法拉第的贡献

1831年10月17日，法拉第用一个与电流计接通的线圈，迅速将一永久磁棒插入或拔出线圈，发现电流计偏转。法拉第在该天的日记中写道：“O是一个空心的纸圆筒，以铜线在外面沿同一方向绕8层螺旋线，??全都用线和白布隔开，纸圆筒的内直径为 13/14英寸，外直径整体为1英寸，??”“用O做实验。圆柱一端8个螺旋的线头都擦净井扎成一束。另一端的8根线头也这样做。再用长铜线把这些扎在一起的头联在电流计上——一直径为3/4英寸。长为8英寸的圆柱形铁棒恰好插进螺旋圆筒的一端——然后很快地把整个长度都插进去，电流计的针动了——然后抽出，针又动了，但往相反方向动。这个效应曾重复多次，每次当磁棒插人或抽出时，一个电的波动就这样产生了，它仅仅是由于一根磁棒的接近产生的，而不是由于它在原处的结构产生的。” 1831年11月24日，法拉第在英国皇家学会宣读了他发现电磁感应现象的论文（即《电学的实验研究》第一辑中的四篇论文，题目分别是《论电流的感应》，《论从磁产生电》，《论物质的一种新的电状况》，《论阿拉戈的磁现象》）。法拉第根据他所做的实验，把产生感应电流的情况概括成五类：（1）变化着的电流；（2）变化的磁场；（3）运动的恒定电流；（4）运动的磁铁；（5）在磁场中运动的导体。法拉第把他发现的这种现象正式定名为“电磁感应”（electromgneti induction）。法拉第把电磁感应与静电感应类比，正确地指出，电磁感应与静电感应不同，感应电流并不是与原电流有关，而是与原电流的变化有关。

为了解释导致电磁感应现象的感应电动势是如何产生的。法拉第提出，在磁体或电流的周围必定存在着一种“电紧张状态”（eloctrotonic state）；所谓电紧张状态，就是由磁铁或电流产生的存在于物质或空间中的张力状态。磁铁或电流的运动与变化所引起的电紧张状态的变化，正是产生感应电动势的原因。这种状态的出现、消失以及变化的过程，均能产生感应电动势，使处于这种状态中的导体产生感应电流。法拉第写道：“在螺线管或导线移近或离开磁铁的所有那些情况中，正向的或反向的感应电流会在前进或后退的时间内持续产生，因为在那段时间内电紧张状态升到较高或降到较低的程度，这种变化伴随着相应的电流产生。”

关于感应电流的方向，法拉第只有过一些零碎的叙述，德国物理学家楞茨（Lenz H F E， 1804～1865）在获悉法拉第的发现之后，很快考察了电磁

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1212感应现象的全过程。1832年11月，他得出了感应电动势与绕组导线的材料和直径无关，也与线圈的直径无关的结论。1833年11月，他又得出了著名的“楞次定律”，明确提出了确定感应电流方向的基本法则。按照该定律，感生电流所产生的磁场的作用，总是补偿施感磁场的变化，即阻碍施感磁场的变化。楞次定律本质上正是电磁感应现象符合能量转换与守恒定律的具体表现。从1820年奥斯特实验后，经过长达11年的探索，终于在1831年由法拉第发现了作为电流磁效应的逆效应的电磁感应现象，并且认识到电磁感应是一种在变化和运动过程中才出现的非恒定的暂态效应。

4、法拉第力线和近距作用观点

法拉第在众多的电学实验中，遇到许多实验现象是他无法精确解释的。因为他没有上过学，他对数学一无所知，可以说，他是历史上不懂数学的最伟大的科学家。于是他运用自己的直观能力以图示弥补这一不足，他的这种能力也许是科学史上无人能及的。他把铁屑洒在一张纸上，纸下放一块磁铁，轻轻弹动这张纸，就可看到铁屑排列成规则图形。这样他就把磁力线设想成为从产生磁力的电流出发而伸向四面八方的形式，它充满空间，成为一种磁场。他又画了连接增强相等的各点的线，并把这些线称为磁力线。他以为铁屑正是沿着这些力线排列起来的，这就是使力线实在化了。这样，就可以画出像条形磁铁，马蹄形磁铁，甚至像地球这种地球磁场的磁力线的形状，法拉第的力线观念破除了牛顿力学的“超距作用”对电磁学的束缚。法拉第的力线学说是在1844年发表的起初并未引起科学界的重视。可是，当麦克斯韦着手用精确的数学方法描述电磁学时，他飘亮而严密的数学结果与法拉第的廖廖几笔所描绘的结果完成一致时，法拉第力线思想才被科学界公认。磁力线是代表磁力的作用，法拉第还用导线切割磁力线的方式来确定感应电流的方向。法拉第还指出，“磁力或电力能激起一种环形的感应电流，如同电流能产生和显示一种环形的磁作用一样”。开尔文勋爵对法拉第场的思想给予高度评价，他指出：“在法拉第的许多贡献中，最伟大的一个就是力线概念了。我想，借助于它就可以把电场和磁场的许多性质，最简单而又极富启发性地表示出来。”

