物理学史3.7 法拉第发现电磁感应.doc

3.73.7 法拉第发现电磁感应法拉第发现电磁感应1820 年起，电磁热席卷欧洲，研究结果大量发表，众说纷纭，真伪难辨1821 年英国哲学学报（Annal of Philosophy）杂志编辑约法拉第写一篇 关于电磁问题的述评，这件事导致法拉第开始了电磁学的研究法拉第当时正在英国皇家研究所做化学研究工作他原来是文具店学徒工， 从小热爱科学，奋发自学由于化学家戴维的帮助，进到皇家研究所的实验室 当了戴维的助手，1821 年受任为皇家研究所实验室主任法拉第在整理电磁学文献时，为了判断各种学说的真伪，亲自做了许多实 验，其中包括奥斯特和安培的实验在实验过程中他发现了一个新现象：如果 在载流导线附近只有磁铁的一个极，磁铁就会围绕导线旋转：反之，如果在磁 极周围有载流导线，这导线也会绕磁极旋转，如图 3－9这就是电磁旋转现象与此同时，法拉第对安培的“分子电流”理论提出不同看法他设计了一 个表演取一支玻璃管，在上面缠以绝缘导线，做成螺线管，水平地半浸于水 中然后在水面上漂浮一只长磁针按照安培的观点，载流螺线管对应于长条 磁铁，螺线管的一端相当于南极，另一端相当北极磁针如果是南极指着螺线 管的北极，应该会吸向螺线管的北极并停于北极的一端。

法拉第指出，这与实 验结果不符他做的实验是磁针的南极继续穿过螺线管，直至磁针的南极接近 螺线管的南极法拉第论证说，如果磁针是单极的，它就会沿磁力线无休止地 运动下去，就象电磁旋转器那样法拉第认为，和载流螺线管对应的不是实心 磁体，而应是圆筒形磁铁安培则反驳说，圆筒形磁铁和螺线管并不一样按照他的分子电流假设， 圆筒形磁铁中的电流是一小圈一小圈，而线圈中的电流是沿着大圈的（如图 3－10）为了证明圆筒形磁铁中的电流是互相抵消的，他当众作了一个表演：把绝缘导线绕许多圈，做成线圈，圈内部放一个用薄铜片做成的圆环， 取一磁棒置于圆环近旁，如果铜环里有宏观电流，磁棒就会驱使铜环偏转否 则，只可能有分子电流安培的实验表明铜环里只有分子电流这是 1822 年的事如果安培细心做下去，肯定会发现，圈通断电的瞬 间，铜环里会出现宏观电流遗憾的是安培一心只是想证明他的分子电流学说， 竟错过了发现电磁感应的机会据文献记载①，法拉第在知道安培的答辩后，也重复了这个实验可惜他 所依据的资料把安培的圆环误画为圆盘，所以法拉第重复了多次没有得到结果如果安培能更客观地对待实验，如果法拉第能准确地了解安培的实验，也 许他们中的一位会比 1831 年早好几年发现电磁感应。

当然，法拉第发现电磁感应并不是偶然的机遇，而是他一贯追求科学真理 的结果他和奥斯特一样，笃信自然力的统一，早就在寻找“磁生电”的迹象 了从 1824 年到 1828 年，法拉第多次进行电磁学实验他仔细分析电流的磁 效应，认为电流与磁的相互作用除了电流对磁、磁对磁、电流对电流，还应有 磁对电流的作用他想，既然电荷可以感应周围的导体使之带电，磁铁可以感 应铁质物体使之磁化，为什么电流不可以在周围导体中感应出电流来呢？于是 他做了一系列实验，想寻找导体中的感应电流，其中有：线圈接电池通电，一根导线置于线圈近旁，导线两端接电流计构成回路 结果在电流计中未发现感应电流令导线穿载流线圈而过，再接于电流计，也未发现感应电流再将导线绕成线圈置于载流线圈内，仍未发现感应电流……尽管“磁转化为电”的迹象还未找到，法拉第的信念始终没有动摇他在 实验日记里多次记录了不成功的尝试，顽强的意志跃于纸上1831 年 8 月 29 日，法拉第终于取得突破性进展这次他是用一个软铁圆环，环上绕两个互相绝缘的线圈 A 和 B，如图 3－11法拉第在日记中写道①：“使一个有 10 对极板，每板面积为 4 平方英寸的电池充电用一根铜导线 将一个线圈，或更确切地说把 B 边的线圈的两个端点联接，让铜线通过一个距 离，恰好经过一根磁针的上方（距铁环 3 英尺远）。

然后把电池联接在 A 边线圈的两端；这时立即观察到磁针的效应，它振荡 起来，最后又停在原先的位置上，一旦断开 A 边与电池的联结，磁针再次被扰 动法拉第继续试验，注意到如果维持通电状态，磁针毫无反应法拉第这才 猛省，原来这类感应现象有特殊性，是和瞬间变化的过程联系在一起的接着，法拉第又做了一个实验他取来一根铁棒，在铁棒上绕以线圈，再 和电流计相接铁棒两端各放一根磁棒，如图 3－12当磁棒张合之际，电流 计的磁针也不断摆动一个月后，法拉第对各项试验作了总结，向英国皇家学会报告说：产生感 应电流的情况可以分为五类：1.变化中的电流；2.变化中的磁场；3.运动的稳 恒电流；4.运动中的磁铁；5.运动中的导线法拉第只是定性地用文字表述了电磁感应现象1833 年楞茨（Lenz）进一 步发现楞茨定则，说明感应电流的方向1845 年才由纽曼 （F.E.Neumann，1798—1895）以定律的形式提出电磁感应的定量规律，即感应 电动势为：法拉第对电磁学的贡献不仅是发现了电磁感应，他还发现了光磁效应（也 叫法拉第效应）、电解定律和物质的抗磁性他在大量实验的基础上创建了力 线思想和场的概念，为麦克斯韦电磁场理论奠定了基础。

① L.P.Williams，Am.J.Phys.54（1986），p.306. ① Faraday′sDiary，Bell，（1932）Vol.1，p.279。