電磁感應(yīng)教學設(shè)計

1、附：實驗記錄單附： 法拉第發(fā)現(xiàn)磁生電的過程英國的法拉第（ M.Faraday 公元 1791 1867 ）是十九世紀電磁研究領(lǐng)域中最偉大的實驗家。法拉第是一個鐵匠的兒子。按他自己的話說：“我所受的教育是最平常的，比在普通的學校中基本的讀、寫、算多不了多少，我課外的時間還消耗在家里和街道上?！彼?13 歲開始，在離家不遠的書店和裝訂廠當童工，成為一名裝訂學徒工。法拉第十分喜愛閱讀經(jīng)他手的科學書籍。工余之后，法拉第還做些簡單的化學實驗，每周花上幾個便士買些簡單用品。 19 歲時，他在晚上還常抽空夫聽關(guān)于自然哲學的講座，法拉第的哥哥對他很支持，為他支付入場費用。 21 歲時，法拉第幸運地聽了化學大師

2、戴維（ H.Davy ，公元 1778 1829 ）在皇家研究院的四次演講。這時。法拉第已經(jīng)成為工廠的正式裝訂工，但法拉第渴望到科學研究部門里工作。在他想象中，科學部門里的學者一定是和藹可親心胸寬廣的人。這個想法促使法拉第邁出了人生道路上關(guān)鍵的一步。他大膽地給戴維寫了封信，表示了自己想到戴維門下工作的意愿，并將聽戴維的演講所作的工整的筆記也寄了去。戴維收到法拉第的信和筆記本后，受到感動，給法拉第復信，接受了他的請求。 1813 年，法拉第 22 歲，在英國皇家研究院當了戴維的助手。那年秋天，戴維外出旅行，法拉第作為戴維夫婦的秘書隨同前往。他們游歷了法國、意大利、瑞士等國， 1815 年法拉第回

3、到皇家研究皖。這次長達兩年的旅游經(jīng)歷，使法拉第長了不少見識?；貒螅ɡ陂_始了自己的獨創(chuàng)性的研究工作。 1821 年， 30 歲的法拉第才結(jié)婚。這期間，法拉第已經(jīng)在化學、光學和聲學諸方面取得了很多研究成果，大多數(shù)科學家決定推舉他為皇家學會會員，而妒忌心卻使學會主席戴維反對他的學生當選，然而主席職位的權(quán)威未能壓住法拉第， 1824 年法拉第被選為皇家學會會員。法拉第并不計較恩師的忌妒心，他總是懷著敬慕的心情稱頌戴維的天才，講到在他早期的科學生涯中，恩師對他的啟迪和教誨。 1825 年，法拉第任皇家研究院院長。19 世紀二十年代，歐洲的科學雜志已有不少，奧斯特的發(fā)現(xiàn)及其它有關(guān)電的磁方面的實驗及理

4、論研究成果傳播到了歐洲各國。面對他國的科學成就，英國著名雜志哲學年鑒的主編不甘落后，于 1821 年特意邀請化學家戴維撰寫文章，綜述奧斯特發(fā)現(xiàn)以來一年中電磁學實驗與理論的進展概況。戴維把此事交給了法拉第。在收集資料的過程中，激起法拉第對電磁現(xiàn)象要進行研究的極大熱情，這樣，法拉第就從其它研究課題逐漸轉(zhuǎn)向電磁學方面。1821 年 9 月 3 日，法拉第重復了奧斯特的實驗，他將小磁針放在栽流導線周圍的不同地方，發(fā)現(xiàn)小磁針的磁極受到電流作用后，有沿著環(huán)繞導線圓周旋轉(zhuǎn)的傾向，這比奧斯特的實驗前進了一步。據(jù)此法拉第還做出了一種磁旋轉(zhuǎn)器。法拉第仔細分析了電流產(chǎn)生磁效應(yīng)的許多現(xiàn)象，他認為電流與磁的作用應(yīng)有幾個

5、方面，那就是電流對磁，電流對電流，磁對電流等。在他之前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了電流產(chǎn)生磁的作用，電流對電流的作用。那么反過來，磁對電流有什么作用呢 ? 法拉第認為既然磁鐵可以使近旁的鐵塊帶磁，靜電荷可使近旁的導體感應(yīng)出電荷，那么電流也應(yīng)當可以在近旁線圈中感應(yīng)出電流。 1822 年法拉第在日記中寫下了他的光輝思想：“磁能轉(zhuǎn)化成電?！睆倪@一年起，法拉第對此進行了系統(tǒng)的探索。開始，他簡單地認為用強磁鐵靠近導線，導線中就會產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，或者在一根導線里通上電流，在附近的導線中也會產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。按照這條思路，他進行了下述實驗。1825 年，法拉第將一根導線放在另一根導線附近，前一根導線用一個電流計連接起來成為一