1832年3月，法拉第又提出了电力线概念。1833年研究电解理论时，提出了电流线概念。法拉第的一系列实验研究以及借助于力线表述的近距作

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用解释，向当时占统治地位的德国纽曼（F．E．Neumann，1798～1895）和韦伯（W．Weber，1804～1890）建立的超距论作用观点发起了认真的挑战，并在确立场论思想的道路上迈出了极为重要的一步。抗磁性机制的研究推动法拉第沿着已经开辟的方向进一步探索磁和磁作用的本质，导致近距作用观点场论思想的最终确立。法拉第在《论物体的磁传导和抗磁传导》（1851）、《论磁力线》（1851）、《论磁哲学的一些观点》（1855）《论力的守恒》（1857）等论文中，集中表达了他近距作用观点的场论思想。概括起来，法拉第的结论主要是：（1）力线或场是独立于物体的另一种物质，物体的运动是力线传递的力作用的结果，物体可以改变力线的分布；（2）力线在纵向有收缩的趋势，在横向有扩张的趋势；（3）磁力线是闭合的、没有起点和终点的力线；电力线是不闭合的、有起点和终点的力线；（4）电磁感应是由于导线切割了磁力线或磁力线切割了导线而引起的；（5）力线的传播需要时间。法拉第近距作用观点的场论思想更多地是用力线语言表达的，因此称为力线思想具有鲜明的实践来源。

5、法拉第给我们的启示

法拉第一生中有55年的时间是在皇家学院渡过的，他埋头工作，勤勤恳恳，正直无私，平易近人。德国柏林大学生理学教授亥姆霍兹（Helmbolts H．L．F．V．1821～1894）于1853年到欧洲游历时在伦敦皇家学院拜访法拉第，对他的性格和为人作了深刻的描述：“我有幸会见了英国和欧洲第一流的物理学家法拉第??这对我是非常幸福和高兴的时刻。他纯朴、温和、谦恭，尤如小孩，我尚未遇见过这样可爱的人。而且，他待人也是最亲切的，他亲自向我展示一切。但是这不算什么，因为只要有一些木头，一些导线和一些铁片，就足以使他做出最伟大的发现。”

从1820年9月起到1862年3月止，法拉第对所从事的实验研究工作，都有详细记录，他把这些记录遗赠给皇家研究院，经后人整理出版，共七大卷，三千多页，这就是著名的《法拉第日记》（Faradays Diary），法拉第在实验上的重要发现都可以在其中找到。法拉第发表的关于电磁学的论文，汇成三大卷《电学的实验研究》，这是电磁学史上著名的鸿篇巨著。这套巨著真实而详尽地记录了他一生中成功的和失败的实验16041个，全书从头到尾典型是法拉第风格：内容分条叙述。语言简洁清新，完全不用数学。这套巨

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著对以后几代物理学家甚至对现代物理学家都有成功与失败的教益。除了科学研究外，法拉第还热心于科学成果的交流和科学知识的传播普及工作。1825年法拉第任实验室主任后，经常接待参观访问，并组织“星期五晚间讲座”，邀请许多科学家讲演。法拉第曾花费许多精力来提高他的演讲艺术，并且为此而名声卓著，他对演讲提出了各种建议和准则，完善到包括一切细节，这些建议和准则一直传给了皇家学院现在的讲演人。他讲演高超技巧的一个实际结果是：尽管皇家学院的听讲费颇为昂贵，但只要是法拉第演讲，演讲大厅就会挤得水泄不通，他的听众包括了维多利亚女王的丈夫艾伯特亲王、他的儿子爱德华王子和著名小说家狄更斯（Dickens Charles，1812～1870）。从1826年到1862年，法拉第曾讲演100多次，既介绍他自己的研究成果，也介绍别人的发现以及各种实用技术；他最有名的讲演汇编成著名的科普著作《蜡烛的故事》（The Chemical History of Candle），在各国广为流传。

法拉第一生，不求名不求利，一直工作在皇家学院，年薪100英磅，只能维持最起码的生活，在皇家学院实验楼有两间极其简朴的住宅。维多利亚女王曾多次想给他封爵，他都婉言谢绝了。1858年，英国科学史家廷德尔（Tyndall．J．1820～1893）提意让法拉第按替皇家学会会长，他决意不担任这一职务，要做一位只爱科学的平头百姓。1860年，他发表了最后一次圣诞节讲演，1865年辞去了皇家学院教授职务。在他生命的最后时刻，他留下遗言：要求将他葬在最普通的墓碑之下，只需几位亲戚和朋友参加葬礼。1867年8月25日，这位为人类创造丰功伟绩的伟人在伦敦去世。为尊重遗嘱，他被安葬在伦敦附近一座普通的海洛特公墓。

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