正文 第5章 電磁感應現象(1 / 2)

從1820年起,由於奧斯特的工作,電磁熱席卷歐洲。

學術刊物上湧現出形形色色的論文。1821年英國《哲學學報》編輯約法拉第(1791—1867)寫了一篇關於電磁問題的述評,這件事導致法拉第開始了電磁學的研究。

法拉第當時正在英國皇家研究所做化學研究工作。他原來是一名文具店學徒工,從小熱愛科學,發憤自學,由於化學家戴維的幫助,他進到皇家研究所的實驗室當了一名助手,開始顯露才華。1821年他受任為皇家研究所實驗室主任。

法拉第在整理電磁學文獻時,為了判斷各種學說的真偽,親自做了許多實驗。在實驗過程中他發現了一種新現象,如果在載流導線附近隻有磁鐵的一個極,磁鐵就會圍繞導線旋轉;反之,載流導線也會圍繞單獨的磁極旋轉。這就是著名的電磁旋轉實驗。

與此同時,法拉第對安培理論提出了異議。他指出,安培把磁鐵等同於載流螺線管的見解有問題。他設計了一個表演:取一支玻璃管,在上麵纏上絕緣導線,做成螺線管,再水平地半浸入水中。然後在水麵上漂浮一隻長磁針。當通電後,線圈的一端是北極,另一端是南極。讓磁針南極正對線圈北極,磁針就應吸向線圈北極,停在北極。可是實際不然。磁針會穿過玻璃管,直到磁針的南極接近螺線管的南極。法拉第論證說,如果磁針是單極的,它就會沿磁力線無休止地運動下去。法拉第說,和載流螺線管對應的不是實心磁體,而應該是圓筒形磁鐵。

安培得知法拉第的批評後甚為不安。他立即發表演說,反駁法拉第,他認為法拉第的圓筒形磁鐵和螺線鐵管並不一樣。按照他的分子電流理論,圓筒形磁鐵中的電流是一小圈一小圈,而線圈中的電流是沿著大圈。為了證明圓筒形磁鐵中的電流是互相抵消的,他當眾做了如下的實驗:

將絕緣導線繞成許多圈,固定在支架上,兩端A與E接電源。再拿薄銅片做成圓環,懸掛在支架上,正好置於線圈內部,線圈通電後,取一磁棒置於銅環近旁,如果銅環裏有宏觀電流,磁棒就會驅使銅環偏轉。安培的結果是銅環不偏轉。由此安培得出結論:既然實驗證明銅環內不存在宏觀電流,可見銅環內隻存在分子電流。

任何一位學過電磁感應定律的讀者都會判斷,這是一個典型的電磁感應現象。隻要細心做下去,總可以發現在線圈通電或斷電的瞬間,銅環裏有感應電流。可是由於安培一心要證明他的分子電流學說,滿足於銅環不偏轉,他走到了電磁感應的邊緣,卻沒有深入研究這個問題,因而錯過了發現電磁感應的機會。

法拉第不久就知道安培公開對他的質疑作了答辯,立即重複上述實驗。可惜,他所依據的資料把安培的圓環誤畫為圓盤,所以法拉第重複了多次實驗,都沒有得到新的進展。

如果安培能夠更客觀地對待實驗,如果法拉第能夠準確地了解安培的設計,也許安培或法拉第早在1822年或1825年就發現了電磁感應。

當然,這隻是一個插曲。法拉第發現電磁感應並不是偶然的機遇,而是他一貫追求的結果。

法拉第和奧斯特一樣,篤信自然力的統一,很早就開始尋找“磁生電”的跡象。從1824年到1828年,法拉第多次進行電磁學實驗。他仔細分析了電流的磁效應,認為電流與磁的相互作用除了電流對磁、磁對磁、電流對電流,還應有磁對電流的作用。他想,既然電荷可以感應周圍的導體使之帶電,磁鐵可以感應鐵質物體使之磁化,為什麼電流不可以在周圍導體中感應出電流來呢?於是他做了一係列實驗,想尋找導體中的感應電流,其中有如下三個: