1.7.2 “转磁为电”的伟大旗手

“转磁为电”的伟大旗手

当电流磁效应的发现传到法国后,法国科学家安培(1775—1836年)、阿拉果(1786-1853年)等人不仅彻底研究了奥斯特的发现,而且也作出了一些新的发现。安培将绝缘导线缠绕成螺线管的形状,而后通电。他发现,这个通电螺线管就像一个磁石,它可以与磁石相互作用,通电的螺线管与通电的螺线管之间也像磁石与磁石一样相互作用。安培还用右手定则来说明电流方向与磁的方向关系。用螺线管磁化钢条是阿拉果发明的,它简便实用,因此它迅速传播开来。

当消息传到英国后,一位年青的科学家由于偶然的机会参与了电磁学的研究。这就是伟大的科学家法拉第(1791—1861年),对于电磁学,甚至对于整个物理学来说,这实在是电磁学的幸运、是物理学的幸运。

少年的法拉第由于家境贫寒,家中无法负担他受教育的费用。12岁时,他就为一家书店当送报童,后来他当上了这家书店的装订学徒。由于在书店工作,这使法拉第免费看到许多书。对照书上的知识,法拉第还动手作了一些实验。业余时间,法拉第还去参加一些科普讲座,特别是大化学家戴维(1778—1829年)的演讲,对法拉第产生了很深的影响。后来,在戴维的帮助下,法拉第步入了科学界。

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法拉第

1821年,当法拉第得知奥斯特的实验研究之后,他不仅重复了这些实验,而且发现小磁针有围绕导线做圆周运动的倾向。如果从作用与反作用的原理考虑,导线也应可以绕磁极转动。是否真的是这样,法拉第决定设计一个装置来检验自己的想法。

法拉第在一个玻璃容器中立一根磁棒,用蜡把磁棒底部粘在容器底部。他向容器内倒入水银,并使磁棒露出水银的液面。再用一根粗铜丝扎在一个软木块上,并让软木块浮在水银上。导线下端通过水银连到伏打电堆的一极上,而导线上端通过一根又轻又软的铜线接到伏打电堆的另一极上。当法拉第接通电源,他看到浮在水银面上的软木块晃了几下,而后像一只小船一样绕着磁棒转动起来。

后来,法拉第又改进了实验。在这个装置中,左半部的磁棒可绕中心固定点转动,右半部的磁棒是固定的,导线可以绕磁棒转动。法拉第的装置非常重要,他第一次实现了由电磁运动向机械运动的转化。利用这个装置可以使电流产生连续运动,实际上这是一台电动机,是人类发明的第一台电动机。

初步的成功使法拉第非常欢欣,但他并不满足,同时也更加坚定了他在电磁学研究上的信心。

与奥斯特的想法类似,法拉第认为,电流具有磁效应,电流与电流之间也有磁效应,反过来磁体附近是否也可以产生电流呢?1822年,法拉第在日记中记下了“转磁为电”的想法。当然,实现这个想法是非常困难的。

1825年,法拉第又进行实验,试图发现磁生电的现象,但失败了。1831年,法拉第再次尝试,他作了认真的准备。法拉第准备了一根长8.5英寸、厚4.3英寸的圆形磁棒,用203英尺长的铜导线绕在一个空的圆筒上。铜线圈连接一个电流计,但不通电。法拉第将磁石接近线圈,电流计并没有反应。当他将磁石完全插入线圈,电流计指针却突然转动了一下,而后就又不动了。当将磁石抽出时,电流计指针又动了一下。法拉第又试了多次,当磁石插入和拔出都可以产生瞬时的电流。

法拉第还将两个线圈中的一个连接电池组,一个连接电流计。同上面的实验差不多,在接通开关时,法拉第注意到,在接通的一瞬间,电流计的指针抖动了一下。这样,法拉第终于发现了磁生电的现象,并且将这种现象命名为“电磁感应”。

电磁感应现象的发现使人们对电磁联系的认识更加完整,为电能的开发奠定了基础。当然,就像许多新生事物一样,许多人对法拉第的新发现也产生了疑问。在法拉第所作的一次关于电磁感应现象的讲演中,有一位贵妇人曾问法拉第:“它有什么用呢?”是啊!法拉第不断改进装置,其结果不过是使电流计微微地抖动了几下。然而,法拉第坚信新发现对人类认识电磁现象是有极其重要的意义的。因此,法拉第回答道:“那么请问,一个新生的婴儿又有什么用呢?”