6、個閉合回路，后面一個導線中通電流，觀測閉合回路，結(jié)果沒有任何電流顯示。1828 年，法拉第做了另一個實驗。用懸絲將絕緣棒中部拴住，使絕緣棒水平無扭轉(zhuǎn)地懸掛著，棒的一端固定了一個銅質(zhì)閉合線圈，另一端固定一個小的重物配重，用一塊條形強磁鐵的一極放入線圈內(nèi)。法拉第認為，如果磁鐵對線圈有作用，產(chǎn)生感應(yīng)電流，這時若再將第二塊磁鐵靠近線圈，則線圈便會在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。但任何轉(zhuǎn)動也未觀察到。法拉第又用銅質(zhì)開環(huán)（銅環(huán)開個小口），又換鉑、銀材料做的閉環(huán)和開環(huán)重復做這一實驗，仍然沒有觀察到感生電流的任何跡象。法拉第做了近十年的“磁生電”實驗。在工作日記中寫下了大量的毫無結(jié)果的失敗記錄，厚厚的日記冊正是法拉第百折不回

7、、堅持奮斗的見證。他的日記，也記載了科學預見的光輝思想。法拉第堅持寫工作日記幾十年，直到生命的終結(jié)，這在科學史上，也是少見的。1831 年 8 月，法拉第再一次回到“磁生電”這一重大課題上來。他以往的失敗，都在于只研究穩(wěn)定狀態(tài)效應(yīng)，思想上還沒有暫態(tài)（持續(xù)時間很短）效應(yīng)的概念，更沒有去創(chuàng)造條件展現(xiàn)暫態(tài)效應(yīng)。這次法拉第在一只軟鐵環(huán)上繞以兩組線圈 A 、B ，線圈 B 與一電流計連接，當線圈 A 與電池組（由 10 只電池組成）相連的瞬間，電流計的指針偏轉(zhuǎn)了一下，然后又回到原來位置。當線圈 A 與電池組斷開時，指針又偏轉(zhuǎn)了一下再回到原來指零位置。法拉第并沒有立刻領(lǐng)悟到達一現(xiàn)象的重要意義，只是開始意識

8、到這是一種暫態(tài)效應(yīng)。同年 9 月 24 日，法拉第將兩根條形磁鐵支成三角形，即一端的 N 極和 S 極拼在一起成三角形頂用，下端 S 極和 N 極分開，其間安放繞在鐵質(zhì)因往體上的螺旋線圈，線圈與電流計相連。他觀察到，每當線圈跟下端的 N 極或 S 極接觸一下，或脫離一下，電流計指針就偏轉(zhuǎn)一下。這時法拉第覺察到，這效應(yīng)和他 8 月份做的實驗所顯示的效應(yīng)相似，他立即想到這就是尋找了將近十年的“磁生電”現(xiàn)象。10 月 1 日，法拉第滿懷信心地再次實驗。為使效應(yīng)更加明顯，他加大電流，加多繞組線圈。法拉策把長約 186 米用紗布包起來的銅導線繞在很寬的木線筒上，再于繞組線圈上絕緣地繞上同樣長度的紗包銅線

9、，將一個繞組和電流計連接，另一個繞組和 100 對金屬極組成的電池組連接。他發(fā)現(xiàn)，當電鍵 K 接通和斷開與電池的連接時，和另一繞組相連的電流計的指針明顯擺動。法拉第還觀察到，接通和斷開電鍵 K ，電流計指針是作相反的擺動，但最后都回到原來指零位置。至此，法拉第對磁產(chǎn)生電流的現(xiàn)象已確信無疑。10 月 7 日，法拉第采用另一種方式進行實驗：直接讓磁棒運動看能不能產(chǎn)生電流。仍然將一線圈與電流計相連，手持一永久磁棒迅速插入或抽出線圈，他發(fā)現(xiàn)電流計指針在插入或抽出的瞬間發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然后回到原來指零位置。接著，法拉第做了幾十個類似的實驗，他最終認識了感生電流的暫態(tài)性質(zhì)。1831 年 11 月 24 日，法拉

