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邁克爾·法拉第(電學(xué)之父)

邁克爾·法拉第 (Michael Faraday,1791年9月22日~1867年8月25日),英國物理學(xué)家、化學(xué)家,也是著(zhù)名的自學(xué)成才的科學(xué)家。

法拉第1791年9月22日出生于薩里郡紐因頓一個(gè)貧苦鐵匠家庭,僅上過(guò)小學(xué)。1831年,他作出了關(guān)于電力場(chǎng)的關(guān)鍵性突破,永遠改變了人類(lèi)文明。

邁克爾·法拉第是英國著(zhù)名化學(xué)家漢弗里·戴維的學(xué)生和助手,他的發(fā)現奠定了電磁學(xué)的基礎,是詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的先導。1831年10月17日,法拉第首次發(fā)現電磁感應現象,并進(jìn)而得到產(chǎn)生交流電的方法。1831年10月28日法拉第發(fā)明了圓盤(pán)發(fā)電機,是人類(lèi)創(chuàng )造出的第一個(gè)發(fā)電機。1867年8月25日,法拉第因病醫治無(wú)效逝世,享年76歲。

由于他在電磁學(xué)方面做出了偉大貢獻,被稱(chēng)為“電學(xué)之父”和“交流電之父”。

個(gè)人生活

伴侶

撒拉·伯納爾是法拉第好友伯納爾的妹妹,法拉第是在教會(huì )中認識她的。1819年,法拉第每個(gè)星期日晚上都會(huì )去伯納爾家中吃飯,跟伯納爾討論科學(xué)或一同唱歌,并且準時(shí)十點(diǎn)離開(kāi)。大家都以為法拉第一定是回實(shí)驗室繼續研究,豈知他是在路上散步許久,才能冷卻他對撒拉的愛(ài)慕……。有一次法拉第在讀書(shū)會(huì )中朗誦一首愛(ài)情詩(shī),伯納爾認為他一定有原因,回家后將法拉第的詩(shī)給妹妹撒拉看。后來(lái)撒拉問(wèn)法拉第關(guān)于詩(shī)的內容,法拉第交出詩(shī)后立刻從撒拉身邊逃離。法拉第自責但又無(wú)法克制對撒拉的思念……。撒拉知道法拉第這個(gè)人不愛(ài)錢(qián)又不在乎名利,從事研究就一定全心投入,并且是當時(shí)知名的皇家學(xué)院教授,他們的配偶往往是一輩子孤單與寂寞……。

但智慧的撒拉決定與法拉第在一起時(shí),也同時(shí)決定要作法拉第研究成果的分享者,她也常常鼓勵法拉第分享自己的快樂(lè )與憂(yōu)愁,因為撒拉深知“成功的婚姻是一輩子的戀愛(ài),而成功的戀愛(ài)是兩個(gè)人知道怎樣談戀愛(ài)?!狈ɡ诤髞?lái)在日記中見(jiàn)證:“在我的一生中,對我的喜悅與心理健康,最有幫助的就是婚姻?!痹诜ɡ诎l(fā)現馬達的原理那一刻,她也是法拉第第一個(gè)想要共同分享這份喜悅的人。法拉第并沒(méi)有因為戀愛(ài)放棄他的讀書(shū)、研究與朋友,他的生活還是一樣很忙碌,在皇家學(xué)院做實(shí)驗、替窮人朋友上化學(xué)課、參加讀書(shū)會(huì )、文藝俱樂(lè )部、騎腳踏車(chē)、爬山、教妹妹寫(xiě)字、合唱團練習等……。然而撒拉的態(tài)度也相當成熟,她認為成熟的愛(ài)情并不一定要成日黏在一起,而需要彼此信任與體諒。

