物理名人法拉第介紹

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一、生平簡介

物理名人法拉第介紹

法拉第(Michael Faraday,1791~1867年),英國家、化學家。1791年9月22日生於倫敦。父親是鐵匠,母親識字不多,法拉第從小生長在貧苦的家庭中,不可能受到較多的教育。9歲時,父親去世了。法拉第不得不去文具店當學徒。1805年到書店當圖書裝訂工,這使他有機會接觸到各類書籍。每當他接觸到有趣的書籍時就貪婪地讀起來,尤其是百科全書和有關電的書本,簡直使他著了迷。繁重的體力勞動,無知和貧窮,都沒有能阻擋法拉第向科學進軍。

有一次,法拉第去聽著名科學家戴維的講座,他認真地記筆記,並把它裝成精美的書冊。然後把這本筆記本和一封毛遂自薦的信於1812年聖誕節前夕,一起寄給戴維。在戴維的介紹下,法拉第終於進入皇家學院實驗室並當了他的助手。

法拉第在實驗室工作半年後,隨戴維去歐洲旅行。對法拉第來說,這次旅行相當於上了“社會大學”,他結識了許多科學家,如蓋2呂薩克、安培等,還學到許多科學知識,大開眼界。法拉第回國後,發揮出驚人的才幹,不斷取得成果。

1821年他任皇家學院實驗室總監。1824年被選為皇家學會會員。1825年接替戴維任實驗室主任。1846年法拉第榮獲倫福德獎章和皇家勳章。

1831年法拉第發現電磁感應現象,這在物理學上起了重大的作用。1834年他研究電流通過溶液時產生的化學變化,提出了法拉第電解定律。

法拉第不計較名譽地位,更不計較錢財。他拒絕了製造商的高價聘請,謝絕了大家提名他為皇家學會會長和維多利亞女皇準備授與他的爵位,終身在皇家學院實驗室工作,甘願當個平民邁克爾2法拉第。 1867年8月25日法拉第與世長辭。

二、科學成就

1.在物理學方面

法拉第在物理學方面的主要貢獻是對電磁學進行了比較系統的實驗研究,發現了電磁感應現象,總結出電磁感應定律;發明了電磁學史上第一臺電動機和發電機;發現了電解定律;提出電場、磁場第重要概念。他是十九世紀電磁域中最偉大的實驗家。他寫成的鉅著《電學的實驗研究》,收集了3362個條目,詳細記述了他做過的實驗,總結出帶有規律性的成果,是一部珍貴的科學文獻。

(1)製作了歷史上第一臺電動機

1821年9月3日,法拉第重做了奧斯特的實驗,他用小針放在放在載流銅導線周圍的不同位置,發現小磁針有沿著環繞以導線為軸的圓周旋轉的傾向。根據這一現象,法拉第設計製作了一種“電磁旋轉器”,讓載有電流的導線在一個馬蹄形磁鐵的磁場中轉動,這就是科學史上最早的一臺電動機

(2)發現了電磁感應現象

1831年8月,法拉第用一個 英寸厚、外徑6英寸的軟鐵圓環,繞有兩股約緣線圈A和B,B的兩端用一條導線連成一個閉合迴路,導線下面平行放置一根磁針。A和一組電池組、一個開關連線成另一個閉合迴路。法拉第發現,在合上開關有電流通過線圈A的瞬間,磁針偏轉;斷開開關切斷電流的瞬間,磁針也偏轉。但是法拉第並不滿足,立即提出了兩個十分深刻的問題。第一,上述實驗中是否一定要用軟鐵磁環,沒有行不行?第二,線圈A是否可以不要,改用磁棒代替?10月17日法拉第做了一個現在人們熟知的,他用一個接有電流計、線圈的閉合迴路,把一根永久磁棒迅速插入線圈或迅速拔出,都可以發現電流計指標偏轉。法拉第在11月24日,向英國倫敦皇家學會報告了他的重大發現,歸納出產生感應電流的五種情

況:一、變化著的電流;二、變化著的磁;三、運動的穩恆電流;四、運動的磁鐵;五、在磁場中運動的導線。法拉第在報告中,把他所觀察的現象正式定名叫“電磁感應”。

(3)在實驗基礎上總結出法拉第電磁感應定律

1851年在《論磁力線》一書中正式提出電磁感應定律:“形成電流的力和所切割的磁力線根數成正比。”

(4)製成第一臺圓盤發電機

在發現電磁感應現象以後,法拉第設計了圓盤發電機實驗把一個銅盤放在一個大的馬蹄形磁鐵的兩極中間,銅盤的軸和邊緣各引出一根導線,同電流計相連,構成閉合迴路。當銅盤旋轉的時候,電流計指示出迴路中有電流產生。這就是發電機的雛形。