10、第向英國皇家學會報告了電磁感應(yīng)的第一篇具有劃時代意義的論文。論文中明確地闡述了他解決電磁感應(yīng)問題的關(guān)鍵，概括了均能產(chǎn)生感應(yīng)電流的幾種情況：正在變化的電流；正在變化的磁場；穩(wěn)恒電流的運動；導體在磁場中運動。他將上述現(xiàn)象命名為“電磁感應(yīng)”至此，法拉第作出了科學史上的偉大貢獻揭示電磁感應(yīng)規(guī)律。 電磁感應(yīng)規(guī)律的揭示，也說明英國在電磁學研究領(lǐng)域里趕上和超過了法國。自牛頓以來，英國對自然科學的基本規(guī)律和基礎(chǔ)理論的研究一直是很重視的，有成就的科學家受到社會的普遍尊敬并享有較高的社會地位。因此，并末在學校受過系統(tǒng)教育的法拉第能在英國取得如此卓著的成就，還是符合情理的事情。當然，在“磁生電”方面進行探索的，并不

11、是只有法拉第一個人。在俄國、法國、瑞士、美國都有人做過這方面的工作。 上一部分提到，對奧斯特實驗反應(yīng)最快的是法國的安培。他在十九世紀二十年代做了許多實驗，也曾朦朧地意識到磁會產(chǎn)生電的效應(yīng)，但對此安培的信心并不是十分堅定的。他的精力集中在磁性起源的分子電流說，以及他多年從事的試圖建立一個全面的電動力學理論上。盡管安培對電磁學做出了許多貢獻，但在“磁生電”方面，他一直因于穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，沒有考慮暫態(tài)效應(yīng)。和法拉第的早期工作一樣，這些實驗均未成功。安培探索“磁生電”的一個有代表性的實驗是： 1821 年，他用末扭轉(zhuǎn)的懸絲，把一個閉合銅質(zhì)圓線圈掛起來，并使它位于另一個稍大的鋼質(zhì)多匝絕緣圓線圈的內(nèi)部梢大的圓線

12、圈固定在一個絕緣支架上。安培讓兩線圈處于同一豎直平面內(nèi)。固定線圈通以大電流，安培認為懸掛的線圈自然就會產(chǎn)生某種較弱的電流。這樣，懸掛線圈就相當于一塊磁鐵（奧斯特的電流產(chǎn)生磁的效應(yīng)），只要用另外一塊強磁鐵靠近它，懸掛線圈就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，但是安培得到的是否定結(jié)果，他把實驗的失敗歸之于實驗裝置的靈敏度不高，卻沒有從暫態(tài)效應(yīng)方面去考慮。前面說到的 1828 年法拉第的實驗工作，實際上就是重復了安培作的這個代表性實驗。僅在奧斯特宣布他的實驗發(fā)現(xiàn)之后的三個月，法國物理學家菲涅耳就向法國科學院報告過，他將磁鐵放入螺旋線圈內(nèi)，使線圈中產(chǎn)生的電流把水分解了，他宣稱已成功地將磁轉(zhuǎn)化為電，但經(jīng)別人重復實驗后，菲涅耳的

13、結(jié)果并不真實。但菲涅耳的實驗思想，曾使安培、科拉頓等人受到很大啟發(fā)。1822 年初，年輕的瑞士物理學家德拉里夫（ A.dela R ive ，公元 1801 1873 ）也曾利用日內(nèi)瓦的強大得多的磁鐵，幫助特地從法國去日內(nèi)瓦的安培，重復進行了 1821 年安培在法國做的“磁生電”實驗。關(guān)于這次合作進行的實驗，安培在 1822 年下半年曾寫過一份報告給法國科學院。安培在報告中宣稱，似乎觀察到“磁生電”：當固定線圈中有電流通過時，懸掛線圈中就有感應(yīng)電流，大磁鐵對懸掛線圈的作用力使懸掛線圈偏轉(zhuǎn)，最后這作用力被懸絲的扭力所平衡。當固定線圈中的電流斷開后，達一扭力使懸掛線圈回到它的原始位置。按照這種解釋

14、，“磁生電”是在穩(wěn)定狀態(tài)下產(chǎn)生并一直存在著的，這顯然是不可能的，即便安培在日內(nèi)瓦的實驗中觀察到懸掛線圈曾有過偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生，但他并沒有抓住“暫態(tài)”這一關(guān)健，真理從他手中溜走了。有趣的是，德拉里夫的助手科拉頓（ J.D.Colladon ，公元 1802 1893 ）幾乎就要得到真理，遺憾的是差了一點而未能得到。科拉頓對早先菲涅耳的實驗很感興趣，企圖把一塊磁鐵放入螺旋線圈中，在運動中使線圈產(chǎn)生感生電流。科拉頓和菲涅耳不同，不是用分解水的方法觀測電流（這是觀測不到的），而是正確的用了一只靈敏電流計。為了排除移動磁鐵時操作動作對電流計產(chǎn)生不相干的影響，科拉頓將這只電流計放到了另一間實驗室里，用長導線將電流