1821年6月12日,法拉第與撒拉結為夫婦。

當時(shí)法拉第正忙著(zhù)做電學(xué)的實(shí)驗,無(wú)法抽出時(shí)間和撒拉一同度蜜月,撒拉面對法拉第的自責,面帶微笑與體諒,告訴法拉第手邊的工作告一段落再去也可以。1821年9月,法拉第完成電磁轉動(dòng)的實(shí)驗,而且寫(xiě)好研究論文,兩人才去海邊度蜜月。撒拉不懂電磁學(xué),當有人質(zhì)疑撒拉不懂科學(xué)如何跟科學(xué)家丈夫相處,撒拉很堅定的回答:“科學(xué)已經(jīng)深深地吸引他到了剝奪睡眠的地步,我非常滿(mǎn)足于成為他內心安歇的枕頭?!睂θ隼?,丈夫的健康遠比羅曼蒂克的幻想更為重要。法拉第將電磁轉動(dòng)的研究投稿至科學(xué)季刊,毀譽(yù)參至,有人譏諷他抄襲、只是好運,有人開(kāi)始重復他的實(shí)驗,驚奇這研究的成果,法拉第面對外來(lái)的言語(yǔ)攻擊、恩師漢弗里·戴維的冷漠與名教授歐勒斯頓不肯為自己澄清冤情,這是法拉第一生中,惟一想放棄科學(xué)的時(shí)刻。但是撒拉成為法拉第忠實(shí)的仰慕者,她是法拉第實(shí)驗過(guò)程的見(jiàn)證者,鼓勵法拉第不必因為別人的因素而放棄。在一天夜里,法拉第非常難過(guò)地說(shuō)道:“親愛(ài)的撒拉,我真是狼狽到極點(diǎn)?!比隼瓐远ǖ幕卮穑骸拔覍幵改阆褚粋€(gè)孩子,因單純而受到傷害,也不要像一個(gè)小人,因受到傷害而處處對人設防?!狈ɡ隗@訝妻子如此堅強,也因為妻子的鼓勵而堅持下去。二個(gè)月后,當法拉第展示了他著(zhù)名的通電導線(xiàn)在地球磁場(chǎng)影響下的轉動(dòng)實(shí)驗,在會(huì )場(chǎng)里給他最大掌聲的就是歐勒斯頓教授,所以,只要堅持下去就會(huì )有成果,當獲得肯定的時(shí)候,沒(méi)有人會(huì )在乎謠言。

撒拉是個(gè)出色的廚師,兩人結婚數十年,除了學(xué)術(shù)會(huì )議的餐會(huì )以外,他們幾乎很少在外面吃飯,撒拉會(huì )自己制作姜酒、葡萄酒、果醬、點(diǎn)心,法拉第的學(xué)生和朋友常會(huì )光臨他們家吃飯。法拉第的健康是撒拉非常重視的,因此他結婚后的生活作息變得很規律,不再像從前為了研究午餐都沒(méi)有吃。這是個(gè)美好的婚姻,雖然在往后的四十六年中,兩人一起經(jīng)歷貧窮、不孕、失憶癥的危機,但這一切卻使得兩個(gè)人的愛(ài)情維系更深。在法拉第年最后的一場(chǎng)演講中,法拉第最感謝的是她的妻子:“她,是我一生第一個(gè)愛(ài),也是最后的愛(ài)。她讓我年輕時(shí)最燦爛的夢(mèng)想得以實(shí)現;她讓我年老時(shí)仍得安慰。每一天的相處,都是淡淡的喜悅;每一個(gè)時(shí)刻,她仍是我的顧念。有她,我的一生沒(méi)有遺憾。我唯一的掛念是,當我離開(kāi)之后,一生相顧、親愛(ài)的同伴,如何能忍受折翼之痛,我只能用一顆單純的信心,向那位永生的神呼吁:‘我沒(méi)有留下什么給她,但我不害怕,我知道,你一定會(huì )照顧她,你一定會(huì )照顧她?!?/p>

熱愛(ài)科學(xué)

1835年,大約連政府也感到科學(xué)家待遇太低,英國內閣首相羅伯特·皮爾爵士建議設立一種年金,獎勵在科學(xué)或者文學(xué)上有貢獻的人,而在這以前,年金只有政治家、軍事將領(lǐng)才有資格得到。新設的年金中,有一項就準備授予法拉第。皮爾首相很賞識法拉第的卓越成就,他曾對人說(shuō):“我相信,在活著(zhù)的學(xué)者當中,沒(méi)有一位比法拉第先生更有資格得到政府的關(guān)照?!?/p>

法拉第知道這個(gè)消息以后,馬上給首相寫(xiě)了封信,表示自己可以自食其力,堅決拒絕這份年金。這封信在寄出以前被朋友們制止了,都覺(jué)得這樣做有些失禮,而且他的生活境況確實(shí)很窘迫。他們勸法拉第改變主意,但是法拉第執意不肯。在事情最后決定以前,由于保守黨內閣倒臺,皮爾首相離職,由另一位名叫梅爾本的勛爵繼任首相。

一天,新首相親臨皇家學(xué)院視察,邀請法拉第在辦公室面談。在大家勸說(shuō)下,法拉第應約前去。這位勛爵是自由黨人,大約對法拉第并不了解,而且官做大了,說(shuō)話(huà)也毫無(wú)顧忌,言談中流露出對科學(xué)技術(shù)人員的輕視。他認為年金對文臣武將來(lái)說(shuō)是受之無(wú)愧的,對科學(xué)家或者作家來(lái)說(shuō),那就算是一種恩惠了。

法拉第聽(tīng)到這話(huà),感到是對科學(xué)的一種侮辱。他原本就不愿意來(lái),礙于情面才前來(lái)赴約,結果卻是被羞辱。他立刻結束談話(huà),告別回家,弄得這位勛爵大人一時(shí)摸不著(zhù)頭腦。

