

不寻常的十年

起初，法拉第和当时很多参与电磁学研究的科学家一样，简单地认为当用强磁场接近导线时，导线中会产生电流，或者强电流通过导线时，靠近导线时会产生稳定的电流。于是，他要么用磁铁接触导线，将导线缠绕在磁铁上，要么将磁铁放入线圈的腹部，但没有电流产生。

法拉第，一个穷人，却有着超乎寻常的坚韧。对此，他想了很多实验方法，但都以无果而终。根据法拉第的日记记载，公元1824年12月28日晚，“(我)预料到流过导线的电磁电流在接近导线的强磁极的影响下，会在导线的其他部分表现出某种反应效应...电路会有长有短，用中铜线和纯银线，指针放入检流计。磁极放在螺线管里，等等，等等。虽然磁性很强，导线的弯曲在它的作用下绕过了它，但磁铁似乎对电流没有影响。”

房子漏雨，饱受持续夜雨之苦。因为法拉第的一些行为引起了大卫的不满和嫉妒，大卫派他进行了一系列光学玻璃实验。法拉第对这项工作不感兴趣，不得不做，所以他只利用业余时间研究电磁学。直到公元1829年，法拉第才得以在大卫死后暂停光学玻璃实验。因此，他日以继夜地进行电学实验。

大卫和法拉第。(网络图)

经过十年断断续续的失败、实验、反复的失败和实验，1831年8月29日，法拉第终于取得了突破。他在一根圆铁棒上绕了两圈。一个线圈连接到电源，一个小磁针平行于一个线圈的底部放置。接通电源，他发现小磁针摆动了一下，又回到了原来的位置。他以为自己瞎了眼，于是关掉电源，发现小磁针又轻轻摆动了一下，但方向相反。

法拉第追求这种瞬间现象。小磁针的摆动说明另一个线圈也有电流。但为什么它们只在电源打开或关闭时出现？想了很久，法拉第终于明白，当电源打开或关闭时，电流发生了变化，它们产生的磁场也发生了变化。也就是说，只有变化的磁场才能产生感应电流。

问题的关键是改变！

他的心剧烈地跳动着，他的激动溢于言表。因为他已经看到了成功的曙光！从那以后，他用不同的场景或材料设计了几十个实验。结果表明，只要通过闭合回路的磁力发生变化，比如在实验中插入或拔出一根磁棒，回路中就会产生感应电流。这就是著名的电磁感应定律。

电磁感应演示实验-插入或拔出磁棒。(网络图)

1832年1月12日，法拉第在英国皇家学会的会议上做了题为《电的实验研究》的报告。报告详细介绍了电磁感应定律及其对物理学的深远影响。自从奥斯特发现“电产生磁”以来，全世界的科学家都在寻找利用磁发电的方法，但都失败了。法拉第的成就赢得了全世界的赞誉。皇家学会授予他科普莱特奖，牛津大学授予他荣誉博士学位。他已经成为欧洲第一流的科学家之一。

磁能发电！法拉第十年前的预言实现了。

打开权力时代的大门

根据法拉第电磁感应定律，制造了世界上第一台DC发电机。也就是说，在U形磁铁的北极和南极之间，插入一个可能旋转的圆形铜盘。金属丝的一端缠绕在铜盘的轴上，另一端用刷子接触铜盘的边缘。当钢棒旋转时，在由铜板和导线组成的回路中产生电流。虽然这种发电机很简单，发出的电还不如现在的玩具发电机，但它第一次将机械能转化为电能，为人类打开了电气化的大门。

发电机的实验模型。(网络图)

发电机的问世宣告了电力时代的到来。30年后的1861年，德国人西门子发明了DC电机，完成了实用电机的雏形。1881年，美国人爱迪生改进了西门子发电机。1891年，俄罗斯科学家德布罗·里斯基指导学生完成了175公里三相交流远距离输电工程。今年，距离法拉第发现电磁感应现象已经过去了60年。今天，当人们打开开关，享受电能创造的文明成果时，都应该感谢法拉第。1931年，为了纪念电磁感应发现100周年，政府在伦敦举行了盛大的庆祝活动。鉴于法拉第在电学方面对人类的贡献，科学界公认他为“电学之父”。

早期西门子发电机(网络图)

在科学的道路上，法拉第从未止步。为了证明不同方法产生的电本质上是一样的，他仔细研究了电解液中的化学现象，总结出了公元1834年法拉第的电解定律。后来他潜心研究磁和光的关系，总结出了著名的磁光效应。与此同时，法拉第一直在钻研一个问题，那就是电和磁有什么联系？缺乏系统的数学教育，他无法用数学公式来表达，只能用文字来描述这种叫电磁场理论的东西。欲知是怎么回事，请看法拉第系列下集《多年潜心研究，只为创立电磁场理论》。

[参考]

1.论文《创新思维:电磁感应定律的发现》，博客名为《创新能力的培养》。

2.法拉第名人传记这本书。

3.百度“知乎”等平台。

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