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电学之父——法拉第的故事当我读到您在科学上的发现，我深感遗憾，我过去的岁月浪费在太无聊的事情上了。——拿破仑家庭背景法拉第的家族可以追溯到英格兰的一个在十九世纪上半叶涌现了许多杰出的科学家的地方，是一个包括兰开夏郡北部地区、韦斯特摩兰郡和约克郡西北的地方，尽管法拉第不是在这里出生的。但他知道他的家族世世代代都扎根在这里。事实上，在他的父母离开这个祖祖辈辈生活的地方而搬到伦敦的几个星期后，他才出生，当时他家在叫奥特吉尔的小村庄，他的父亲詹姆斯·法拉第是一个铁匠，母亲玛格丽特·哈斯特维尔是迪普·吉尔农场的女佣，父母于1786年在奥特吉尔结的婚，五年后法拉第出生在着个贫困的家庭，以他的外公的名字命名为迈克尔·法拉第。法拉第的家，虽然穷，但不苦。他后来写的信件或手记，从未提过「苦」这个字。「家里的食物愈来愈少，我的食物是每星期一条小麦面包，母亲用一把锐利的刀，把面包切成很多小片，我就一天吃两片。]「我的教育只能提供我最基本的配备：简单的阅读、书写与计算。学校以外的时间，我不是留在家里，就是在马路上散步。」教育经历由于贫困，法拉第家里无法供他上学，因而法拉第幼年时没有受过正规教育，只读了两年小学。12岁那年，为生计所迫，他上街头当了报童。第二年又到一个书商兼订书匠的家里当学徒。订书店里书籍堆积如山，法拉第带着强烈的求知欲望，如饥似渴地阅读各类书籍，汲取了许多自然科学方面的知识，尤其是《大英百科全书》中关于电学的文章，强烈地吸引着他。他努力地将书本知识付诸实践，利用废旧物品制作静电起电机，进行简单的化学和物理实验。法拉第不放过任何一个学习的机会，在哥哥的资助下，他有幸参加了学者塔特姆领导的青年科学组织－－伦敦城哲学会。通过一些活动，他初步掌握了物理、化学、天文、地质、气象等方面的基础知识，为以后的研究工作打下了良好基础。22岁上做了戴维的实验助手。从此，法拉第开始了他的科学生涯。法拉第勤奋好学，工作努力，很受戴维器重。1813年10月，他随戴维到欧洲大陆国家考察，他的公开身份是仆人，但他不计较地位，也毫不自卑，而把这次考察当做学习的好机会。他见到了许多著名的科学家，参加了各种学术交流活动，还学会了法语和意大利语。大大开阔了眼界，增长了见识。因此有人说欧洲是法拉第的大学。恋爱和婚姻恋爱撒拉·伯纳尔是法拉第好友伯纳尔的妹妹，法拉第是在教会中认识她的。撒拉知道法拉第这个人不爱钱又不在乎名利，从事研究就一定全心投入，并且当时候知名的皇家学院教授，他们的配偶往往是一辈子孤单与寂寞。但智慧的撒拉决定与法拉第在一起时，也同时决定要作法拉第研究成果的分享者，她也常常鼓励法拉第分享自己的快乐与忧愁，因为撒拉深知成功的婚姻是一辈子的恋爱，而成功的恋爱是两个人知道怎样谈恋爱。1821年6月12日，法拉第与撒拉结为夫妇。法拉第和他的夫人撒拉成就经历雷伯书店打工法拉第小学毕业后，就到雷伯先生的印书店工作。雷伯先生坚持书店工作要愉快，因为愉快是团队工作的润滑剂。他训练店里学徒的目的是让他们发现自己的特长。雷伯先生一生只训练三个学徒，结果一个成为「作家」，一个成为「戏剧家」，法拉第则成为「电机工程之父」--没有人继承他的衣钵。认识伯乐当斯是皇家科学院的会员。1810年2月，当斯送一些科学报告，来雷伯的店里装订。眼光锐利的当斯，看到法拉第的工作态度，就知道这是个人才。他在法拉第的身边站了一阵子，也被雷伯看在眼里。雷伯把当斯请到书店的一角，愉快的给他看法拉第所做的笔记，当斯看了更是非常好奇，没想到装订书店里有这么一个科学瑰宝。隔天，当斯给法拉一张票，可以听化学家戴维四次的演讲。法拉第上了戴维的课后，几乎彻夜未眠地研读、查资料后，写成386页笔记。转折点1812年，法拉第成为正式的书籍装订师，并到另一间订书店落脚。然而，他却拒绝老板晚上加班，而要去都市哲学学会听课。后来法拉第给友人的信中写道：「我必须退出哲学会的所有课程与讨论，因为这些已经完全占据了我的心思与时间。自从学徒训练结束后，我在一个完全让我失望的地方从事我的本行。每天醒来的第一个想法是：是不是今天就要辞职了？我比以前更没有时间与自由，比以前更沉默了。比起不断进步的科学列车，我好像愈来愈追不上最后一节车厢，也许我该止步了」在这关键时期，支持法拉第继续走向科学之路的，是他的家人。法拉第的母亲：『你的父亲死之前，念念不忘的是，你有没有快乐地在从事什么电的实验...』继承父亲的铁匠事业、法拉第的哥哥鼓起手臂的肌肉说：『就凭这个，我还有足够的力量，能搥更多的车轮让妹妹去上学，让家里有更多的面包吃。』1813年，他又整理了笔记，给笔记精心加进彩色插图，接着用自己高超的装订技术装订成一本很漂亮的书。他忘掉了自己的地位和处境，忘掉了与戴维素昧平生，他渴望得到戴维的指导。他写了一份要求给戴维当助手的申请书，把书和信一并寄给了戴维。这一举动不仅使戴维感动，而且还使戴维惊讶。于是戴维满腔热忱地写了回信，一个月以后戴维又同意让他做了自己的助手。实验室工作他负责制取氯气，这是一种容易爆炸的危险实验，法拉第虽然谨慎地实验，还是爆炸了。但是他没有害怕、逃走或不在进实验室。他分析原因，在重做一次，终于能安全掌握实验。与戴维的欧洲之旅•1813年秋，法拉第跟随戴维，长途旅行，兼做科学考察，他们把实验室安放在一辆轿式马车上，白天走路，晚上由法拉第做实验。他们还一起爬到火山口，考察火山的活动，采集了一大口袋火山石进行分析。此外，他们还采集了矿泉水水样、岩石标本、土壤标本等。这样的旅行持续了一年半，这实际上是一次游学，法拉第跟着戴维学到了许多东西，还拜访了许多科学家。一年半的科学旅行，法拉第记了厚厚的两大本笔记。•在皇家研究所做研究1815年5月回到皇家研究所，法拉第已能在戴维指导下做独立的研究工作并取得了几项化学研究成果。1816年法拉第发表了第一篇科学论文。从1818年起他和J·斯托达特合作研究合金钢，首创了金相分析方法。1820年他用取代反应制得六氯乙烷和四氯乙烯。1821年任皇家学院实验室总监。1823见他发现了氯气和其他气体的液化方法。1824年1月他当选为皇家学会会员。1825年2月接替戴维任皇家研究所实验室主任。同年发现苯。更主要的是他在电化学方面（对电流所产生的化学效应的研究）所做出的贡献。经过多次精心试验，法拉第总结了两个电解定律，这两个定律均以他的名字命名，构成了电化学的基础。他将化学中的许多重要术语给予了通俗的名称，如阳极、阴极、电极、离子等。更重要的是，1821年法拉第完成了第一项重大的电发明。在这两年之前，奥斯特已发现如果电路中有电流通过，它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移。法拉第从中得到启发，认为假如磁铁固定，线圈就可能会运动。根据这种设想，他成功地发明了一种简单的装置。在装置内，只要有电流通过线路，线路就会绕着一块磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机，是第一台使用电流将物体运动的装置。虽然装置简陋，但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。1831法拉第发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时，线路内就会有电流产生，这个效应就是有名的法拉第电磁感应定律。法拉第圆盘发电机•1831年，法拉第发现了电磁感应现象之后不久，他又利用电磁感应发明了世界上第一台发电机──法拉第圆盘发电机。这台发电机制构造跟现代的发电机不同，在磁场所中转动的不是线圈，而是一个紫铜做的圆盘。圆心处固定一个摇柄（图9－3），圆盘的边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线把电刷与电流表连接起来；紫铜圆盘放置在蹄形磁铁的磁场中。当法拉第转动摇柄，使紫铜圆盘旋转起来时，电流表的指针偏向一边，这说明电路中产生了持续的电流。•法拉第圆盘发电机巨星陨落1839年，由于过度的思考和劳累，法拉第患了严重的神经衰弱症，暂时中断了对电磁学的研究。但在病中他仍进行了液化气体的研究，几年以后身体稍有恢复，又继续原来的研究课题。19世纪50年代以后，他的健康状况进一步恶化，被迫停止了研究工作。但他仍经常作演讲，向广大群众宣传科学知识。1867年8月25日，这位伟大的科学家安然去世了。最著名的成就法拉第电磁感应定律法拉第电解定律法拉第圆盘发电机1791年，法拉第出生于伦敦。1804年，开始为装订商，书商G.里勃工作。1811年，在皇家学会听亨弗利·戴维演讲。1812年，被任命为皇家学会的助教。1813年-1815年，和亨弗利·戴维一起到欧洲进行科学巡回演讲。1815年，担任皇家学会仪器管理员和助教。1815年-1816年，协助戴维研究矿工安全灯。1821年，与萨拉·巴纳德结婚；加入桑德曼教会；首次进行电磁旋转实验。1821年-1822年，发现两种碳的氯化物。年表1823年-1824年，成功实现气体液化。1825年，发现苯和异丁烯。1829年，担任位于伍尔维奇的皇家军事学院的兼职教授。1831年，发现电磁感应现象。1832年，发现“法拉第电解定律”。1836年，担任神学院科学顾问；开始研究静电和绝缘物质。1845年，研究抗磁和顺磁物质以及光磁物质。1849年，试图找出万有引力和电作用力的关系。1858年，维多利亚女王将汉普顿宫的住宅赠予他。1861年，辞去皇家学会教授职务。1862年，研究磁场线对光谱线的作用。1867年，在汉普顿宫的家中去世。在伟大的戴维和伟大的法拉第之间奇特的剽窃案1820年，丹麦物理学家奥斯特在实验中发现了电流可以使磁针偏转的事实，并于这年的7月21日发表了他的实验报告《电的冲突对磁的作用的一些实验》，9月4日刚刚回国的法国科学家阿拉果立即向法国科学院报告了这一实验。从此，电和磁的实验引起了法国和英国许多科学家的兴趣。人们纷纷重复奥斯特的实验，探索新的实验。安培、戴维、沃拉斯顿，法拉第等都对此发生了兴趣，并着手进行实验。法拉第沃拉斯顿威廉·沃拉斯顿是一位举足轻重的人物。他由于发现了元素钯和铑，发明了使用铂的新方法而闻名于世。1820年6月皇家学会会长约瑟福·班克斯爵土逝世，沃拉斯顿和戴维成为了继任这一职位的两个候选人，但沃拉斯顿谢绝提名，戴维由此当上了会长。自从得知奥斯特的实验结果-电对磁的影响后，沃拉斯顿就根据作用与反作用原理，试图进一步实验，找出磁对电的影响。他想：将一根直导线通入电流，然后靠近磁铁，导线就会绕自己的轴转动起来。1821年4月的一天，沃拉斯顿兴冲冲地来到皇家学院实验室，想在戴维面前演示他的想法。然而，试验好几次也末能如愿地实现导线自转。什么原因呢？两位大科学家展开了讨论，但毫无结果。法拉第这时年方三十，无论就其学识来讲，还是就其能力来说，都已具备了独立研究的水平。他自从1813年进入皇家学院，工作和学习都特别勤奋，刻苦，于1816年发表第一篇学术论文开始，到1821年已发表30余篇。然而，他仍然是个实验助手。法拉第早就对电学抱有浓厚兴趣，在做图书装订工时，他常常一个人在小阁楼里做起电机，莱顿瓶等实验，验证书中的原理。然而，这些年给一位化学家当助手，他又不得不整天忙碌着化学方面的实验。奥斯特的发现，又激起了他研究电和磁的热情。现在他准备独立进行研究了。然而，就他的地位来讲，闯入像沃拉斯顿和戴维那样著名人物已经注目的领域中，是需要极大勇气的。在那个时代，公认的科学家注目某一领域的工作时，就认为下层的人不能进入那同一个领域。尽管如此，法拉第也不能管那么多了，因为电和磁对他来说实在是爱不释手了，况且沃拉斯顿和戴维遇到了难解的困惑，已经不能继续实验下去了。戴维戴维法拉第敏锐地看出了奥斯特的发现的重要意义，他评价道：它猛然打开了一个科学领域的大门，那里过去是一片漆黑，如今充满了光明。于是，他花了三个月时间查阅了有关这个问题的一切文献，重复了一系列的实验，写了一份电磁研究进展状况的报告，从而为进一步研究电磁现象打下了坚实基础。他认真地分析了奥斯特发现电流致磁针偏转的实验，思索沃拉斯顿使磁致导线自转试验失败的原因。经过反复试验和思考，他想到，既然磁针试图绕着导线转，那么，按照作用与反作用原理，导线也必定是试图绕着磁针转，即通电导线绕着磁铁的磁极公转，而不是沃拉斯顿所设想的自转。于是，法拉第就按照这个想法进行了实验：在一个玻璃缸的中央