當天晚上,梅爾本勛爵收到法拉第一張便條,措詞簡(jiǎn)短而堅決,大意是“既然這樣,恕難接受恩惠”。勛爵讀完便條,才知道他觸怒了法拉第。他起初還覺(jué)得好笑,等事情傳開(kāi)以后,才感到問(wèn)題嚴重。

這時(shí),一位同雙方相識的貴夫人,看到首相大人下不了臺,于是出面調解。她給法拉第做了幾次工作,婉言勸他收下年金,但是法拉第態(tài)度堅決,執意不收。調解人費盡口舌也無(wú)濟于事,最后只好問(wèn)法拉第,究竟要梅爾本勛爵怎樣做,才能使你滿(mǎn)意。法拉第回答說(shuō):“除非他向我書(shū)面道歉。不過(guò),這一點(diǎn)我既沒(méi)有權力也沒(méi)有理由要求他做到?!?/p>

第二天,首相親筆寫(xiě)的道歉信,居然送來(lái)了。信的措詞坦率而客氣,這場(chǎng)“年金事件”才算圓滿(mǎn)解決。圣誕節前夕,政府宣布授予法拉第一項特別年金,每年300鎊,以表彰他對英國科學(xué)事業(yè)的特殊貢獻。

這一年的圣誕節充滿(mǎn)著(zhù)狂歡的氣息。倫敦的大街小巷,火樹(shù)銀花不夜天。圣誕節過(guò)后不久,一家時(shí)報登出法拉第的相片,標題用的是醒目的黑體字:名師高足,后來(lái)居上——邁克爾·法拉第教授即將被授予爵士稱(chēng)號。文章還對“未來(lái)的貴族法拉第爵士”作了一番繪聲繪色的描寫(xiě),說(shuō)他喜歡喝香檳,愛(ài)唱鄉村俚曲,繪畫(huà)天才超過(guò)他的物理才能云云。

法拉第看到報紙,只一笑了之。朋友們卻坐不住了,有的跑來(lái)打聽(tīng)消息是否確實(shí),還有的捧著(zhù)香檳前來(lái)祝賀。法拉第仍然報以淡淡一笑?!皼](méi)有的事!”他說(shuō),“再說(shuō),我為什么要當爵士呢?”

傳聞很快得到證實(shí)。從內閣傳出消息,皇室的確考慮要封法拉第為爵士。按照英國皇室的傳統,授予杰出人物以貴族稱(chēng)號。遠自牛頓,近至漢弗里·戴維都曾獲此榮耀。憑法拉第的貢獻和聲望,他是當之無(wú)愧的。但是當內閣幾次派人來(lái)說(shuō)明此意時(shí),法拉第都謝絕了。他答復說(shuō):“我以生為平民為榮,并不想變成貴族。”這是法拉第與其恩師漢弗里·戴維很大的不同。戴維以受封爵士為榮,并且喜歡到處用爵士銜簽名。法拉第卻拒絕了貴族稱(chēng)號,他永遠是一個(gè)來(lái)自人民又造福人民的平民科學(xué)家。

人物影響

他在皇家研究院做了了大量成功的物理及化學(xué)演講,名為“蠟燭的化學(xué)史”;這個(gè)演講成為了“皇家研究院圣誕節演講”的起源,此演講并以法拉第為名。

法拉第和威廉·休艾爾發(fā)明了許多如“電極”、“離子”等耳熟能詳的字。

由于道德原因,法拉第拒絕參與為克里米亞戰爭制造化學(xué)武器。在倫敦薩弗伊廣場(chǎng),電工程師協(xié)會(huì )外,聳立著(zhù)一個(gè)法拉第的雕像,而在布魯內爾大學(xué)新建的一個(gè)接待廳以法拉第為名。

法拉第的照片在1991年至2001年時(shí),被印在20元的英鎊紙幣上。南極洲的前英國實(shí)驗室:法拉第氣候研究站以他為名,而電容則以法拉作為單位。此外,一摩爾的電子所含的電量(約96485庫侖)也稱(chēng)為法拉第常數,讓世人緬懷他在電學(xué)上無(wú)與倫比的貢獻。法拉第電磁感應定律陳述一隨時(shí)間改變的磁通量會(huì )創(chuàng )造電動(dòng)勢。法拉第在英國皇家研究院(Royal Institution)中任富勒里安化學(xué)教授,并指為終身職。在所有任過(guò)此職者中,法拉第為第一個(gè),也是最為出名的學(xué)者。

愛(ài)因斯坦在他的學(xué)習墻上放著(zhù)法拉第的一張照片,并將其與牛頓和麥克斯韋放在一起。

人物評價(jià)

法拉第的一生是偉大的,法拉第其人又是平凡的。他非常熱心科學(xué)普及工作,在他任皇家研究所實(shí)驗室主任后不久,即發(fā)起舉行星期五晚間討論會(huì )和圣誕節少年科學(xué)講座。他在100多次星期五晚間討論會(huì )上作過(guò)講演,在圣誕節少年科學(xué)講座上講演達十九年之久。他的科普講座深入淺出,并配以豐富的演示實(shí)驗,深受歡迎。法拉第還熱心公眾事業(yè),長(cháng)期為英國許多公司機構服務(wù)。他為人質(zhì)樸、不善交際、不圖名利、喜歡幫助親友。為了專(zhuān)心從事科學(xué)研究,他放棄了一切有豐厚報酬的商業(yè)性工作.他在1857年謝絕了皇家學(xué)會(huì )擬選他為會(huì )長(cháng)的提名,他甘愿以平民的身份實(shí)現獻身科學(xué)的諾言,終身在皇家學(xué)院實(shí)驗室工作一輩子,當一個(gè)平凡的邁克爾·法拉第。

1867年8月25日,平民邁克爾·法拉第在書(shū)房安詳地離開(kāi)了人世。一代科學(xué)巨星,在譜寫(xiě)完他不平凡的人生,給人類(lèi)留下無(wú)價(jià)的寶藏以后與世長(cháng)辭。法拉第的貢獻惠及每個(gè)人,把人類(lèi)文明提高到空前高度,把文明進(jìn)程提前幾十幾百年,不能用金錢(qián)衡量其偉績(jì),如果硬用金錢(qián)衡量的話(huà),有人說(shuō)過(guò)超過(guò)全球股票價(jià)值,比他名氣大的人還有:如牛頓、愛(ài)因斯坦,但就對人類(lèi)直接貢獻來(lái)說(shuō),最大應屬于法拉第以及發(fā)明青霉素的弗來(lái)明,沒(méi)有人能同太陽(yáng)比光輝,設立太陽(yáng)節也不行,但是法拉第確實(shí)給人類(lèi)帶來(lái)光明動(dòng)力。銘記先人才會(huì )進(jìn)步,也許對人類(lèi)貢獻最大的是科學(xué)家,不是政客,500年后政客都會(huì )淡出,而法拉第是不朽的。

法拉第也是最先提出電場(chǎng)概念和電場(chǎng)線(xiàn)概念的。更主要的是他在電化學(xué)方面(對電流所產(chǎn)生的化學(xué)效應的研究)所做出的貢獻。經(jīng)過(guò)多次精心試驗,法拉第總結了兩個(gè)電解定律,這兩個(gè)定律均以他的名字命名,構成了電化學(xué)的基礎。他將化學(xué)中的許多重要術(shù)語(yǔ)給予了通俗的名稱(chēng),如陽(yáng)極、陰極、電極、離子等。

人物生平

邁克爾·法拉第(Michael Faraday,1791~1867年),世界著(zhù)名的自學(xué)成才的科學(xué)家,英國物理學(xué)家、化學(xué)家,發(fā)明家即發(fā)電機和電動(dòng)機的發(fā)明者。

1791年9月22日出生薩里郡紐因頓一個(gè)貧苦鐵匠家庭。他的父親是個(gè)鐵匠,體弱多病,收入微薄,僅能勉強維持生活的溫飽。但是父親非常注意對孩子們的教育,要他們勤勞樸實(shí),不要貪圖金錢(qián)地位,要做一個(gè)正直的人。這對法拉第的思想和性格產(chǎn)生了很大的影響。

由于貧困,法拉第家里無(wú)法供他上學(xué),因而法拉第幼年時(shí)沒(méi)有受過(guò)正規教育,只讀了兩年小學(xué)。1803年,為生計所迫,他上街頭當了報童。第二年又到一個(gè)書(shū)商兼訂書(shū)匠的家里當學(xué)徒。訂書(shū)店里書(shū)籍堆積如山,法拉第帶著(zhù)強烈的求知欲望,如饑似渴地閱讀各類(lèi)書(shū)籍,汲取了許多自然科學(xué)方面的知識,尤其是《大英百科全書(shū)》中關(guān)于電學(xué)的文章,強烈地吸引著(zhù)他。?他努力地將書(shū)本知識付諸實(shí)踐,利用廢舊物品制作靜電起電機,進(jìn)行簡(jiǎn)單的化學(xué)和物理實(shí)驗。他還與青年朋友們建立了一個(gè)學(xué)習小組,常常在一起討論問(wèn)題,交換思想。重視實(shí)踐尤其是科學(xué)實(shí)驗的特點(diǎn),在法拉第一生的科學(xué)活動(dòng)中貫徹始終。

我們的時(shí)代是電氣的時(shí)代,不過(guò)事實(shí)上我們有時(shí)稱(chēng)為航天時(shí)代,有時(shí)稱(chēng)為原子時(shí)代,但是不管航天旅行和原子武器的意義多么深遠,它們對我們的日常生活相對來(lái)說(shuō)起不了什么作用。然而我們卻無(wú)時(shí)不在使用電器。事實(shí)上沒(méi)有哪一項技術(shù)特征能像電的使用那樣完全地滲入當代世界。

許多人對電學(xué)都做出過(guò)貢獻,查爾斯·奧古斯丁·庫侖、亞歷山德羅·伏特伯爵、漢斯·克里斯琴·奧斯特、安德烈·瑪麗·安培等就在最重要的人物之列。但是比其他人都遙遙領(lǐng)先的是兩位偉大的英國科學(xué)家邁克爾·法拉第和詹姆士·克拉克·麥克斯韋。雖然他倆在一定程度上互為補充,但卻不是合作人。其中各自的貢獻就足以使本人在本名冊中排列在前。

1791年9月22日是一個(gè)光輝的日子,一代科學(xué)巨匠邁克爾·法拉第降生在英國薩里郡紐因頓一個(gè)貧苦的鐵匠家庭。法拉第的一生是偉大的,然而法拉第的童年卻是十分凄苦的。

法拉第不放過(guò)任何一個(gè)學(xué)習的機會(huì ),在哥哥的資助下,他有幸參加了學(xué)者塔特姆領(lǐng)導的青年科學(xué)組織——倫敦城哲學(xué)會(huì )。通過(guò)一些活動(dòng),他初步掌握了物理、化學(xué)、天文、地質(zhì)、氣象等方面的基礎知識,為以后的研究工作打下了良好基礎。法拉第的好學(xué)精神感動(dòng)了一位書(shū)店的老主顧,在他的幫助下,法拉第有幸聆聽(tīng)了著(zhù)名化學(xué)家漢弗萊·戴維的演講。他把演講內容全部記錄下來(lái)并整理清楚,回去和朋友們認真討論研究。他還把整理好的演講記錄送給戴維,并且附信,表明自己愿意獻身科學(xué)事業(yè)。結果他如愿以?xún)敗?0歲做上了戴維的實(shí)驗助手。從此,法拉第開(kāi)始了他的科學(xué)生涯。戴維雖然在科學(xué)上有許多了不起的貢獻,但他說(shuō),我對科學(xué)最大的貢獻是發(fā)現了法拉第。

法拉第勤奮好學(xué),工作努力,很受戴維器重。1813年10月,他隨戴維到歐洲大陸國家考察,他的公開(kāi)身份是仆人,但他不計較地位,也毫不自卑,而把這次考察當做學(xué)習的好機會(huì )。他見(jiàn)到了許多著(zhù)名的科學(xué)家,參加了各種學(xué)術(shù)交流活動(dòng),還學(xué)會(huì )了法語(yǔ)和意大利語(yǔ)。大大開(kāi)闊了眼界,增長(cháng)了見(jiàn)識。

1815年5月法拉第回到皇家研究所,并且在戴維指導下做獨立的研究工作并取得了幾項化學(xué)研究成果。1816年法拉第發(fā)表了第一篇科學(xué)論文。從1818年起他和J·斯托達特合作研究合金鋼,首創(chuàng )了金相分析方法。1820年他用取代反應制得六氯乙烷和四氯乙烯。1821年任皇家學(xué)院實(shí)驗室總監。1823年他發(fā)現了氯氣和其他氣體的液化方法。1824年1月他當選為皇家學(xué)會(huì )會(huì )員。1825年2月接替戴維任皇家研究所實(shí)驗室主任。同年發(fā)現苯。

1821年法拉第完成了第一項重大的電發(fā)明。在這之前,奧斯特已發(fā)現如果電路中有電流通過(guò),它附近的普通羅盤(pán)的磁針就會(huì )發(fā)生偏移。?法拉第從中得到了啟發(fā),認為假如磁鐵固定,線(xiàn)圈就可能會(huì )運動(dòng)。根據這種設想,他成功地發(fā)明了一種簡(jiǎn)單的裝置。在裝置內,只要有電流通過(guò)線(xiàn)路,線(xiàn)路就會(huì )繞著(zhù)一塊磁鐵不停地轉動(dòng)。事實(shí)上法拉第發(fā)明的是第一臺電動(dòng)機,是第一臺使用電流將物體運動(dòng)的裝置。雖然裝置簡(jiǎn)陋,但它卻是現今世界上使用的所有電動(dòng)機的祖先。

人們知道靜止的磁鐵不會(huì )使附近的線(xiàn)路內產(chǎn)生電流。1831年法拉第發(fā)現當一塊磁鐵穿過(guò)一個(gè)閉合線(xiàn)路時(shí),線(xiàn)路內就會(huì )有電流產(chǎn)生,這個(gè)效應叫電磁感應,產(chǎn)生的電流叫感應電流。一般認為法拉第的電磁感應定律是他的一項最偉大的貢獻。

