初生的婴儿有什么用法拉第电磁感应定律

奥斯特年关于电流的磁效应的发现,揭开了电与磁联系的研究工作的序幕,具有深刻的物理学素养的人自然会引发这样对称的思考:这现象的逆效应是否存在?即能不能用磁体使导线中产生出电流来?许多人十分投入地研究这一问题。法国物理学家安培在年即着手于这方面的探索。他将个多匝线圈固定在竖直平面上,在这个线圈内部的同一竖直平面上悬挂一个可以转动的闭合线圈。他设想,当固定线圈中通以强电流时,悬挂的闭合线圈中也会产生某种电流而产生磁性;这时如果用一个强磁铁接近它,就会使它转动起来。今天我们看来,这个实验毫无疑问是成功的,但其转动的发生或者说悬挂闭合线圈中感应电流的产生只在固定线圈中电流通或断的一瞬间。安培当时只在稳态情况下进行实验,所以未能证实他的设想。年,他反复重做这个实验,同样没有发现这种效应的暂态性。

类似于此,并且颇有些可笑的事发生于瑞士日内瓦年轻的物理学家科拉顿身上。在年曾试图用一块磁铁在螺线管中移动使线圈中产生感应电流。为了排除磁铁移动对灵敏电流计的影响,他用很长的导线把连接于螺线管的电流计放在另一个房间内,他在两个房间里跑来跑去进行实验和观察。结果可想而知,电流计指针动了而他不可能看见,当时只要有个助手,历史就必须重写了。

也是在第年,一个偶然的机会,把英国一位化学家法拉吸引到电学研究的领域。当时他的朋友《哲学杂志》编辑理查德菲利浦约请法拉第写篇文章,对奥斯特的发现公布以来电磁理论和实验研究的进展作一评述,把虚构的东西和真实的内容、无根据的臆测和合理的假设区分开来。法拉第勉强答应写一个简短的历史回顾,因为当时他的注意力正集中在化学问题上,对电磁问题比较陌生。但当他转向调查研究由电流产生磁力的奇特性质时,下子唤起了巨大的科学热情。年9月,他为验证奥斯特现象设计了一个精巧的装置,第一次实现了电磁运动向机械运动的转换,实现了电流的作用产生持续的机械运动。

这一实验的成功大大鼓舞了法拉第在电磁领域继续进行深入探索的信心,并引导他同样联想到奥斯特发现的逆效应是否存在的问题。在年的日记里他写下了一个闪光的设想:“由磁产生电”由磁产生电为了证实这一设想,法拉第用去了整整10年光阴。

10年间法拉第在冶炼不锈钢、改良光学玻璃、研究气体液化等许多方面都取得很大成功,但磁生电的课题却进展甚慢,一次次的实验都以失败而告终,回头看,大都是由于这一现象的暂态性的缘故。

年夏天,当他再次回到这一课题时,终于取得了突破性进展。法拉第从美国物理学家约瑟夫亨利用强电磁铁所做的实验中受到启发,在一个软铁圆环上绕上两彼此绝缘的线图圈A、B,B用导线连接成闭合回路,法拉第的电磁试验在导线下面放置一个与之平行的小磁针M,A和个电流组E相连接图。法拉第原来设想通以强电流的线圈A将成为一个电磁铁,产生强大的“张力”的粒子传递到另一侧,作用线圈B,这“张力”将通过铁环中使其中产生出电流来。他的本来想法还是由一根通电导线的磁场作用在另一根导线中产生出电流。年8月29日,法拉第在进行这项实验时,偶然发现,当开关合上有电流通过的瞬间,小磁针发生了偏转,随即复位;当开关断开电流被切断的瞬间,小磁针又发生了偏转。法拉第敏锐地想到了这就是近10年来的所求,但还没有明确地领悟到这一现象的暂态性的本质。

面对着初步的成功,法拉第立刻想到,实验中什么是最核心的东西呢?铁环与线圈A是不是产生这效应的必要条件?他很快用实验找到了答案。10月17日,他用如图的一个圆纸筒上绕了多层线圈,将一个圆柱形磁棒迅速插入线圈时,线圈所连的电流计指针偏转了;抽出磁棒时,指针又动,但偏转方向与前相反,每次重复进出时,这种偏转都会出现。

法拉第实现了“磁生电”的设想,并且弄明白了这种转化的暂态性,他把年10月17日作为证明奥斯特现象逆效应的确切日期,法拉第在向英国皇家学会提交的一个报告中,把这一逆效应定名为“电磁感应”,并且系统地概图导体回路与磁体的相对运动产生电磁感应现象括总结了产生感应电流的5种类型。

美国物理学家亨利在这一时期也在研究这个问题,并且据说在年8月就已经观察到上述电磁感应现象。但由于恰处于大学暑假期间,等到开学又搅进繁重的日常教学之中,对实验一时无暇顾及,直到年6月他得法拉第的工作后,重新进行实验,在7月匆匆发表了一篇论文,叙述了以前自己的工作,但为时已晚。后来亨利在电磁感应方面做出了重要贡献,发现了自感和互感现象,后来电感的单位(H)即以他命名。

电磁感应现象的发现具有极其重大的划时代的历史意义,它为人类大规模利用电能,继而进入电气化时代奠定了理论基础。当人类进入21世纪,即进入公元第3个干年时,总结千年来科技进步,许多科学家推举电的应用为第2个千年的首选,细想深思,确是真知灼见。没有电力的大规模应用,何来今日世界之气象万千!但在当时,电磁感应现象还只是极少数科学家在实验室中研究探讨的一个课题而已。

在法拉第发现电磁感应现象之后不久的一次上层社会的宴会上,位贵族太太曾向他发问:您这个发现有什么用处呢?法拉第略加思考,幽默地回答说:“尊敬的夫人,您说,初生的“婴儿”有什么用呢?

正是这个“婴儿”,只用了几十年时间,便长成个力大无比的巨人,改变了人类历史,改变了全世界。




转载请注明:http://www.180woai.com/afhzp/9054.html


冀ICP备2021022604号-10

当前时间: