法拉第电磁感应实验 电磁感应理论之父，法拉第传奇

作者|肖早军

来源|鲜枣教室(ID: xzclasscom)

1791年9月22日，英格兰萨里郡纽因顿的贫穷铁匠詹姆斯·法拉第迎来了他第三个孩子的出生。

没错，这个孩子就是迈克尔·法拉第，英国著名物理学家、化学家，后来被称为“交流电之父”。

迈克尔·法拉第(1791 ~1867)

法拉第的家庭条件很差。打铁的时候全家人的生计都靠父亲。

1796年，法拉第5岁时，全家从纽因顿搬到伦敦，在曼彻斯特广场附近租了一个马车仓库。

虽然家境贫寒，但法拉第的父亲坚持让法拉第和弟弟上小学，告诫他们要勤劳正直，做人要正直，不要贪图名利。父亲的教诲对法拉第后来的生活产生了深远的影响。

几年后，法拉第的父亲因过度劳累而病倒了。无奈之下，全家只能靠接受救济过活。法拉第的小学也被迫终止(只持续了两年)。

1803年，12岁的法拉第开始走上街头卖报纸谋生。第二年，他来到布兰福德街的一家书店，在书店当学徒，学习装订技巧。

小法拉第勤奋灵活，很快赢得了书店老板瑞波先生的信任和喜爱。

下班后，法拉第在书店积极阅读大量书籍。其中包括《哈姆雷特》《李尔王》等莎士比亚经典，以及《大英百科全书》《化学漫谈》等科学经典。

年轻的法拉第求知若渴，被书中的知识深深吸引。他很想实践书上记载的实验过程。但是，作为一个穷徒弟，他没钱买实验设备。所以他只能用废料做一些简单的物理化学实验。

1810年，在哥哥的支持下，法拉第有幸参加了由学者塔图姆领导的青年科学组织——伦敦哲学学会。通过参加一系列活动，掌握了物理、化学、天文、地质、气象等基础知识，为后来的研究工作打下了良好的基础。

在此期间，法拉第连续十余次参加了塔图姆关于自然哲学的通俗讲座。每次讲座结束，法拉第都会重新抄写笔记，画出仪器设备的图纸。他甚至把他的笔记装订成一篇优美精致的《塔图姆自然哲学讲义》，交给了里波先生，这让对方很高兴。

法拉第的勤奋和学习也感动了书店的一位顾客，英国皇家学院的唐斯先生。作为鼓励，唐斯先生向法拉第赠送了四张汉弗莱·戴维教授在皇家学院科学讲座的门票。

汉弗莱·戴维是一位伟大的科学家。23岁成为皇家学院的化学教授，33岁成为皇家学院的灵魂。

1812年2月，20岁的法拉第连续听了大卫教授的四次讲座，被精彩的讲座内容所震撼，加深了对科研工作的热爱，并决心投身其中。

因此，他写信给当时的皇家学会主席约瑟·f·J·班克斯爵士，希望能在皇家学会找到一份工作，即使他在实验室洗瓶子。

结果心烦意乱的法拉第等了整整一个星期都没有回音。他忍不住去皇家学院打听，得到的回复只有一句冷冰冰的话:“班克斯爵士说你不用回信！”。

如果是别人，我会在这样的屈辱之后放弃。但是固执的法拉第没有放弃。

不久，他又鼓起勇气写了第二封信。这一次，他直接给汉弗莱·戴维写了一封信，并附上了亨利·戴维爵士精心安排和装订的演讲稿。

收到这封信的汉弗莱·戴维(Humphry davy)深感震惊——他没想到法拉第在仅仅四个小时的演讲后就写下了386页的笔记！所有的内容不是一字不漏，没有阐述的也是补全。

那天晚上，汉弗莱·戴维回信给法拉第，表达了他的钦佩之情——“先生，我愿意做你顺从而谦卑的仆人。我很乐意帮助你，我希望这是我能做的。”