法拉第還發(fā)現如果有偏振光通過(guò)磁場(chǎng),其偏振作用就會(huì )發(fā)生變化。這一發(fā)現具有特殊意義,首次表明了光與磁之間存在某種關(guān)系。

1820年,奧斯特發(fā)現電流的磁效應,受到科學(xué)界的關(guān)注,1821年,英國《哲學(xué)年鑒》的主編約請戴維撰寫(xiě)一篇文章,評述自?shī)W斯特的發(fā)現以來(lái)電磁學(xué)實(shí)驗的理論發(fā)展概況。戴維把這一工作交給了法拉第。法拉第在收集資料的過(guò)程中,對電磁現象產(chǎn)生了極大的熱情,并開(kāi)始轉向電磁學(xué)的研究。他仔細地分析了電流的磁效應等現象,認為既然電能夠產(chǎn)生磁,反過(guò)來(lái),磁也應該能產(chǎn)生電。于是,他企圖從靜止的磁力對導線(xiàn)或線(xiàn)圈的作用中產(chǎn)生電流,但是努力失敗了。經(jīng)過(guò)近10年的不斷實(shí)驗,到1831年法拉第終于發(fā)現,一個(gè)通電線(xiàn)圈的磁力雖然不能在另一個(gè)線(xiàn)圈中引起電流,但是當通電線(xiàn)圈的電流剛接通或中斷的時(shí)候,另一個(gè)線(xiàn)圈中的電流計指針有微小偏轉。法拉第心明眼亮,經(jīng)過(guò)反復實(shí)驗,都證實(shí)了當磁作用力發(fā)生變化時(shí),另一個(gè)線(xiàn)圈中就有電流產(chǎn)生。他又設計了各種各樣實(shí)驗,比如兩個(gè)線(xiàn)圈發(fā)生相對運動(dòng),磁作用力的變化同樣也能產(chǎn)生電流。這樣,法拉第終于用實(shí)驗揭開(kāi)了電磁感應定律。法拉第的這個(gè)發(fā)現掃清了探索電磁本質(zhì)道路上的攔路虎,開(kāi)通了在電池之外大量產(chǎn)生電流的新道路。根據這個(gè)實(shí)驗,1831年10月28日法拉第發(fā)明了圓盤(pán)發(fā)電機,這是法拉第第二項重大的電發(fā)明。這個(gè)圓盤(pán)發(fā)電機,結構雖然簡(jiǎn)單,但它卻是人類(lèi)創(chuàng )造出的第一個(gè)發(fā)電機?,F代世界上產(chǎn)生電力的發(fā)電機就是從它開(kāi)始的。

為了證實(shí)用各種不同辦法產(chǎn)生的電在本質(zhì)上都是一樣的,法拉第仔細研究了電解液中的化學(xué)現象,1834年總結出法拉第電解定律:電解釋放出來(lái)的物質(zhì)總量和通過(guò)的電流總量成正比,和那種物質(zhì)的化學(xué)當量成正比。這條定律成為聯(lián)系物理學(xué)和化學(xué)的橋梁,也是通向發(fā)現電子道路的橋梁。

法拉第作為一名天才的電學(xué)大師,在電磁學(xué)的新領(lǐng)域中樹(shù)立起了前進(jìn)的路標。1837年他引入了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的概念,指出電和磁的周?chē)加袌?chǎng)的存在,這打破了牛頓力學(xué)“超距作用”的傳統觀(guān)念。1838年,他提出了電力線(xiàn)的新概念來(lái)解釋電、磁現象,這是物理學(xué)理論上的一次重大突破。1843年,法拉第用有名的“冰桶實(shí)驗”,驗證了電荷守恒定律。

法拉第在電磁學(xué)的新領(lǐng)域中耕耘播種。他為了探討電磁和光的關(guān)系,在光學(xué)玻璃方面費盡了心血。1845年,也是在經(jīng)歷了無(wú)數次失敗之后,他終于發(fā)現了“磁光效應”。他用實(shí)驗證實(shí)了光和磁的相互作用,為電、磁和光的統一理論奠定了基礎。

1848年,受到阿爾伯特親王引見(jiàn),法拉第受賜在薩里漢普頓宮的恩典之屋,并免繳所有開(kāi)銷(xiāo)與維修費。這曾是石匠師傅之屋,后稱(chēng)為法拉第之屋,現位于漢普頓宮道37號(No.37 Hampton Court Road)。

1852年,他又引進(jìn)了磁力線(xiàn)的概念,從而為經(jīng)典電磁學(xué)理論的建立奠定了基礎。后來(lái),英國物理學(xué)家麥克斯韋用數學(xué)工具研究法拉第的磁力線(xiàn)理論,最后完成了經(jīng)典電磁學(xué)理論。

1858年,法拉第退休并在薩里漢普頓宮的恩典之屋定居。

1867年8月25日,邁克爾法拉第因病醫治無(wú)效與世長(cháng)辭,享年76歲。法拉第和撒拉沒(méi)有生育后代,所以沒(méi)有子女給他送行。

成就榮譽(yù)

電學(xué)方面

他在電學(xué)方面的貢獻最為顯著(zhù)。

(1)紀錄中法拉第最早的實(shí)驗乃是利用七片半便士、七片鋅片以及六片浸過(guò)鹽水的濕紙做成伏打電池。他并使用這個(gè)電池分解硫酸鎂。

(2)1821年,在丹麥化學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現電磁現象后,戴維和威廉·海德·沃拉斯頓嘗試設計一部電動(dòng)機,但沒(méi)有成功。法拉第在與他們討論過(guò)這個(gè)問(wèn)題后,繼續工作并建造了兩個(gè)裝置以產(chǎn)生他稱(chēng)為“電磁轉動(dòng)”的現象:由線(xiàn)圈外環(huán)狀磁場(chǎng)造成的連續旋轉運動(dòng)。他把導線(xiàn)接上化學(xué)電池,使其導電,再將導線(xiàn)放入內有磁鐵的汞池之中,則導線(xiàn)將繞著(zhù)磁鐵旋轉。這個(gè)裝置現稱(chēng)為單極電動(dòng)機。這些實(shí)驗與發(fā)明成為了現代電磁科技的基石。但此時(shí)法拉第卻做了一件不智之舉,在沒(méi)有通知戴維跟沃拉斯頓情況下,擅自發(fā)表了此項研究成果。此舉招來(lái)諸多爭議,也迫使他離開(kāi)電磁學(xué)研究數年之久。

(3)在這個(gè)階段,有些證據指出戴維可能有意阻礙法拉第在科學(xué)界的發(fā)展。如在1825年,戴維指派法拉第進(jìn)行光學(xué)玻璃實(shí)驗,此實(shí)驗歷時(shí)六年,但沒(méi)有顯著(zhù)的進(jìn)展。直到1829年,戴維去世,法拉第停止了這個(gè)無(wú)意義的工作并開(kāi)始其他有意義的實(shí)驗。在1831年,他開(kāi)始一連串重大的實(shí)驗,并發(fā)現了電磁感應,雖然在福朗席斯科·札德啟稍早的工作可能便預見(jiàn)了此結果,此發(fā)現仍可稱(chēng)為法拉第最大的貢獻之一。這個(gè)重要的發(fā)現來(lái)自于,當他將兩條獨立的電線(xiàn)環(huán)繞在一個(gè)大鐵環(huán),固定在椅子上,并在其中一條導線(xiàn)通上電流時(shí),另外一條導線(xiàn)竟也產(chǎn)生電流。他因此進(jìn)行了另外一項實(shí)驗,并發(fā)現若移動(dòng)一塊磁鐵通過(guò)導線(xiàn)線(xiàn)圈,則線(xiàn)圈中將有電流產(chǎn)生。同樣的現象也發(fā)生在移動(dòng)線(xiàn)圈通過(guò)靜止的磁鐵上方時(shí)。

(4)他的展示向世人建立起“磁場(chǎng)的改變產(chǎn)生電場(chǎng)”的觀(guān)念。此關(guān)系由法拉第電磁感應定律建立起數學(xué)模型,并成為四條麥克斯韋方程組之一。這個(gè)方程組之后則歸納入場(chǎng)論之中。法拉第并依照此定理,發(fā)明了早期的發(fā)電機,成為現代發(fā)電機的始祖。1839年他成功了一連串的實(shí)驗帶領(lǐng)人類(lèi)了解電的本質(zhì)。法拉第使用“靜電”、電池以及“生物生電”已產(chǎn)生靜電相吸、電解、磁力等現象。他由這些實(shí)驗,做出與當時(shí)主流想法相悖的結論,即雖然來(lái)源不同,產(chǎn)生出的電都是一樣的,另外若改變大小及密度(電壓及電荷),則可產(chǎn)生不同的現象。

(5)在他生涯的晚年,他提出電磁力不僅存在于導體中,更延伸入導體附近的空間里。這個(gè)想法被他的同僚排斥,法拉第也終究沒(méi)有活著(zhù)看到這個(gè)想法被世人所接受。法拉第也提出電磁線(xiàn)的概念:這些流線(xiàn)由帶電體或者是磁鐵的其中一極中放射出,射向另一電性的帶電體或是磁性異極的物體。這個(gè)概念幫助世人能夠將抽象的電磁場(chǎng)具象化,對于電力機械裝置在十九世紀的發(fā)展有重大的影響。而這些裝置在之后的十九世紀中主宰了整個(gè)工程與工業(yè)界。1845年他發(fā)現了被他命名為抗磁性(diamagnetism)至今則稱(chēng)為法拉第效應的現象:一個(gè)線(xiàn)性極化的光線(xiàn)在經(jīng)過(guò)一物體介質(zhì)時(shí),外加一磁場(chǎng)并與光線(xiàn)的前進(jìn)方向對齊,則此磁場(chǎng)將使光線(xiàn)在空間中劃出的平面轉向。他在筆記本中寫(xiě)下:“我終于在‘闡釋一條磁力曲線(xiàn)’或者說(shuō)‘力線(xiàn)’及‘磁化光線(xiàn)’中取得成功?!?/p>