(5)提出了電場和磁場的概念

法拉第的又一個重要成果,是提出了場的概念和力線的圖象。他反對電、磁之間超距作用的說法,設想帶電體、磁體或電流周圍空間存在一種從電或磁激發出來的物質,它們無所不在,是一種象以太那樣的連續介質,起到傳遞電力、磁力的媒介作用。他把這些物質稱做電場、磁場。法拉第還憑藉著驚人的想象力,和流體力學中的流場類比,提出電場和磁場是由力的線和力的管子組成的,正是這些力線、力管,把不同的電荷、磁體或電流連線在一起。1852年,他用鐵粉顯示出磁棒周圍磁力線的形狀。

(6)暗示了電磁波存在的可能性,並預言了光可能是一種電磁振動的傳播

1832年,法拉第還用極深邃的物理洞察力對光和電的關係作出了研究。他給英國倫敦皇家學會寫了一封密封信,信上寫著:“現在應當收藏在皇家學會的檔案館裡的一些新的觀點。”這封信在檔案館裡躺了一百多年,直到1938年才為後人重新發現,啟了封。法拉第在信中預言了磁感應和電感應的傳播,暗示了電磁波存在的可能性,還預言了光可能是一種電磁振動的傳播。他還發現了光的偏振面在磁場中旋轉的旋光效應。

2.在化學方面的貢獻

(1)法拉第發現了電解第一和第二定律,開創了電化學領域,並且引入了陽極、陰極、陰離子,陽離子等現在仍在普遍使用的術語。

(2) 他研究了氯,發現兩種新的氯化碳,通過實驗研究了氣體擴散和幾種氣體的液化,還研究了合金鋼的效能,等等。

三、趣聞軼事

1.當年提攜恩情重,後來排擠反為仇。

1812年12月的一天,英國青年化學家戴維爵士正在家裡養病,一清早僕人把一大堆郵件整整齊齊放到沙發旁邊的茶几上。戴維隨手取出一隻最大的信封,拆開來一看,是一本厚厚的書,有368頁。硬封面上燙了金字:“戴維爵士講演錄”。奇怪,那個出版商連招呼都不打一聲,借了我的名字出書?再翻開內頁,原來這300多頁書竟是用漂亮的字型手工抄寫的,而且帶附了不少精美的插圖。這下戴維如附墜入五里霧中,莫名妙了。翻著,書中落下一張信箋,原來是封簡訊,大意是:“我是一個剛剛滿師的訂書學徒,很熱愛化學,有幸聽過您4次講演,整理了這本筆記,現送上。如能蒙您提攜,改變我目前的處境,將不勝感激云云。最後的簽名是邁克爾2法拉第(1791~1867),戴維將信看了兩遍,想自己也是苦出生,小時候挺淘氣,多虧了倫福德伯爵的提攜才有了今天,想到這裡,不由動了惻隱之心,竟提起大鵝毛筆寫了一封回信:

先生:

承蒙寄來大作,讀後不勝愉快。它展示了你巨大的熱情,記憶力和專心致志的精神。最近我不得不離開倫敦,到一月底才能回來,到時我將在你方便的時候見您。我很樂意為你效勞,我希望這是我力所能及的事。——亨2戴維

在戴維的大力推薦下,1812年3月法拉第才告別了整整幹了7年的訂書工生涯,到皇家學院上班,擔任了實驗室的助理工。

1820年皇家學會的沃拉斯特會在瞭解了奧斯特的實驗後,他想:既然電與磁有聯絡,電能讓磁動,磁為何不能讓電也動呢?他找過戴維,還設計了一個實驗,在大磁鐵旁放一根通電導線,看看它會不會轉動,可沒有成功。1821年當法拉第發現了載流導線繞磁體旋轉的論文後,卻傳來了一些流言蜚語,說法拉第剽竊別人的成果,而散佈這種言論的正是戴維。法拉第陷入十分苦惱之中,但是法拉第不願因此與恩師反目,再說這些年來他也逆來順受慣了。所以他在親自登門向沃拉斯特解釋之後,就悄然退出了電磁研究領域,而將注意力轉向化學。這種人際關係的內耗使科學事業蒙受了損失。當時法拉第已經在日記中寫下了“轉磁為電”幾個字。如果戴維此時能幫他一把的話,電磁感應現象也不會等到10年之後才被發現了。

1823年3月法拉第液化氯氣成功了。皇家學會的會員們十分讚賞法拉第的才華,有29人(其中有沃拉斯特)聯名報他當會員。戴維聽說此事大發雷霆,氣沖沖地要法拉第去劃掉自己的名字,還說服學會的教授們撤銷對泊拉第作為會員候選人的提名。1824年1月在皇家學會就法拉第的會員資格進行無記名投標,其中有一張反對票,就是戴維投的。正是:當年提攜恩情重,今天排擠反為仇。戴維這個人的心態也夠複雜的。

法瓣第一生中一直對自己的恩師懷著敬重和感激之情,晚年,法拉第還經常指著牆上戴維的畫像顫抖地說:“這是一位偉大的人呀!”