15、計和螺旋線圈連接起來。可惜的是，沒有別人幫助，科拉頓獨自一個人從這間房跑到那間房去觀察電流計偏轉(zhuǎn)，當然他得不到任何結(jié)果。因為移動磁鐵時電流計指針擺動他沒有看到，等到他走近電流計時，暫態(tài)效應(yīng)已經(jīng)消失，指針早已回到了指零位置。美國物理學家亨利（ J.Henry ，公元 1797 1878 ），在不知道安培和法拉第等人的工作的情況下，對電磁感應(yīng)現(xiàn)象做出了獨自的貢獻。 1827 年他用紗包銅線在一鐵芯上繞了兩層，然后在銅線中通電，發(fā)現(xiàn)僅重 3 公斤的鐵芯竟然吸起了 300 公斤重的物體，亨利以此為開端終于發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象。亨利把實驗結(jié)果總結(jié)在螺旋狀長導線內(nèi)的電氣自感一文中。后人為了紀念亨利，以他的名字定

16、義了自感單位。據(jù)說，亨利甚至在法拉第前發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)規(guī)律，但他并沒有公開發(fā)表這個結(jié)果。1832 年，在俄國工作的物理學家楞茨（ H.F.E.Lenz ，公元 1804 1865 ），知道了法拉第研究“磁生電”取得了成功，很受鼓舞，也開始進行一系列電磁實驗。 1833 年楞茨把他的工作總結(jié)在論動電感應(yīng)引起的電流的方向一文中。文中指出感應(yīng)電流的方向是這樣確定的：它所產(chǎn)生的磁場方向與引起感應(yīng)的原磁場的變化方向相反。這是充實、完善電磁感應(yīng)所做的一大貢獻。這就是后人稱為的楞茨定律。楞茨還和焦耳各自獨立地對確定電流熱效應(yīng)的規(guī)律作出了貢獻，這就是有名的焦耳楞茨定律；流過穩(wěn)定電流的導體所放出的熱量，與電流強度

17、的平方、導體的電阻、通電時間這三項乘積成正比。以上事實說明，揭示重大物理現(xiàn)象的規(guī)律，不能看作是個別天才的“靈感”所獲，而是人類認識發(fā)展的歷史產(chǎn)物，是人類社會生產(chǎn)力和科學研究水平發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果。當然，杰出的科學家所起的帶頭和關(guān)鍵的作用，也是不能忽視的。拿電磁感應(yīng)規(guī)律來說，在法拉第工作的前后或同時，都有不少科學工作者作了大量的研究，也取得了不少成果。但就其規(guī)模、持續(xù)時間、對現(xiàn)象本質(zhì)的認識及聽取得的成果而言，部不及法拉第。從法拉第同代人安培的態(tài)度變化，也能說明這個問題。 1831 年底，當安培獲悉法拉第的成果但尚未詳細了解成果的細節(jié)內(nèi)容時，他就急切地、不慎重地發(fā)表了一篇論文，企圖用他的所謂

18、“電磁感應(yīng)”來解釋他在 1821 年 1822 年的實驗。安培的言下之意，在法拉第之前，他已經(jīng)早就認識了電磁感應(yīng)。其實，他的這篇急切之作并不比 1822 年寫給法國科學院的報告有絲毫進步，照舊沒有把握住感生電流是“瞬態(tài)效應(yīng)”這個現(xiàn)象的本質(zhì)。一時間，在兩人長期友好的交往中產(chǎn)生了指責和誤會。當激動平靜下來，安培從頭至尾認真研究了法拉第成果的細節(jié)內(nèi)容，這才恍然大倍。他隨即寫信給法拉第，承認自己并沒有發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，以及失敗的本質(zhì)原因；電磁感應(yīng)是瞬態(tài)效應(yīng)。由于電磁感應(yīng)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，后來人們就制造出發(fā)電機。電動機、變壓器等電機電器設(shè)備，使交流電的利用變?yōu)楝F(xiàn)實，逐漸開創(chuàng)了人類社會的電氣化時代。不論是當時還是后

