法拉第发现电磁感应(法拉第是如何发现电磁感应的)

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法拉第是如何发现电磁感应的

法拉第发现电磁感应(法拉第是如何发现电磁感应的)

法拉第出生在英国纽因敦城一个普通的铁匠家庭。13~21岁,他在书店当了8年学徒。装订书、卖书的职业,使法拉第有机会接触许多科学界人士。1812年的一天,一位常来买书的皇家学会会员送给他一张听讲券。在讲座上,法拉第聆听了当时举世闻名的化学家戴维的讲话,并深深地为科学的力量所吸引。

不久,法拉第学徒期满,在另一家印书店当了正式的装订工。新主人很赏识他,许诺让法拉第将来当书店的继承人。然而,法拉第志不在此。他鼓足勇气,写了封信给戴维,希望戴维能帮他谋到一个能够接触技术的职位。

戴维热情地接待了法拉第,劝法拉第再慎重考虑一下自己的理想。他风趣地说:“科学好比一个性情怪僻的女子,你尽管对她倾注满腔热情,可是得到的报酬却极其微小!”

精诚所至,金石为开。1813年,法拉第的愿望终于实现了。他进入皇家学院实验室,给戴维当助理实验员。几个月以后,他得到了一次非常难得的学习机会——随戴维去欧洲进行学术考察。旅行给法拉第留下难忘的印象。他的日记里,详细记载了戴维在各地的讲学内容、实验记录,以及各国科学家的实验方法、风格特长;沿途所见的自然景象、风土人情,也引起了他莫大的兴趣。法拉第生性乐观,富于同情心,对大自然和生活在底层的劳动人民怀着深切的热爱。这次旅行,更坚定了他献身科学、造福人类的信念。

一回到伦敦,法拉第就扎实地干起实验室工作来。在两三年的时间里,经过实际锻炼,法拉第具备了出色的实验才能。在戴维的指导下,他开始走上独立研究的道路。

1816年,25岁的法拉第初露锋芒,在《科学季刊》上发表了第一篇化学论文。1818年,法拉第写了一篇关于火焰的学术报告,大胆指出了名家理论的谬误。“名师出高徒”,他在戴维的引导下,刻苦钻研、勤奋工作,终于成为一个年轻有为的化学家。

1681年夏,一艘航行在大西洋的商船遭到雷击,结果船上的3只罗盘全部失灵:两只退磁,另一只指针倒向。还有一次,意大利一家五金店被闪电击中,事后发现一些钢刀被磁化。由于当时连闪电的性质都没有搞清,这些现象谁也解释不了。100多年来,电磁之谜成了许多科学家探索的目标。

1820年,奥斯特公布了他的发现:把通电的导线放在磁针上方,磁针竟会发生偏转。这个发现立刻引起了整个物理学界的轰动。人们本来认为毫不相关的两种现象,竟有这样奇妙的关系。这个发现成了近代电磁学的突破口,各国科学家纷纷转向电磁研究。

法拉第完全懂得这个发现具有不可估量的意义。他决心沿着奥斯特打开的缺口,作进一步的探索。在戴维的鼓励下,青年化学家毅然闯进了电磁学这个未知的物理领地。

法拉第决定从实践中探索奥秘。他把收集到的有关电磁现象的资料,详细地进行比较研究,并且一一用实验来重新检验。实验进展很快,也很有趣。1821年夏,他在《哲学年报》上发表了有关电磁研究进展的论文。在这篇论文中,法拉第把电流对磁针的作用力称作“转动力”,虽然从理论上讲这也没有触及本质,但是他却在实验中巧妙地运用这种“转动力”,让一块磁铁绕着一条电流连续转动,或是使一条载流导体绕磁铁不停地旋转。

不久,安培发表了研究报告。法拉第同安培不谋而合。

初次成功使法拉第受到很大鼓舞。他信心更大了,决心为电磁学这门崭新的科学当个开路先锋。根据大量的实验,他确信电和磁就像铜币的图案和字样,是同一事物的两面。既然电流可以产生磁,那么为什么磁不能产生电流呢?1821年秋,法拉第在日记里写下了一个闪光的设想,“从磁产生电!”

这是一次艰苦卓绝的攀登,为了实现这个目标,法拉第经历了无数次失败,进行了长达10年的实验研究。

那是一个繁琐的实验:

用铜线在几米长的木棍上绕一个线圈,铜线外面缠着布带以便绝缘。然后在第一层线圈外面,用同样的方法绕上第二层、第三层,直至第十二层,每层之间都是绝缘的。

把第一、三、五等奇数层串联起来,再把第二、四、六等偶数层串联起来,这样就制成了两个紧密结合而又互相绝缘的组合线圈。最后,把其中一组线圈接到开关和电瓶上,另一组线圈接在电流计上。接通电源,指针不动;增加电瓶,增大电流,指针还是不动!

法拉第并没有绝望,而是在崎岖的道路上坚持不懈地进行探索。转眼之间10年过去了。

1831年是法拉第一生中最难忘的一年。这一年的秋天似乎格外晴朗。天气已经有些凉意,法拉第还是穿着那件朴素的外套,在实验室里紧张地工作。他的电学实验进入了最关键的阶段。

这时,法拉第已经把电池组增加到120个电瓶。这意味着初级线圈的电流同最早相比,增大了120倍。他用做实验的线圈,也不知更换了多少。

法拉第全神贯注地操作着,他小心翼翼地合上电闸,更大的电流通过线圈,不一会导线就发热了。法拉第转过头注视着电流计,指针像是固定了一样,还是纹丝不动。

这是为什么呢?

他复查了全部实验记录,对设计思路、实验方法也都作了反省,并且逐件检查了实验器具,连一根导线都不放过。在检查电流计的时候,法拉第无意中注意到:他每次实验都是先接通电源,再转过头来观测电流计。

问题会不会就出在这里呢?

他马上把实验台重新布置好,进行检验。这次法拉第特地把电流计摆在电源开关旁边,以便操作时他的目光可以一直监视指针。

法拉第目不转睛地盯着电流计,然后用手合上了电源开关。就在线路接通的一刹那,电流计指针跳动了一下!这个时间非常短暂,稍不留意就发现不了。法拉第过去的多次实验都忽略了这个细节,这次终于捉住了这个稍纵即逝的“一刹那”。

法拉第乘胜前进,又改进了实验仪器。

他用软铁环代替木棍的线圈的芯子,效果更明显。在断开或者接通初级线圈电流的一刹那,次级线圈连接的电流计上的指针摆动得很厉害。

法拉第开始思考了。从表面上看,这个实验是从初级电流感应出次级电流,换句话说,是从电变成电,好像同磁没有关系。但是反过来说,如果这个发现仅仅意味着“从电变成电”,那又有一个问题不好解释——为什么要在初级电流接上或者断开的一瞬间,次级线圈才有电流产生呢?这种初级电流的突变会不会同磁有关系呢?

为了弄清这个疑难问题,法拉第继续进行实验。几天以后,他进一步发现,如果改变初级线圈和次级线圈间的位置,或是改变初级线圈的电流强度,次级线圈也有感应电流产生。法拉第顿时明白了,一定是初级线圈的电流产生的磁的作用,使次级线圈感应出电流。为了证实这个判断,法拉第索性把初级线圈拆掉,用一块磁铁来取代它。他让磁铁穿过次级线圈环,电流计的指针也随着磁铁的运动而摆动。谜底终于被揭开了:正是运动着的磁产生了电流。这就是著名的电磁感应现象,它揭示出电和磁可以互相转化的辩证关系,为近代电磁学奠定了基础。

再说法拉第发现了“动磁生电”现象之后,很快总结它的规律:闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁力线的运动时,导体中就会产生电流。这一规律启发了法拉第去研制一种发电机:使导体有规律地切割磁力线,从而产生一股持续的电流来。经过几天的琢磨,1831年10月28日法拉第在他的日记本上画出了他构想的发电机草图(如图):将一个固定在转动轴上的圆盘,放置在两个磁极之间不断地转动。显然可以把圆盘看成是许多根长度等于半径的铜狭条组成的。在转动圆盘时,每根铜条都要切割磁力线。将外电路的两端分别接到发电机的转轴和圆盘的边缘时,外电路和圆盘构成了闭合回路,电流就产生了。

法拉第的构想被实验证实了——圆盘发电机很快造出来了。一天法拉第在皇家学会表演他的发电机时,一位贵妇人冷冷地说:“这玩意儿有什么用呢?”法拉第机智地回答:“夫人,你不应当去问一个刚出生的婴儿会有什么出息,谁也不能预料婴儿长大成人之后会怎么样?”

电泳

电泳,是在确定的条件下,带电粒子在单位电场强度作用下,单位时间内移动的距离(迁移率)为常数,是该带电粒子的物化特征性常数。不同带电粒子因所带电荷不同,或虽所带电荷相同但荷质比不同,在同一电场中电泳,经一定时间后,由于移动距离不同而相互分离。分开的距离与外加电场的电压与电泳时间成正比。在外加直流电源的作用下,胶体微粒在分散介质里向阴极或阳极做定向移动。利用电泳现象使物质分离,这种技术也叫做电泳。胶体有电泳现象,证明胶体的微粒带有电荷。各种胶体微粒的本质不同,它们吸附的离子不同,所以带有不同的电荷。

法拉第是如何揭示电磁感应定律的

法拉第心明眼亮,经过反复实验,都证实了当磁作用力发生变化时,另一个线圈中就有电流产生。

他又设计了各种各样实验,比如两个线圈发生相对运动,磁作用力的变化同样也能产生电流。这样,法拉第终于用实验揭开了电磁感应定律。

法拉第是怎样发现电磁感应现象的

1820年H.C.奥斯特发现电流磁效应后,许多物理学家便试图寻找它的逆效应,提出了磁能否产生电,磁能否对电作用的问题,1822年D.F.J.阿喇戈和A.von洪堡在测量地磁强度时,偶然发现金属对附近磁针的振荡有阻尼作用。1824年,阿喇戈根据这个现象做了铜盘实验,发现转动的铜盘会带动上方自由悬挂的磁针旋转,但磁针的旋转与铜盘不同步,稍滞后。电磁阻尼[1]和电磁驱动是最早发现的电磁感应现象,但由于没有直接表现为感应电流,当时未能予以说明。

1831年8月,M.法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈,其一为闭合回路,在导线下端附近平行放置一磁针,另一与电池组相连,接开关,形成有电源的闭合回路。实验发现,合上开关,磁针偏转;切断开关,磁针反向偏转,这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。法拉第立即意识到,这是一种非恒定的暂态效应。紧接着他做了几十个实验,把产生感应电流的情形概括为5类:变化的电流,变化的磁场,运动的恒定电流,运动的磁铁,在磁场中运动的导体,并把这些现象正式定名为电磁感应。进而,法拉第发现,在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比,他由此认识到,感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的,即使没有回路没有感应电流,感应电动势依然存在。

后来,给出了确定感应电流方向的楞次定律以及描述电磁感应定量规律的法拉第电磁感应定律。并按产生原因的不同,把感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种,前者起源于洛伦兹力,后者起源于变化磁场产生的有旋电场。

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