法拉第：开辟电气时代大门！

法拉第（Michael Faraday，1791-1867，英国物理学家、化学家）是一位出身贫寒、自学成才、品德高尚、对人类做出了划时代贡献的伟大的实验物理学家和伟大的科学思想家。他被恩格斯称为“到现在为止最伟大的电学家”；他在《人类百位名人排座次》一书（美国应用物理学家麦克·哈特著，1978年在美国出版，是全球性畅销书）中，被排在第28位；在我国，人民教育出版社出版的义务教育初中物理教科书中，以“伟大的物理学家”向学生介绍法拉第。

法拉第在科学上有很多具有里程碑般的重大成就，其中伟大的是他为人类打开了电气时代的大门。著名的《法拉第日记》（现在陈列在伦敦的一个科学档案馆里）是他人1820年到1862年整整42年的实验日记，共记录了他在这期间所进行过的16041则实验。在这部日记中，就记录着他为人类打开电气时代大门的艰苦历程。

1820年，奥斯特的电流的磁效应发表后，在奥斯特实验的基础上，许多科学家创造性地继续奋斗，使物理学的发展又达到一个划时代的高度。

1821年4月，英国著名物理学家、化学家沃拉斯顿深入考虑了奥斯特实验的电流效应以后，产生了一个大胆的想法。他想：既然直导线中一通电流，导线周围与导线平行的磁针就会向与电流方向相“横”的方向发生转动；那么反过来，一根通有电流的直导线，当一块大磁铁沿电流方向的“横”向而靠近导线时，导线会不会绕自身的轴线而转动呢？沃拉斯顿认为导线应该绕自身轴线转动，图2就是他这个大胆想法的示意图。

沃拉斯顿越想越高兴，就立即去找当时英国著名的化学家戴维，在戴维的实验室里，沃拉斯顿不仅说了自己的设想，而且要求戴维帮助他来完成这个实验。戴维也深知奥斯特电流磁效应的实验，对沃拉斯顿大胆的设想也感兴趣，于是他们立刻工作起来。然而，他们试验了多次，但导线就是不转！他们只好暂停，坐下来讨论导线不转的原因。正在他们讨论的时候，法拉第进来了。一向谦虚的法拉第仔细地听着他们的讨论，并决心要把沃拉斯顿失败的原因搞清楚。

虽然当时法拉第的主要研究内容是在化学方面，成天忙于化学实验。但是，在1821年他应《哲学杂志》编辑菲利浦的约请，撰写一篇综合详述奥斯特的发现公布一年来，电磁学实验和理论发展情况的文章。法拉第在收集资料的过程中，不仅详细阅读了奥斯特、安培等人的研究报告，而且把别人做过的实验重做一遍，从而激发起他对电磁现象研究的巨大热情，并开始转向电磁学方面的实验研究。

沃拉斯顿的设想失败了，他失败在什么地方呢？是他的设想在科学思想上根本错了呢？还是他的设想是在具体的科学内容上的问题？这是分析创造性实验设想必须弄清楚的问题。法拉第认为，沃拉斯顿把事情“反过来”，这是从“作用与反作用”的关系来看待事物，这种思想方法是科学的，而且这也正是法拉第本人的思想方法。也就是说，沃拉斯顿的设想在科学思想上没有根本性错误，因此他的失败是出在具体的科学内容上。

法拉第重新思考奥斯特实验“反过来”的设想。他想，既然固定的直导线，当通以电流的时候，直导线四周平行于直导线的，可以自由转动的小磁针都将转动，而形成以导线为圆心的圆圈，这说明磁针是围绕通电导线“转”。那么反过来，如果在一个固定磁铁的附近，有一根平行于磁铁的并且可以自由移动的直导线，那么，当直导线通以电流时，它将绕磁铁而转动。

法拉第根据自己的设想，设计了实验装置。在水银槽中，垂直固定着磁铁，磁铁的一极露在水银面上。铁丝AB穿过软木塞C而垂直地浮在水银槽中，其上端A连有一根导线。槽中水银与另一根导线相连。两根导线可以与电池相连通。

1821年9月3日，法拉第的电动设想实验开始了，当他接通电路时，软木塞晃了一下，然后就像一只有着桅杆的小船，在水银面上，绕着磁铁慢慢地转动起来了。法拉第情不自禁地高呼起来：“它转了！它转了！”这是多么值得纪念的一天呀，人类第一次通过自己的劳动使电能转化成机械能，法拉第做成了世界上第一台直流电动机。

法拉第电动设想的实验成功，给人类生产创造了新的动力机械，受到了极其广泛的重视，法拉第的名字开始响亮地在世界上传播。然而这却遭到了他的引导者戴维的嫉妒，当时在科学界刮起了一场所谓“法拉第剽窃沃拉斯顿的研究成果”的风波。面对这场风波，谦虚、大度的法拉第，一方面能泰然处之，另一方面实在不愿为“风波”浪费时间，他暂停了关于电磁学的研究，而把主要精力仍然用到对化学的研究上，虽然他心里始终想着要对电磁学继续进行研究。

1882年，虽然法拉第的主要精力已经转回到化学方面，但是在他的《法拉第日记》上却写下了“对！必须转磁为电”的决心！

想实现“磁生电”也是当时许多科学家的愿望，例如，安培、科拉顿等人都曾为之努力过，但是都失败了。法拉第在1822年写下把磁转变为电的思想后，虽然他忙于化学研究，也曾在1824年到1828年间，至少4次把精力移到这个课题上来，然而他也没能成功，因此出现在《法拉第日记》上的都是“No”。

在这期间，为什么安培、科拉顿、法拉第都失败了呢？是“磁生电”的思想不科学吗？当然不是。问题仍然出在具体的科学内容上。原来，在这个期间，无论是安培或者科拉顿，还是法拉第，都认为利用磁场生的电应该是“稳定”的。用现在的话来说就是他们都认为电磁感应应该是一种稳态现象。然而，这是违反自然规律的，所以他们必然要失败。

面对当时的失败，谁能最先“转变思想”、把“稳态”的猜想变为“暂态”的想法，那么成功的桂冠就将属于谁。在这个问题上，最遗憾的莫过于科拉顿了。

1825年，科拉顿做过这样一个实验，他想将一个磁铁插入连有灵敏电流计的螺旋线圈，来观察在线圈中是否有电流产生。(www.xing528.com)

但是，在实验时，科拉顿为了排除磁铁移动时对灵敏电流计的影响，他用很长的导线把接在螺旋线圈上的灵敏电流计入到了另一间房间里。他想，反正产生的电流应该是“稳定”的，插入磁铁后，如果有电流，跑到另一间房里观察电流计也来得及。就这样，科拉顿开始了实验。然而，无论他跑得多快，他看到的电流计指针都是指在“0”刻度的位置，科拉顿失败了。

科拉顿的这个失败，是一个什么样的失败呢？后人有各种各样的议论。

有人说这是一次“成功的失败”。因为科拉顿的实验装置设计得完全正确，如果磁铁磁性很强，导线电阻不大，电流计十分灵敏，那么在科拉顿将磁铁插入螺旋线圈时，电流计的指针确实是摆动了的。也就是说，电磁感应的实验是成功了的。只不过科拉顿没有看见，他跑得还太慢，连电流计指针往回摆也没看见。

有人说，这是一次“遗憾的失败”。因为，如果科拉顿有个助手在另外那间房间里，或者科拉顿就把电流计放在同一房间里看得见的地方，那么成功的桂冠肯定是属于科拉顿的。

有人说，这是一次“真正的失败”。因为科拉顿没能转变思想，他没有从“稳态”的猜想转变到“暂态”的考虑上来，所以他想不到请个助手帮一下忙，或者把电流计拿到同一间房里来。事实也是这样，科拉顿留下了永远的遗憾。

1831年7月4日，法拉第写信给皇家学会秘书，信中说：“我希望把玻璃暂时放一下，这样我就有幸把对别的问题的想法付诸实现。”这里所说的“别的问题”就是指电磁感应。这时，沃拉斯顿和戴维这两位当时相当权威的电磁学家已经去世，这在某种意义上说，也为法拉第重新进入电磁学领域敞开了道路，嫉妒者走了，诚实的人路就宽了。

法拉第再次集中精力于电磁感应，经过反复的思考，总结别人和他自己过去失败的教训，他决定不再固守“稳态”的猜想，要从实验事实来做结论。这样，有志者，事竟成，法拉第终于在1831年8月，观察到了电磁感应效应。

下面我们摘录曾经在我们的中学物理课本上有过的、对法拉第在1831年8月里的工作的介绍，供同学们阅读。

1831年10月17日，法拉第又做了这样一个实验，实验装置是用一个螺旋线圈（由60厘米长的铜丝绕在一个空筒上而制成）跟电流计相连通，构成闭合电路。然后，法拉第用一根长20厘米、粗2厘米的圆柱形永久磁铁，迅速地插入线圈，又迅速地从线圈中拔出，他都看到了非常明显的电流计指针的偏转，再清楚不过地看到了电磁感应是暂时状态效应。法拉第认为，至此可以说他是成功了。所以，在1831年10月17日的《法拉第日记》上，写上了“yes”。1831年11月24日，法拉第写了一篇论文，向英国皇家学会报告了整个情况。

电磁感应是暂态效应，那么怎样才能利用电磁感应来获得“恒定”或“稳定”的电流呢？因为只有能不断得到电流，才能谈得上对电流的应用。就在1831年的10月，法拉第在继续深入研究电磁感应的同时，在他获得“暂态”电流的同时，他就在考虑如何获得“稳态”或“恒定”电流了。这是一个有远见的科学家非常可贵的科研品质。

皇家学会有一块特别大的马蹄形电磁铁，当时正被皇家军事学院借用着，而法拉第正好也在那里做了许多实验，法拉第想要利用电磁感应获得持续电流的实验设计，那块大磁铁是有不可磨灭的贡献的。

法拉第设计的获得持续电流的装置是在磁铁两极间放一铜盘，铜盘的金属轴和边缘连着外接导线，法拉第将两根外接导线连在了电流计上。

在《法拉第日记》上有着这样的记述“圆铜片旋转的时候，电流计的指针发生偏转，效果非常清楚，恒定”，恒定二字下的加重号是法拉第加上的。

法拉第是摇着手柄使圆铜盘转动的，铜盘不停的转动，电路中得到持续不断的电流，这就是世界上第一个发电机的诞生，它是将机械能转化为电能，那天是1831年10月28日。

发电机诞生了，电动机运转了，人类进入电气时代的大门被法拉第打开了。