法拉第(3)

2019-06-04 22:29

安慰。 每一天的相处,都是淡淡的喜悦;每一个时刻,她仍是我的顾念。 有她,我的一生没有遗憾。我唯一的挂念是, 当我离开之后,一生相顾、亲爱的同伴,如何能忍受折翼之痛, 我只能用一颗单纯的信心,向那位永生的神呼吁: ?我没有留下什么给她,但我不害怕, 我知道,你一定会照顾她,你一定会照顾她。?”[1] 在科学的殿堂里

法拉第从欧洲回来后,立即全力以赴地投入科学研究。他搜集了能得到的一切资料,作了详尽的目录索引和笔记,大胆地进行各种化学试验。10年间,他取得了许多成果,也成为一位知名的化学家。法拉第受谢林哲学的影响,相信电、磁、光、热是相互联系的。1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了电流对磁针的作用,法拉第敏锐地感到了它的重要性,他决心进一步探索其内在原理。1821年,他成功地作出了“电磁旋转实验”。他用简单的装置,显示出通电导体和磁铁相互连续旋转,这是第一台将电能转换成机械能的装置。法拉第一直认为,各种自然力都存在密切关系,而且可以相互转化。他坚信磁也一定能产生电,并决心用实验来证明它。但是各种努力都失败了。直到经过近10年的时间,到1831年他终于发现,一个通电线圈产生的磁力虽然不能在另一个线圈中引起通电电流,但是当通电线圈的电流刚刚接通或中断的时候,另一个线圈中的电流计指针有微小 偏转。法拉第抓住这个发现反复做实验,都证实了这个现象。他又设计了各种各样的实验,磁作用力的变化同样也能产生电流。这就是有名的电磁感应原理。法拉第的这个发现终于劈开了探索电磁本质道路上的拦路大山,开通了在电池之外大量产生电流的新道路。法拉第发现的电磁感应原理是一个划时代的伟大科学成就,它使人类获得了打开电能宝库的金钥匙,在征服和利用自然的道路上迈进了一大步。利用这个原理,法拉第创制出了世界上第一台感应发电机的雏型。后来,人们又制成了实用的发电机、电动机、变压器等电力设备,建立起水力和火力发电站,使电力普遍应用于社会的各方面。这一切都是和法拉第的伟大贡献分不开的。

法拉第

为了证实用各种不同办法产生的电在本质上都是一样的,法拉第仔细研究了电解液中的化学现象,1834年总结出法拉第电解定律:电解释放出来的物质总量和通过的电流总量成正比,和那种物质的化学当量成正比。这条定律成为联系物理学和化学的桥梁,也是通向发现电子道路的桥梁。法拉第在电磁学的新领域中耕耘播种。他为了探讨电磁和光的关系,在光学玻璃方面费尽了心血。1845年,也是在经历了无数次失败之后,他终于发现了“磁光效应”。他用实验证实了光和磁的相互作用,为电、磁和光的统一理论奠定了基础。

法拉第作为一名天才的电学大师,在电磁学的新领域中树立起了前进的路标。1837年他引入了电场和磁场的概念,指出电和磁的周围都有场的存在,这打破了牛顿力学“超距作用”的传统观念。1838年,他提出了电力线的新概念来解释电、磁现象,这是物理学理论上的一次重大突破。1843年,法拉第用有名的“冰桶实验”,证明了电荷守恒定律。1852年,他又引进了磁力线的概念,从而为经典电磁学理论的建立奠定了基础。后来,英国物理学家麦克斯韦用数学工具研究法拉第的力线理论,最后完成了经典电磁学理论。

爱因斯坦高度评价法拉第的工作,认为他在电学中的地位,相当于伽利略在力学中的地位。法拉第奠定了电磁学的实验基础。 广泛的科学研究

他的工作异常勤奋,研究领域十分广泛。1818~1823年研制合金钢期间,首创金相分析方法。1823年从事气体液化工作,标志着人类系统进行气体液化工作的开始。采用低温加压方法,液化了氯化氢、硫化氢、二氧化硫、氢等。1824年起研制光学玻璃,这次研究导致在1845年利用自己研制出的一种重玻璃(硅酸硼铅),发现磁致旋光效应。1825年在把鲸油和鳝油制成的燃气分馏中发现苯。

他最出色的工作是电磁感应的发现和场的概念的提出。1821年在读过奥斯特关于电流磁效应的论文后,为这一新的学科领域深深吸引。他刚刚迈人这个领域,就取得重大成果──发现通电流的导线能绕磁铁旋转,从而跻身著名电学家的行列。因受苏格兰传统科学研究方法影响,通过奥斯特实验,他认为电与磁是一对和谐的对称现象。既然电能生磁,他坚信磁亦能生电。经过10年探索,历经多次失败后,1831年8月26日终于获得成功。这次实验因为是用伏打电池在给一组线圈通电(或断电)的瞬间,在另一组线圈获得的感生电流,他称之为“伏打电感应”。尔后,同年10月17日完成了在磁体与闭合线圈相对运动时在闭合线圈中激发电流的实验,他称之为“磁电感应”。经过大量实验后,他终于实现了“磁生电”的夙愿,宣告了电气时代的到来。

作为19世纪伟大实验物理学家的法拉第。他并不满足于现象的发现,还力求探索现象后面隐藏着的本质;他既十分重视实验研究,又格外重视理论思维的作用。1832年3月12日他写给皇家学会一封信,信封上写有“现在应当

收藏在皇家学会档案馆里的一些新观点”。那时的法拉第已经孕育着电磁波的存在以及光是一种电磁振动的杰出思想,尽管还带有一定的模糊性。为解释电磁感应现象,他提出“电致紧张态”与“磁力线”等新概念,同时对当时盛行的超距作用说产生了强烈的怀疑:“一个物体可以穿过真空超距地作用于另一个物体,不要任何一种东西的中间参与,就把作用和力从一个物体传递到另一法拉第个物体,这种说法对我来说,尤其荒谬。凡是在哲学方面有思考能力的人,决不会陷人这种谬论之中”。他开始向长期盘踞在物理学阵地的超距说宣战。与此同时,他还向另一种形而上学观点──流体说进行挑战。1833年,他总结了前人与自己的大量研究成果,证实当时所知摩擦电、伏打电、电磁感应电、温差电和动物电等五种不同来源的电的同一性。他力图解释电流的本质,导致他研究电流通过酸、碱、盐溶液,结果在1833

法拉第发表演讲 [2]

~1834年发现电解定律,开创了电化学这一新的学科领域。他所创造的大量术语沿用至今。电解定律除本身的意义外,也是电的分立性的重要论据。

1837年他发现电介质对静电过程的影响,提出了以近距“邻接”作用为基础的静电感应理论。不久以后,他又发现了抗磁性。在这些研究工作的基础上,他形成了“电和磁作用通过中间介质、从一个物体传到另一个物体的思想。”于是,介质成了“场”的场所,场这个概

念正是来源于法拉第。正如爱因斯坦所说,引入场的概念,是法拉第的最富有独创性的思想,是牛顿以来最重要的发现。牛顿及其他学者的空间,被视作物体与电荷的容器;而法拉第的空间,是现象的容器,它参与了现象。所以说法拉第是电磁场学说的创始人。他的深邃的物理思想,强 烈地吸引了年轻的麦克斯韦。麦克斯韦认为,法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用电动力学更为合理,他正是抱着用严格的数学语言来表述法拉第理论的决心闯入电磁学领域的。

法拉第坚信:“物质的力借以表现出的各种形式,都有一个共同的起源”,这一思想指导着法拉第探寻光与电磁之间的联系。1822年,他曾使光沿电流方向通过电解波,试图发现偏振面的变化,没有成功。这种思想是如此强烈,执着的追求使他终于在1845年发现强磁场使偏振光的偏振面发生旋转。他的晚年,尽管健康状况恶化,仍从事广泛的研究。他曾分析研究电缆中电报信号迟滞的原因,研制照明灯与航标灯。