2.從無意中的覺察到偉大的發現

在法拉第的思想中,確信物理學所涉及的自然界的各種力是互相緊密地聯絡著的。他分析了電流的磁效應以後認為,既然電可以產生磁,反過來磁也應該能產生電。他在1822年的一篇日記中就寫了這樣的話:“把磁轉化成電。”法拉第朝著這個目標,堅定不移地堅持實驗、研究近十年,經歷五次重大失敗,終於發現了電磁感應現象。

1831年8月,法拉第做了一個新裝置。他在直徑6英寸的鐵環的半邊,用銅絲繞成線圈,接上電流計;在鐵環的另一半也紅了一組線圈,接到由100個伏打電池連成的電池組上。合閘,法拉第覺得電流計的指標晃動了一下,他定神細看,指標仍指在零點,法拉第檢視了桌上的儀器:A段的線圈仍連著電池組,B段的線圈仍連著電流計。“如果指標真的動過了,它應該不斷地來回擺動,或者偏向一邊啊!可現在指標為什麼又指在零點不動呢?”法拉第想不出個所以然,只得手拆線了。這時電流計上的指標又動了。這一回他看清楚了。這次指標是向與剛才相反的方向偏轉,接著又回到了零點,法拉第反覆地合上、拉開電閘,見到指標不住地來回擺動。為什麼指標總是這樣來回擺動呢?法拉第百思不得其解。他給朋友查理2菲利浦斯的信中說:“我目前正忙於電磁研究,而且我想,我已經抓到了一點苗頭,但是一時還講不出什麼道理。可是我在全力以赴之後,最後從水裡抓到的,可能不是一條魚,而是根稻草。”

發現了由磁生電的現象之後,法拉第又經過二個月的奮戰,他找到了一種更為簡單的辦法,用一根第形磁鐵和一個閉合線圈,也可以獲得這種大小、方向不斷變化的電流。

法拉第就在不斷重複這個實驗的時候,領悟到磁並不能產生電,只有運動的磁才能生電啊!許多年來,那麼多有才華的科學家孜孜不倦、苦心探索的問題,答案竟是如此簡單。他們之所以在電磁的大門外徘徊不前,原來是“靜電”和“靜磁”的框架束縛了他們的頭腦。這說怪也不怪,大凡人們在思考問題的時候,總喜歡按習慣的方法和現有的思想體系來進行邏輯推理,這叫做思維定勢。到了這一步創造能力已被窒息,再要前進就困難了。這時需要有膽識過人的科學家,敢於打破常規,另闢蹊徑,才能出奇制勝。法拉第的成功也正在於這一點,另外他的運氣也挺不錯,這也很重要,俗話說:“謀事在人,成事在天”!

3.“嬰兒”的誕生預示著電氣化時代的到來

再說法拉第發現了“動磁生電”現象之後,很快總結它的規律。這一規律啟發了法拉第去研製一種發電機:使導體有規律地切割磁力線,從而產生一股持續的電流來。經過幾天的琢磨,10月28日法拉第在他的日記本上畫出了他構想的發電機草圖。

一天法拉第在皇家學會表演他的發電機時,一位貴婦人冷冷地說:“這玩意兒有什麼用呢?”法拉第機智地回答:“夫人,你不應當去問一個剛出生的嬰兒會有什麼出息,誰也不能預料嬰兒長大成人之後會怎麼樣?”

4.不愛金錢愛科學

法拉第從小就善於思考,經常提出一些有意義的問題。有一天,他到一家訂戶送報,突然對花園的欄杆出了神,心想:如果我的`頭伸進欄杆裡,而身子還在欄杆外,那麼我究竟應該算在欄杆的哪一邊呢?法拉第好提問題,以至別人這樣來形容他:他的頭“老是往前伸著,好象隨時準備向別人提問題似的。” 法拉第在書店學徒時,他不但博覽群書,而且用它們作指導,在宿舍裡做了許多實驗。他的工錢除了吃飯以外,幾乎全部花在買實驗用品上。後來法拉第聽了戴維的講演,更下定了“獻身於科學”的決心。據說法拉第為了進皇家學院室工作,戴維曾經同他進行過如下的談話,戴維一邊指著自己手上、臉上的傷疤,一邊對法拉第說:“牛頓說過:‘科學是個很厲害的女主人,對於為她獻身的人,只給予很少的報酬。’她不僅吝嗇,有時候還很凶狠呢。你看,我為她效勞十幾年,她給我的就是這樣的獎賞。”法拉經堅定地說:“我不怕這個!”戴維又說:“這裡工資很低,或許還不如你當訂書匠掙的錢多呢!”法拉第回答說:“錢多少我不在乎,只要有飯吃就行。”戴維追問一句:“你將來不會後悔吧?”法拉第頻頻點頭說:“我決不後悔!”就這樣,法拉第正式踏進了科學的殿堂。

