奧斯特發現電流磁效應後,這一現象引起了當時很多科學家的關注和研究,其中包括當時正從事電和磁研究的英國物理學家法拉第。於是在法拉第的腦海裏,產生了“把磁轉變成電”的想法。從此,為了實現這一科學信念,法拉第整整耗費了10年時間。在1831年10月17日這天,法拉第實現了重大突破,在實驗中使一個原始的發電機通過磁體的機械運動而產生了電流。同年的11月24日,法拉第在論文裏把可以產生感應電流的情況概括成五類,正確地指出了感應電流與源電流的變化有關,而不是與源電流本身有關。他將這一現象與導體上的感應電作了類比,把它命名為“電磁感應”。電磁感應現象不僅揭示了電與磁之間的內在聯係,而且也為電與磁之間的相互轉化奠定了實踐基礎,也為人類獲取巨大而廉價的電能開辟了道路。
三、怎樣獲得電力——發電機的發明
發電機是一種使機械能轉化為電能的電機。分交流發電機和直流發電機。
19世紀初期,科學家們研究的重要課題,是廉價地並能方便地獲得電能的方法。
1820年,奧斯特成功完成了通電導線能使磁針偏轉的實驗,當時不少科學家又做了進一步的研究:磁針的偏轉是受到力的作用,這種機械力,來自於電荷流動的電力。那麼,能否讓機械力通過磁轉變成電力呢?法國物理學家安培是這些研究者中的一個,他實驗的方法很多,但卻犯了根本性的錯誤,實驗沒有成功。
另一位物理學家科拉頓,在1825年做了這樣一個實驗:他把一塊磁鐵插入繞成圓筒狀的線圈中,他想,這樣或許能得到電流。為了防止磁鐵對檢測電流的電流表的影響,他用了很長的導線把電表接到隔壁的房間。然而,他沒有助手,隻好把磁鐵插到線圈中以後,再跑到隔壁房間去看電流表指針是否偏轉。現在看來,他的裝置是完全正確的,實驗的方法也是對的,但是,他也犯了一個著實令人遺憾的錯誤,這就是電表指針的偏轉,隻發生在磁鐵插人線圈這一瞬間,一旦磁鐵插進線圈後不動,電表指針又回到原來的位置。所以,等他插好磁鐵再跑到隔壁房間去看電表時,無論速度多快也看不到電表指針的偏轉現象。若是他有個助手,若是他把電表放在同一個房間,他就是第一個實現變機械能為電能的人。如果說安培“坐失良機”,那科拉頓則是“跑失良機”了。
之後過了整整6年,到了1831年8月29日,英國物理學家法拉第獲得了成功,他使機械力轉變為電力。他的實驗裝置與科拉頓的實驗裝置並無兩樣,隻不過他把電流表放在自己身邊,在磁鐵插入線圈的一瞬間,指針明顯地發生了偏轉。於是,他成功了。手使磁鐵運動的機械力終於轉變成了使電荷移動的電力。
法拉第邁出了最艱難的一步,他不斷研究,兩個月後,他試製了能產生穩恒電流的第一台真正的發電機,標誌著人類從蒸汽時代進入了電氣時代。
100多年來,相繼出現了很多現代的發電形式,有風力發電、水力發電、火力發電、原子能發電、熱發電、潮汐發電等。發電機的構造也日臻完善,效率也越來越高,但基本原理仍與法拉第的實驗一樣:少不了運動著的閉合導體,少不了磁鐵。
四、如何利用電力——電動機的發明
電動機也稱為“馬達”,主要由一係列的線圈和磁鐵等部分組成,它是把電能轉變成機械能的裝置。發電機是一種轉動時產生電力的機器。利用電動機可以把發電機所產生的大量電能,應用到生產中去。電動機和發電機的構造基本上一樣,但原理卻正好相反,電動機是通電於轉子線圈以引起運動,而發電機則是借轉子在磁場中的運動產生電流。
1820年,丹麥科學家奧斯特發現了電流的磁效應,第一次揭示出電與磁之間的密切關係。英國科學家法拉第受此啟發,1821年,他成功地使一根小磁針繞著通電導線不停地轉動。這個裝置就是曆史上的第一台電動機。法拉第相信不僅有電流的磁效應,而且也應有磁的電流效應。1831年,法拉第在實驗中發現,運動的磁能夠產生電流。根據這個原理,法拉第很快就做出一個模型發電機。電動機和發電機的問世預示著人類電氣時代的到來。