他的成就来源于勤奋,他的主要著作《日记》由16041则汇编而成;《电学实验研究》有3362节之多。

治学谨严刚正真诚 法拉第一生热爱真理,热爱人民,真诚质朴,作风严谨,这样的感人事迹很多。

他说:“一件事实,除非亲眼目睹,我决不能认为自己已经掌握。”“我必须使我的研究具有真正的实验性。”在1855年给化学家申拜因的信中说:“我总是首先对自己采取严厉的批判态度,然后才给别人以这样的机会。”在一次市哲学会的讲演中他指出:“自然哲学家应当是这样一些人:他愿意倾听每一种意见,却下定决心要自己作判断;他应当不被表面现象所迷惑,不对某一种假设有偏爱,不属于任何学派,在学术上不盲从大师;他应当重事不重人,真理应当是他的首要目标。如果有了这些品质,再加上勤勉,那么他确实可以有希望走进自然的圣殿。”他是这样说的,也确实是这样做的。 他在艰难困苦中选择科学为目标,就决心为追求真理而百折不回,义无反顾,不计名利,刚正不阿。他热爱人民,把纷至沓来的各种荣誉、奖状、证书藏之高阁,却经常走访贫苦教友的家庭,为穷人只有纸写的墓碑而浩然兴叹。他关心科学普及事业,愿更多的青少年奔向科学的殿堂。1826年他提议开设周五科普讲座,直到1862年退休他共主持过100多次讲座,并积极参与皇家学院每年“圣诞节讲座”凡19年。根据他的讲稿汇编出版了《蜡烛的故事》一书,被译为多种文字出版,是科普读物的典范。

他生活简朴,不尚华贵,以致有人到皇家学院实验室作实验时错把他当作守门的老头。1857年,皇家学会学术委员会一致决议聘请他担任皇家学会会长。对这一荣誉职务他再三拒绝。他说:“我是一个普通人。如果我接受皇家学会希望加在我身上的荣誉,那么我就不能保证自己的诚实和正直,连一年也保证不了。”同样的理由,他谢绝了皇家学院的院长职务。当英王室准备授予他爵士称号时,他多次婉言谢绝说:“法拉第出身平民,不想变成贵族”。他的好友J.Tyndall对此作了很好的解释:“在他的眼中看去,宫廷的华丽,和布来屯(Brighton)高原上面的雷雨比较起来,算得什么;皇家的一切器具,和落日比较起来,又算得什么?其所以说雷雨和落日,是因为这些现象在他的心里,都可以挑起一种狂喜。在他这种人的心胸中,那些世俗的荣华快乐,当然没有价值了”。“一方面可以得到十五万镑的财产,一方面是完全没有报酬的学问,要在这两者之间去选择一种。他却选定了第二种,遂穷困以终。”这就是这位铁匠的儿子、订书匠学徒的郑重选择。1867年8月25日逝世,墓碑上照他的遗愿只刻有他的名字和出生年月。

后世的人们,选择了法拉作为电容的国际单位,以纪念这位物理学大师。

力场改变人类文明

力场的概念出自19世纪伟大的英国科学家迈克尔·法拉第(Michael Faraday)的研究。 法拉第出生于工人家庭(他的父亲是一名铁匠),在19世纪初长期靠当装订工人学徒勉

强维持生计。年轻的法拉第为两种新力量的神秘性质被揭开而带来的巨大突破而着迷。这两种新力量是:电和磁。法拉第贪婪地尽一切所能来学习与这些问题相关的知识,并参加了伦敦皇家学院汉弗莱·戴维(Humphrey Davy)教授的讲座。

