科学家的故事:不用浮名伴此生——法拉第
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适合年龄:6岁以上难易程度:中级1791年9月22日是一个光辉的日子 , 一代科学家迈克尔.法拉第降生在英国萨里郡纽因顿一个贫苦的铁匠家庭 。
法拉第没有机会进入正规学校学习 , 他只学过一点读、写、算的初步知识 。他13岁时在一家书店的装订厂当学徒 , 这使他有机会读了不少科学书籍 , 学到了丰富的知识 。法拉第在装订《大英百科全书》时对电学产生了浓厚的兴趣 , 就用仅有的一点零钱购买些简单仪器做实验 。从此他对科学倾注了巨大的热情 , 并为之奋斗终生 。
1812年 , 21岁的法拉第有幸听了著名化学家戴维的4次科学讲演 , 他立即被吸引住了 。法拉第向戴维表示了他渴望做科学研究工作的愿望 , 并附上他精心整理的听课笔记 。戴维也是出身贫寒的科学家 , 他对法拉第十分同情 。1813年 , 戴维推荐法拉第到皇家科学院实验室做他的助手 。同年法拉第随戴维到欧洲大陆进行学术考察 。法拉第认真记录了戴维在各地讲学的内容 , 陪同戴维会见了不少知名科学家 , 这使他受益匪浅 。回国后 , 法拉第在戴维的指导下取得了几项科学研究成果 。1824年 , 法拉第当选为皇家学会会员 , 在表决时戴维出于妒忌投了唯一的反对票 , 但是法拉第对自己的恩师一直怀着崇敬感激之情 。
法拉第十分勤奋 , 几十年从未停止过研究工作 , 尽管他的日记上经常见到“没有效果”、“不行”等描述失败的字样 , 但是他从未灰心 , 1855年出版的8卷《法拉第日记》便是他日夜辛勤工作的铭证 。他撰写的由3000多节组成的巨著《电学的实验研究》 , 汇集了他光辉的科学成果和卓越的物理思想 。
1821年 , 法拉第应约为一家杂志写一篇评述电磁学研究状况的文章 。在整理资料的过程中 , 他将注意力转向电磁学 。他仔细研究了当时的成果后 , 认为电流与磁的相互作用除了电流对磁、磁对磁、电流对电流 , 还应该有磁对电流 , 即磁能产生电流 , 才符合对称的原理 。他对此深信不疑 , 从此开始了磁生电的研究 。
1824-1828年 , 法拉第进行过多次电磁学实验来寻找感应电流 。其中3个实验比较典型:0线圈接电池通电 , 另一根导线置于线圈旁 , 两端接电流计 , 结果未发现感应;②全导线穿过通电线圈 , 再接通电流计 , 仍未发现感应电流;③将导线绕成线圈 , 置于通电线圈内 , 接通电流计 , 还是未发现感应电流 。
法拉第并不灰心 , 他认为失败是由于磁场还不够强 , 于是他将空心线圈增加了铁芯 。1831年8月29日 , 他在7/8英寸厚、外径为6英寸的铁环上绕制两个线圈A和B , B线圈接通电流计 , A线圈和电池组连接 。实验时他偶然发现 , 当A线接通时立即看到电流计偏转;当断开A线圈的电流时 , 再次看到电流计偏转 , 但方向相反 。法拉第意识到这可能就是他寻找10年的磁生电现象 。他记录道:“抓到了一点东西 , 但是还说不明白 。”是否必须使用铁芯?他又做了一个实验 。把长约186米的纱包铜线绕在一个木制圆筒上 , 再绝缘地绕上另一组同样的线圈并接通电流计 。当原线圈与电池组接通时 , 电流计仍有微小的偏转 , 而接通后来的线圈时 , 产生灼热 , 电流计却不偏转 。
法拉第想 , 这是不是由于接通和断开电源时 , 产生了“电波振荡引起的效应”呢?于是他不用电流产生磁场 , 而改用永久磁铁 。在一个空心纸筒上绕上8组线圈 , 并联起来接通电流计 。当把一根磁棒插入、抽出线圈时 , 电流计再次偏转 。接着 , 法拉第又在两根大磁棒的N , S极之间放一个有铁芯的线圈 , 当铁芯线圈接触和脱离磁棒时 , 都有感应电流产生 , 电流比空心线圈要强一些 。
至此 , 法拉第已经领悟了电磁感应现象的暂态性 , 铁芯只是增加感应的强度 , 而磁生电的条件在于“变化” 。接着他又做了几十个类似的实验 。他把产生感应的条件概括为5类:变化的电流、变化的磁场、运动的稳电流、运动的磁铁、运动中的导体 , 总体上称为电磁感应 。
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