在對靜電的研究中,法拉第發(fā)現在帶電導體上的電荷僅依附于導體表面,且這些表面上的電荷對于導體內部沒(méi)有任何影響。造成這樣的原因在于在導體表面的電荷彼此受到對方的靜電力作用而重新分布至一穩定狀態(tài),使得每個(gè)電荷對內部造成的靜電力互相抵銷(xiāo)。這個(gè)效應稱(chēng)為遮蔽效應,并被應用于法拉第籠上。雖然法拉第是一位非常出色的實(shí)驗學(xué)家,他的數學(xué)能力與之相形就顯得相當薄弱,只能計算簡(jiǎn)單的代數,甚至難以應付三角學(xué)。不過(guò)法拉第懂得使用條理清晰且簡(jiǎn)單的語(yǔ)言表達他科學(xué)上的想法。他的實(shí)驗成果后來(lái)被詹姆斯·克拉克·麥克斯韋使用,并建立起了當今的電磁理論的基礎方程式。

法拉第把磁力線(xiàn)和電力線(xiàn)的重要概念引入了物理學(xué),通過(guò)強調不是磁鐵本身而是它們之間的“場(chǎng)”,為當代物理學(xué)中的許多發(fā)現展開(kāi)拓了道路,其中包括麥克斯韋方程。法拉第還發(fā)現如果有偏振光通過(guò)磁場(chǎng),其偏振作用就會(huì )發(fā)生變化。這一發(fā)現具有特殊意義,首次表明了光與磁之間存在某種關(guān)系。

化學(xué)方面

(1)法拉第最早的化學(xué)成果來(lái)自于擔任戴維助手的時(shí)期。他花了很多心血研究氯氣,1833年,法拉第經(jīng)過(guò)一系列的實(shí)驗,發(fā)現當把電流作用在氯化鈉的水溶液時(shí),能夠獲得氯氣2NaCl+2H?O =2NaOH+H?↑+Cl?↑,并發(fā)現了兩種碳化氯。

法拉第也是第一個(gè)通過(guò)實(shí)驗(雖然較為粗略)觀(guān)察氣體擴散的學(xué)者,此現象最早由約翰·道爾頓發(fā)表,并由湯瑪斯·葛蘭姆及約瑟夫·羅斯密特揭露其重要性。他成功的液化了多種氣體;他研究過(guò)不同的鋼合金,為了光學(xué)實(shí)驗,他制造出多種新型的玻璃。其中一塊樣品后來(lái)在歷史上占有一席之地,因為在一次當法拉第將此玻璃放入磁場(chǎng)中時(shí),他發(fā)現了極化光平面受磁力造成偏轉及被磁力排斥。

(2)他也盡心于創(chuàng )造出一些化學(xué)的常用方法,用結果、研究目標以及大眾展示做為分類(lèi),并從中獲得一些成果。他發(fā)明了一種加熱工具,是本生燈的前身,在科學(xué)實(shí)驗室廣為采用,作為熱能的來(lái)源。法拉第在多個(gè)化學(xué)領(lǐng)域中都有所成果,發(fā)現了諸如苯等化學(xué)物質(zhì)(他稱(chēng)此物質(zhì)為雙碳化氫(Bicarbonate)),發(fā)明氧化數,將如氯等氣體液化。他找出一種氯水合物的組成,這個(gè)物質(zhì)最早在1810年由戴維發(fā)現。

(3)法拉第也發(fā)現了電解定律,以及推廣許多專(zhuān)業(yè)用語(yǔ),如陽(yáng)極、陰極、電極及離子等,這些詞語(yǔ)大多由威廉·休艾爾發(fā)明。他還發(fā)現了苯。由于這些成就,很多現代的化學(xué)家視法拉第為有史以來(lái)最出色的實(shí)驗科學(xué)家之一。

(4)法拉第在1825年首先發(fā)現了苯。19世紀初,英國和其他歐洲國家一樣,城市的照明已普遍使用煤氣。從生產(chǎn)煤氣的原料中制備出煤氣之后,剩下一種油狀的液體卻長(cháng)期無(wú)人問(wèn)津。法拉第是第一位對這種油狀液體感興趣的科學(xué)家。他用蒸餾的方法將這種油狀液體進(jìn)行分離,得到另一種液體,實(shí)際上就是苯。當時(shí)法拉第將這種液體稱(chēng)為“氫的重碳化合物”。

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