控制电路里的“孪生兄弟”—电和磁

电和磁作为一对“孪生兄弟”，体现了电磁学的和谐之美。为现实生活提供了便利服务，照明、手机、交通工具、工农业设施等等电气设备的运作都是这两位兄弟在不辞辛苦地起作用。电和磁更为三相异步电动机控制系统中的低压电器赋予了诗和远方。

三相异步电动机实现正反转，主要是控制系统在起作用，如果说控制系统是大脑，那么电和磁就是神经和血液。要实现正反转，必须将三相交流电任意两相换序，换相后电流的流向取决于对应电路中交流接触器的主触点是否闭合，而主触点的开合则是由接触器线圈的通断电控制，线圈的通断电可以控制衔铁的吸合和断开，衔铁的吸合断开又控制主触点的开合，这一基本原理归功于电和磁这对“孪生兄弟”的强强联手。

谈到电和磁，首先会想到19世纪初是物理学家奥斯特发现了电流产生磁场这一现象，这一伟大发现打破了早期电与磁之间被孤立研究的屏障。这是一次雄心勃勃而又目的明确的探索。起初，奥斯特用莱顿瓶试验，不管莱顿瓶带的电有多强，也没有发现它有磁效应，后来他改用伏打电堆产生的电流做实验，同样也失败了。难能可贵的是，奥斯特的探索目标始终是明确的，信念是坚定的，尽管走了许多弯路，但多年来他从未动摇过。换种思维，他重新思考多年来一直萦绕在心的那个问题：如果电流能产生磁效应，也许这个磁效应的作用是横向的，而不可能沿着电流的方向——因为不少人沿着这个方向去探索都没有效果。这是一个大胆而天才的设想。
       1820年4月的一天，奥斯特在课堂上抱着试一试的想法，做了一次即兴实验。他把一根很细的铂丝连在伏打电槽上，细铂丝下搁着一个用玻璃罩的磁针，以往的实验磁针与导线是垂直的，这次他特意让磁针与细铂丝平行。当着许多听课学生的面，奥斯特接通电源，这时奇迹出现了，磁针竟然摆动了一下！由于他实验的电流很小，磁针的摆动不大明显，在场的学生并没有在意，然而奥斯特却大喜过望，高兴得竟然在讲台上摔了一跤。只有奥斯特知道：这是人类第一次有意识地发现了电和磁的关系！

奥斯特被他的观察激发了思考，但他并没有立即找到数学解释，而是在此后的三个多月里，一直在深刻思考和刻苦钻研，有时废寝忘食，几乎一连做了六十多次实验，直到能非常确定“电流产生磁场”。7月的一天，他以一篇《关于磁针上电流碰撞的实验》论文的形式向科学界宣布了电流的磁效应。至此，电和磁，这两条古老的河流在奥斯特这里汇合了！ 

奥斯特的发现突破了电磁无关的思维定势，拓宽了物理学前景研究的视野，增强了人们对固有观念的怀疑精神和推翻权威的自信心，在当时这一发现轰动了全欧洲的物理学界，人们本来以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。

基于奥斯特的发现，受谢林哲学影响的电学之父法拉第强压内心的激动，采用逆向思维的方式大胆设想：既然电能生磁，那么磁能否生电呢？若能，如何用实验证明磁能生电？如果磁生电成为现实的话，那么用此法发电，既可得到很大的发电量，又可以比电池生电的成本低很多。“磁一定能转化为电！”法拉第在日记本上郑重写下这句话，以奥斯特为偶像，带着崇拜，法拉第就对“磁”能生“电”充满了期待和信心。

开始，法拉第也像当时许多投身电磁学研究的科学家一样，简单地认为用强磁场靠近导线，导线中就会产生电流，或者在一根导线中通过强大的电流，靠近导线就会产生稳定的电流。于是，他或用磁铁碰导线，或把导线绕在磁铁上，或把磁铁装进线圈肚子里，但都没有电流产生。

穷人出身的法拉第具有非同一般的韧劲,他想了很多实验方法，希望能从“磁”中生出“电”来，但屡战屡败，都以没有结果而告终。屡败屡战，在随后的日子里，法拉第一边从事着师傅戴维派他的一系列光学玻璃实验，一边关注着电和磁研究方面的最新进展，一边偷偷地进行着电和磁相关的实验。他夜以继日地进行电学实验研究，没想到这一大胆假设坚持了十年。历经十年，痴心不改，功夫不负有心人，1831年10月，他发现了具有划时代意义的电磁感应现象，次年，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”，

不忘初心，方得始终，至此，他完成了9年前就定下的“变磁为电”的目标。

坚定的信念，智慧的引领，“它猛然打开了一个科学领域的大门，那里过去是一片漆黑的，如今充满了光明。”这两位物理学家的伟大发现使人们对电和磁这对”孪生兄弟“的内在联系有了更加深刻的认识，为电磁学的发展做出了前所未有的贡献，同时也推动了电气自动化控制时代的到来，成就了我们精彩的现代生活！