作为一名社会公认的学者，汉弗莱·戴维能写出这样的文字，这是难以想象的。

1813年3月，22岁的法拉第终于进入皇家学院，成为助理实验师和汉弗莱·戴维的助手。

对于法拉第来说，科研生涯正式开始。

不久之后，汉弗莱·戴维在法拉第的协助下出发去欧洲大陆进行调查。

虽然他实际上是一个助手，但他在公共场合只是一个仆人。法拉第不在乎这些，他也不自卑。在他眼里，这次调查是一次宝贵的学习机会，只要他能学到东西。

如人们所愿，他认识了许多著名的科学家，参加了各种学术交流活动，大大拓宽了他的视野。聪明勤奋，还学过法语和意大利语。

1815年5月，法拉第回到英国，开始在汉弗莱·戴维的指导下做一些独立的研究工作。不久，他在化学研究方面取得了几项成就。1816年，法拉第发表了第一篇科学论文。

1820年，一个事件改变了法拉第和整个人类的命运。

今年，丹麦物理学家汉斯·凯斯蒂·安·奥斯特在一次演讲中意外发现，当他给电线通电时，他旁边的小磁针会偏转。

后来，奥斯特对这一现象进行了三个月的反复实验。最后，通过一篇题为《论磁针的电流冲击实验》的论文，他正式向学术界宣布，他发现了电流的磁效应。

这一发现在整个物理学领域引起了轰动。几个月后，毕奥和萨伐尔在拉普拉斯的帮助下，发现了电流在空之间产生磁场的定量规律，这就是著名的毕奥-萨伐尔定律。用毕奥-萨伐尔定律，我们可以计算空范围内任意电流产生的磁场，但这种方法在实际使用中会比较繁琐。

两个月后，安培发现了一种更实用、简单的计算电流周围磁场的方法，这就是安培环路定理。对了，安培还总结了一个很实用的规律，帮助判断电流产生的磁场方向，这就是安培定律(也就是高中时的右手螺旋定律)。

奥斯特的发现也引起了汉弗莱·戴维和威廉·沃拉斯顿的注意。

W.沃尔斯顿是汉弗莱·大卫的同事和朋友，也是重要的化学家和钯铑的发现者。

大卫和沃拉斯顿开始研究电和磁，但没有进展。

1821年，《英国哲学年鉴》主编邀请大卫写一篇文章，评论奥斯特之后电磁实验理论的发展。大卫把工作交给了法拉第。

在收集数据的过程中，法拉第对电磁现象产生了极大的热情，开始转向对电磁学的研究。

他仔细分析了奥斯特的实验，经过反复实验和思考，取得了一些研究成果。

当时法拉第打算把结果告诉大卫和沃拉斯顿，但两人碰巧都不在。法拉第的朋友劝他尽快公布结果，免得先被安培等人公布。于是法拉第听从了这个建议。

没想到，法拉第的成果发布后，非但没有得到赞赏，反而受到了批评。很多人认为法拉第抄袭了沃拉斯顿的研究成果。

法拉第请沃拉斯顿帮他澄清。沃拉斯顿坦承自己从事的是电、磁工作，但从不同角度看，法拉第无法向他借任何东西。

法拉第还要求他的老师大卫帮助他澄清。然而，大卫没有这样做。他选择了沉默。

究其原因，还是因为嫉妒。法拉第的成就超过了大卫，大卫心里接受不了这个现实，于是开始打击法拉第。

除了没有帮助法拉第澄清，大卫还介入了法拉第的电磁研究。1825年，大卫任命法拉第研究一个与电和磁无关的新项目——光学玻璃的制备。

这个实验持续了很多年，没有任何重大进展，纯粹是浪费法拉第的时间。

法拉第的朋友们对法拉第的经历感到愤怒，于是他们联系了皇家学会的29名成员，共同提出法拉第作为皇家学会的成员候选人。沃拉斯顿带头签了名。

大卫听到这个消息后勃然大怒。他愤怒地跑到皇家学院实验室，命令法拉第放弃他的资格。法拉第压住怒火，冷冷地说:“汉弗莱爵士，我既没有提名自己为皇家学会会员，也没有提交任何证书。我能撤回什么？”

后来，为了阻止法拉第成为会员，大卫一再推迟投票，并在最后的投票中投下了唯一的反对票。然而，只有大卫一人未能阻止法拉第当选皇家学会会员。

1829年，大卫去世后，法拉第终于停止了对光学玻璃的实验，开始回归有意义的研究。

在电磁学领域，法拉第如鱼得水。回归的第二年，他发现磁发电的关键在于相对运动。

1831年，法拉第发现，虽然一个通电线圈的磁力不能在另一个线圈中引起电流，但当通电线圈的电流刚刚接通或断开时，另一个线圈中的电流计指针有轻微偏转。

经过反复实验，法拉第确认，当磁力发生变化时，另一个线圈中存在电流。他还设计了各种实验，比如两个线圈相对运动时，磁力的变化也会产生电流。

就这样，法拉第提出了电磁感应定律。

同年10月28日，法拉第基于自己的理论研究，发明了圆盘发电机。这是人类第一次发明发电机。

发电机的发明具有划时代的意义，也意味着巨大的专利收益。但法拉第自始至终都没有想过申请专利，也没有从中获利哪怕一分钱。

从此，法拉第进入了科研成果高产期。

1834年，法拉第总结了法拉第电解定律:电解释放的物质总量与通过的电流总量成正比，与那种物质的化学当量成正比。这条定律已经成为连接物理和化学的桥梁，也是通向发现电子道路的桥梁。

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，打破了牛顿力学中“远距离作用”的传统概念。

1838年，他提出了新的电力线概念来解释电和磁现象，这是物理学理论的一大突破。

1843年，法拉第用著名的“冰桶实验”证明了电荷守恒定律。

1845年，经过无数次失败，他终于发现了磁光效应。他通过实验证明了光与磁的相互作用，为电、磁、光的统一理论奠定了基础。

1852年，他引入了磁力线的概念，为经典电磁学理论的建立奠定了基础。

虽然法拉第取得了显著的成就，但他一直担心自己不能给出电磁理论的精确数学方程。因为法拉第小时候没有受过正统的教育，他的数学能力远不如他的实验能力。

就在法拉第认为他在生活中看不到电磁理论被数学证明的时候，1865年，另一位伟大的科学家麦克斯韦(Maxwell)接过了他的衣钵，用完美的数学公式(Maxwell方程组)证明了他对电磁理论的猜想。

两年后，1867年，迈克尔.法拉第去世，享年76岁。

法拉第去世时，伦敦有人提议停电三天以示敬意。

纵观法拉第的一生，他都在与自己坎坷的命运作斗争。年轻的时候，凭着个人的努力，他实现了命运的逆转，成功地投身于科学事业。中年，面对老师的打压，他忍气吞声，毫无怨言。

取得成就后，法拉第并没有沉湎于名利。他永远记得父亲的教诲，保持谦虚低调，是一个正直的学者。

1857年，皇家学会学术委员会一致决定聘请他为皇家学会会长。他一再拒绝这个荣誉职位。他说:“我是一个普通人。如果我接受了皇家学会想给我增加的荣誉，那么我无法保证自己的诚实和正直，哪怕是一年。”

当英国王室准备给他爵位时，他多次婉言谢绝。他说:“法拉第出生时是平民，不想成为贵族。”。

这是迈克尔·法拉第，电磁感应理论的伟大之父！

参考文献:

1.百度百科:迈克尔·法拉第

2.360度图书馆:迈克尔·法拉第的故事

3.宇宙时间空旅程:电的骄傲。世界

4.方圆。平凡不藏光华:迈克尔.法拉第。科学家

5.法拉第传记，商务印书馆

6.Zhihu:如何用简单的术语解释麦克斯韦方程组？昌威科技