一旦科学插上幻想的翅膀,它就能赢得胜利。
——法拉第
01
电是什么?磁是什么?电和磁之间有什么关系?
人类很早时就对电和磁有了一定认识。古希腊人知道摩擦能产生电,并且定义了正负电。而中国古代的司南和罗盘则是对磁现象的利用。
而直到年,才由吉尔伯特医生将电和磁明确区分。而弄清楚电和磁之间的关系,又走了很长一段路。
丹麦物理学家汉斯·奥斯特不断进行实验,他将通电的导线和磁针平行排列,磁针发生了偏转,由此发现了“电”能生成“磁”。这一发现轰动了欧洲物理界,就像是打开了一个未知科学领域的大门,吸引了一大批人——其中就包括法拉第。
法拉第出身于英国的一个铁匠家庭,家境贫困,只念过两年小学。12岁时,法拉第去往订书匠家当学徒,由此阅读了大量书籍,对电学产生兴趣。法拉第自学相关知识,还攒钱购买器材做电学实验。
一次,法拉第听完戴维的讲座后,花了几个月整理出当天讲座的内容,配上精美的手绘插图,并且装订成册。在圣诞节前一晚,法拉第将这份笔记送给戴维,并且表示愿意跟随戴维从事科研工作。
年3月,戴维联系了法拉第,邀请他成为实验室助理。尽管薪水不如从前,但在这法拉第能够学习到规范的科学研究方法和实验技能。进入实验室后,法拉第协助戴维发明了矿井安全等,发现了氯、氨等物质,并且还进行了一些感兴趣的实验。年,法拉第在戴维的指导下发表第一篇论文。至年,已经发表超30篇论文。
电流磁效应传到英国时,《哲学年鉴》向戴维约稿,描述电磁学一年的发展,而戴维则将这一工作交给了法拉第。
02
为了完成这一论文,法拉第重复了相关实验,最后将发现与思考写入稿件中,并签下笔名“M”。这是世界上第一组大众就能理解的电磁学综述,受到读者欢迎。人们请求作者公开真名,法拉第第一次受到万众瞩目。由此,法拉第开始思考“磁能否转化为电”,并且开展一系列实验。
年,法拉第设计并完成著名的“电磁旋转实验”。他将磁棒的北极端固定在玻璃杯底部,在杯中注入水银,再将可以自由旋转的导线垂入水银中,用伏打电池通电后,导线开始围绕磁棒旋转。
法拉第通过这一实验发现,通电时候,磁棒固定时,导线会绕磁棒旋转;而将导线固定时,磁铁会绕导线旋转。
电磁旋转实验成功时,戴维并不在伦敦,于是法拉第直接将相关论文独立发表。这一举动直接将戴维点燃,他认为法拉第私自发表论文,是对自己的蔑视与不尊重。在戴维的引导下,英国皇家学会的成员纷纷指责法拉第剽窃英国物理学家沃拉斯顿的成果。
面对众人的指责,法拉第伤心至极。幸好妻子萨拉坚定地鼓励与支持法拉第继续进行科学研究。
两个月后,法拉第发表了通电导线在地球磁场影响下的转动实验,并向沃拉斯顿展现了电磁旋转实验的完整过程。沃拉斯顿消除了误会,并祝贺法拉第的成功。
年,法拉第逐渐获得学术圈的认同,英国皇家学会29名会员联名提议赠选法拉第为学会会员。戴维作为会长,利用权力将入会投票推后了半年。
年1月8日,法拉第在一票反对的情况下,当选英国皇家学会会员。戴维投出了唯一的反对票。出于对戴维的尊敬和感恩,法拉第主动离开电磁学领域,转向经度测量。
从事其他领域的研究时,法拉第从未放弃对电和磁的研究实验。实验连续失败,却从未让他失去信心。
03
年,戴维去世,法拉第重回电磁学领域,全力进行相关实验。
年8月29日,法拉第在圆形的铁棒上绕了两个线圈,一个接电源,在另一个线圈的下方平行放置小磁针。当电源接通时,磁针轻轻摆动了一下;电源断开时,磁针往相反方向摆动。
该实验说明:电源接通或断开瞬间,电流产生了变化,磁场也会发生变化。由此法拉第提出结论:变化的磁场会产生感应电流。法拉第又设计了不同场景、不同材料的实验,证实了只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合电路中就有电流产生。这就是著名的“电磁感应定律”。
年,法拉第在英国皇家学会会议上作了“电的实验研究”报告,详细介绍了电磁感应定律以及对物理学的影响。
历时十年,法拉第终于证明了磁能生电。法拉第根据电磁感应定律制造出世界上第一台直流发电机,这是人们第一次把机械能转化成电能,宣告电力时代的到来,深刻影响了后世电力研究的发展。
法拉第在电磁学上的研究并没有由此止步。
年总结出法拉第电解定律;年引入电场和磁场的概念,打破牛顿力学超距作用的传统概念;年,提出电力线概念;年,证明了电荷守恒定律;年,发现磁光效应,为电、磁、光的统一理论奠定基础;年,引入磁力线概念,为经典电磁学理论奠定基础。
年8月25日,法拉第去世,按照遗愿被安葬在海格特公墓。
没有法拉第,我们就无法享受电带来的便利生活。
法拉第出身贫穷,却由自身努力与向上,长成一株繁茂的大树。面对恩师的妒忌与打压时,从未忘记感恩。面对无数次的实验失败,从未放弃。
电是什么?磁是什么?电和磁之间有什么关系?我们的努力,终会带来回报。当你在背单词时,极光散漫轻盈飘荡;当你在写数学题时,大洋彼岸的晨光初现;当你在做汇报时,长江奔腾不息;当你努力奔向所希望的未来时,未来正在展开。
在奔向未来,奔向梦想的路上,总会被坎坷绊倒,被困难挡路。然而,跌倒可以站起,被阻挡可以克服,没有人可以阻止你往前走。