法拉第在科學的征途上走過了半個多世紀,他始終如一地實踐了自己“獻身於科學”的諾言。由於法拉第在電學和化學研究上出了名,有一段時間,法院曾經聘請他做專家作證的工作。在不到一年時間裡,法拉第獲得了五千鎊的報酬。這時候,一位朋友勸法拉第辭去皇家學會的研究工作,告訴他“如果繼續幹下去,每年可以穩賺二萬五千鎊”。當時皇家學會每年給法拉第的報酬只有五百鎊。愛科學不愛金錢的法拉第經過鄭重考慮,為了專心進行科學研究,毅然辭去了專家作證的工作。

法拉第經常不分晝夜地在實驗室裡工作,為了利用每一分鐘時間,凡是和實驗無關的事情,他儘量推辭、謝絕;他不去朋友家吃飯;不上劇院看戲。他不停地做實驗,記筆記。在他的實驗日記上,記滿了“沒有效果”、“沒有反應”、“不行”、“不成”等字樣。1855年出版的八卷《法拉第日記》就是他日夜辛勤工作的明證,他的一系列重大科學成果,就是他心血和汗水的結晶。法拉第退休以後還念念不忘皇家學院實驗室,經常去那裡掃地、擦桌子、整理儀器。

法拉第不計較名譽地位,更不計較錢財,他拒絕了製造商的高薪聘請,謝絕了大家提名他為皇家學會會長和維多利亞女皇授與他的爵位,終身在皇家學院實驗室工作,甘原當個平民,1867年8月25日,他在倫敦去世,儘管法拉第一生中獲得各國贈給他的學位和頭銜多達94個,而遵照他的“一輩子當個平凡的邁克爾2法拉第”的意原,他的遺體被安葬在海洛特公墓,墓碑上只刻著三行字:邁克爾2法拉第,生於1791年9月22日,歿於1867年8月25日。後人為了紀念法拉第,特意用他的名字來命名電容的單位,簡稱“法”。

5.坐在椅子上平靜地離開了人間

法拉第在研究電感應和磁感應傳播時,一時還不能完整地表述出自己的新思想,感到數學基礎也不夠,於是他把自己的想法先寫了下來,信中說:

我傾向於把磁力從磁極向上散佈,比作受擾動的水面的振動,或者比作聲音現象中空氣的振動;也就是說,我傾向於認為,振動理論將適用於電和磁的現象,正像它適用聲音,同時又很可能適用於光那樣。??——邁2法拉第於皇家學院,1832年3月12日

法拉第小心翼翼地將信封好,存放在皇家學院的保險箱裡,希望有一天自己的想法會有知音,並得到發展和證實。光陰荏苒,彈指整整23年過去了,還未見有人問津這個領域,此時法拉第已經垂垂老矣。想到自己的理論也許再要過一百年才能人發現,心裡不覺有點悽然,他感嘆說道:“那個時候我也許是看不見嘍!”且說那天法拉第正在嘆息不已時,突然,放在桌上新到專業期刊上一篇醒目的標題跳入了他的眼簾:《論法拉第的力線》。法拉第一陣激動,他如飢似渴地將論文讀了一遍,真是一篇好文章啊!文章把法拉第充滿力線的比作一種流體場,又藉助了流體力學的研究成果,推匯出一組向量微分方程。法拉第想自己從小失學,最缺的就是數學,現在突然降下了這麼一位理解自己思想,又長於數學和幫手,真是高興得樂不可支。“哈哈,我的理論後繼有人了!”法拉第感到無限的欣慰。

幾年後,也就是1860年,70高齡的法拉第在自己的寓所裡會見了比他年輕40歲的麥克斯韋,他高興地說:“當我知道你用數學來構造這一主題,起初我幾乎嚇壞了,我驚訝地看到,你處理得如此之好啊!”“先生能給我指出論文的缺點嗎?”麥克斯韋靦腆地說,“這是一篇出色的文章,”法拉第想了想說:“可是你不應當停留於用數學來解釋我的觀點,而應該突破它。”這句話鼓勵了麥克斯韋不懈地努力,去攀登經典電磁理論的頂峰,他終於在1865年前建立起了完整的電磁場理論方程。

1867年8月25日幸運的法拉第在看到了自己的理論後繼有人,經典電磁學理論大廈完全竣工之後,坐在椅了上平靜地離開了人間。