一天,戴维教授因眼睛在一次化学事故中严重受伤,于是他雇用法拉第当了他的秘书。法拉第渐渐取得了皇家学院科学家们的信任,并且被允许独立操作重要的实验,尽管他常常受到冷落。年复一年,戴维教授越来越嫉妒他年轻的助手所表现出的杰出能力。法拉第已经成为了实验圈子里冉冉上升的新星,最终使戴维教授的名声黯然失色。1829年,戴维去世后,法拉第得以自由地作出一系列惊人的突破,导致了发电机的产生。发电机能够为整个城市提供能源,并改变了世界文明的进程。

法拉第最伟大发现的关键是他提出的“力场”。如果有人将铁屑洒在一块磁铁上,他会发现铁屑将呈现一种充满整个空间的蜘蛛网状。这就是法拉第的力线,以图形的形式描绘出了电和磁的力场在空间如何散布。举例来说,如果有人绘出整个地球的磁场,他会发现力线从N极地区伸出,然后在S极地区落回到地球上。同样的,如果有人画出雷阵雨中一枚避雷针的电场线,他会发现力线集中在避雷针的尖端。在法拉第看来,“空的空间”其实根本不是空的,而是充斥着能使遥远的物体移动的力线(由于法拉第早年穷困,未能接受足够的数学教育,因此他的笔记本中密密麻麻的不是等式,而是这些力线的手绘图表。具有讽刺意味的是,数学训练的不足使他创造了如今任何物理课本中都可以看到的、美丽的力线图表。从科学上来说,物理图像通常比用来对其进行描述的数学语言更为重要)。 历史学家推测过法拉第是如何发现力场的,它是所有科学中最重要的概念之一。事实上,全部的现代物理学都是用法拉第的力场语言写就的。在1831年,他作出了关于力场的关键性突破,永远改变了人类文明。一天,他正将一块孩子的磁铁移过一个金属线圈时,注意到他甚至没有碰到电线就得以在金属线里制造了一股电流。这意味着磁铁不可见的场可以推动电线中的电子穿越“空的空间”,产生电流。

法拉第的力场曾经被视为毫无用处,是无所事事的随意涂鸦,但它是真实的、物质的力量,可以移动物体并产生能源。今天,你阅读这一页所依赖的光线或许就是由法拉第关于电磁学的发现而点亮的。一块转动的磁铁会制造力场,推动一根电线中的电子,使它们以电流的形式移动,其后,这股电线中的电力可以点亮一盏灯泡。与此同样的原理被用于生产给全世界城市提供能量的电力。比如,水流过一个大坝,在一个涡轮机中产生巨大的磁力进行转动,这个涡轮机随后再推动电线中的电子,形成一股电流,通过高压电线输送到用户。 换言之,迈克尔·法拉第的力场是驱动现代文明的动力,从电动推土机到如今的计算机、互联网还有iPad都源于力场的发现。

法拉第的力场在一个半世纪里成为物理学家的灵感之源。这些力场给了爱因斯坦极大的启示,他用力场的语言来描述和表达他的引力理论。同样的,加来道雄也被法拉第的成果所启迪。多年前,加来道雄成功地运用法拉第的力场表现了弦理论(theory of strings),从而建立了弦场论(string field theory)。在物理学界,如果有人说“他思考起来像一根力线”,那便意味着一种高度的赞美。(此节内容出自加来道雄《不可思议的物理》前言[3]) 博大的胸怀

1839年,由于过度的思考和劳累,法拉第患了严重的神经衰弱症,暂时中断了对电磁学的研究。但在病中他仍进行了液化气体的研究,几年以后身体稍有恢复,又继续原来的研究课题。19世纪50年代以后,他的健康状况进一步恶化,被迫停止了研究工作。但他仍经常作演讲,向广大群众宣传科学知识。他非常注意培养青年人。他每星期都在皇家研究院公开讲课。他在七十高龄的时候,仍给青少年作通俗科学讲座,并且把讲稿编成了一本著名的科普读物--《蜡烛的故事》。

1867年8月25日,这位伟大的科学家安然去世了。法拉第对人态度和蔼可亲,宽宏大

量。他对自己要求严格,有错即改,决不文过饰非。他33岁时就被选为英国皇家学会会员;34岁时升任皇家研究院的实验室主任。1846年,他由于在电学方面的杰出贡献而获得伦德福奖章和皇家奖章,把两枚奖章授予同一个人,在皇家学会的历史上是十分罕见的。他虽然获得了很高的荣誉和地位,但却始终保持谦虚谨慎的态度。他在自己的临终遗嘱里,吩咐家人不要举行隆重的葬礼,也不要葬入名人公墓,而是和普通人一样葬在一般墓地。他成名以后,不愿为拿高额报酬而影响正在进行的科学研究,而对于国家交给的科研任务,他却欣然从命,不计报酬。这种为了科学而轻视金钱的博大胸怀,与当时科学界某些追名逐利的人相比,是非常难能可贵的。

法拉第出身于贫苦家庭。他从一个穷铁匠的儿子,经过自己的艰苦努力,克服了重重困难,成长为一位为人类作出巨大贡献的科学大师。他那种坚韧不拔、不断追求科学真理的大无畏精神;那种一切从客观实践出发,重视科学实验的唯物主义态度;以及他不盲目崇拜权威,不囿于传统观念,敢于提出独特见解的创新精神,体现了一个科学家的优秀品格,永远值得后人学习和敬仰。 伟人长眠

1867年8月25日,迈克尔法拉第因病医治无效与世长辞,享年76岁。法拉第和撒拉没有生育后代,所以他没有子女给他送行。

编辑本段人物名言

1、希望你们年轻的一代,也能像蜡烛为人照明那样,有一分热,发一分光,忠诚而脚踏实地地为人类伟大的事业贡献自己的力量。

2、一旦科学插上幻想的翅膀,它就能赢得胜利。

3、我不能说我不珍视这些荣誉,并且我承认它很有价值,不过我却从来不曾为追求这些荣誉而工作。

4、拼命去争取成功,但不要期望一定会成功。

5、科学家不应是个人的崇拜者,而应当是事物的崇拜者。真理的探求应是他唯一的目标。

6、爱情既是友谊的代名词,又是我们为共同的事业而奋斗的可靠保证,爱情是人生的良伴,你和心爱的女子同床共眠是因为共同的理想把两颗心紧紧系在一起。 7、只有无知,没有不满。 编辑本段成就荣誉 电学方面

他在电学方面的贡献最为显著。纪录中法拉第最早的实验乃是利用七片半便士、七片锌片以及六片浸过盐水的湿纸做成伏特电池。他并使用这个电池分解硫酸镁。1821年,在丹麦化学家韩·克利斯汀·奥斯特发现电磁现象后,戴维和威廉·海德·渥拉斯顿尝试设计一部电动机,但没有成功。法拉第在与他们讨论过这个问题后,继续工作并建造了两个装置以产生他称为“电磁转动”的现象:由线圈外环状磁场造成的连续旋转运动。他把导线接上化学电池,使其导电,再将导线放入内有磁铁的汞池之中,则导线将绕着磁铁旋转。这个装置现称为单极电动机。这些实验与发明成为了现代电磁科技的基石。但此时法拉第却做了一件不智之举,在没有通知戴维跟渥拉斯顿情况下,擅自发表了此项研究成果。此举招来诸多争议,也迫使他离开电磁学研究数年之久。

在这个阶段,有些证据指出戴维可能有意阻碍法拉第在科学界的发展。如在1825年,戴维指派法拉第进行光学玻璃实验,此实验历时六年,但没有显著的进展。直到1829年,戴维去世,法拉第停止了这个无意义的工作并开始其他有意义的实验。在1831年,他开始一连串重大的实验,并发现了电磁感应,虽然在福朗席斯科·札德启稍早的工作可能便预见了此结果,此发现仍可称为法拉第最大的贡献之一。这个重要的发现来自于,当他将两条独


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