19、人，把發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律的主要功績歸功于法拉第，這是完全符合歷史事實的。更為重要的是，法拉第比別人具有更深邃的物理直覺洞察力。他提出了“場”的概念，從本質(zhì)上把電磁學的研究推進了一大步，為建立系統(tǒng)、完整的電磁場理論打開了大門。萬有引力、靜電作用力都遵從距離的反比平方關(guān)系，從牛頓開始就認為引力作用是瞬時作用，不需要什么媒介來傳遞，達就是超距作用的觀點。這種觀點在電學和磁學的研究中又得到了進一步的強化，象富蘭克林、庫侖、安培這樣有名的科學家對此都深信不疑。奧斯特關(guān)于電流的磁效應(yīng)具有橫向性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，是對力的舊概念力在沿著兩個相互作用物體的連線上的一次強有力的沖擊，更有甚者，法拉第具有不同尋常的想象力，為

20、了對電、磁現(xiàn)象作出正確的物理解釋，他提出了一種全新的概念和物理圖象，這就是“場”的概念和力線圖象?！皥觥备拍畹奶岢觯俏锢碛^念上的一次劃時代的飛躍，極大豐富了人類對客觀世界運動規(guī)律以及物質(zhì)形態(tài)多樣性的認識。法拉第反對超距作用的概念，認為物質(zhì)之間的電力、磁力是需要有媒介傳遞的近距作用力。法拉第在大量的相互作用的實驗中發(fā)現(xiàn)：電作用力與帶電體之間或電流之間的電介質(zhì)有關(guān)；磁作用也一樣，磁作用與作用體之間的磁介質(zhì)有關(guān)。磁介質(zhì)不同，磁作用力也不同。于是法拉第設(shè)想，帶電體、磁體或電流周圍空間存在一種由電或磁產(chǎn)生的物質(zhì)、它無所不在，是象以太那樣的連續(xù)介質(zhì)，起到傳遞電力、磁力的媒介作用。法拉第把它們稱為電場、磁

21、場。電作用或磁作用正是通過電場或磁場來傳遞的。法拉第類比于流體力學，提出場是力的線或力的管子所組成的，正是這些力線、力管“把不同的電荷、磁體或電流連接在一起。他用一張撒上了鐵粉的紙，下面用磁棒輕輕顫動，這些鐵粉就清楚地呈現(xiàn)出磁場的力線。法拉第認為這些力線、力管具有實在的物理意義。于是他用電力線和磁力線的幾何圖形條形象的表示電場和磁場的狀態(tài)。力線上任一點的切線方向就是場強的方向，力線密的地方，場強就強；力線疏的地方，場強就弱。場源不變時，力線圖不變；場源運動或變化時，力線圖也發(fā)生變化。法拉第用力線的概念成功地描述了電磁感應(yīng)定律。 1851 年他在論磁力線一文中，對此作了全面的總結(jié)。針對當時傳統(tǒng)的

22、質(zhì)點概念以及質(zhì)點的超距瞬時作用觀念，法拉第的“場”概念和力線模型是一個重大突破，對物理學的發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。如今人類已經(jīng)認識到“場”是一種重要的物質(zhì)形態(tài)，追根溯源，這應(yīng)當首先歸功于法拉第。 還是一件歷史事實說明法拉第具有深邃的科學洞察力。 1832 年他寫了一封信，密封好后交給英國皇家學會。信封上寫著：“現(xiàn)在應(yīng)當收藏在皇家學會的檔案館里的一些新觀點。”這封信在皇家學會的檔案館躺了一百多年真可謂是長期保存，直到 1938 年才為后人重新發(fā)現(xiàn)，啟了封。法拉第在這封信里寫道：“磁作用的傳播需要時間，即當一個磁鐵作用于另一個遠處的磁鐵或者一塊鐵時，產(chǎn)生作用的原因（我以為可以稱之為磁）是逐漸地從磁體傳

23、播開去的，這種傳播需要一定的時間，而這個時間顯然是非常短的?！薄拔疫€認為；電感應(yīng)也是這樣傳播的。我以為，磁力從磁極出發(fā)的傳播類似于起波紋的水面的振動或者空氣粒子的聲振動。也就是說我打算把振動理論應(yīng)用于磁現(xiàn)象，就象對聲作的那樣，而且這也是光現(xiàn)象最可能的解釋。類比之下，我認為也可以把振動理論運用于電感應(yīng)。 . 邁·法拉第 1832 年 3 月 12 日于倫敦皇家學會。顯然，法拉第在這封信中第一次預言了磁和電的感應(yīng)傳播，暗示了電磁波存在的可能性，預言了光可能是一種電磁振動的傳播。法拉第的光輝的科學思想，還表現(xiàn)在他堅持物理力的統(tǒng)一性方面，這和奧斯特的思想是有共同點的。法拉第認為“由不同的來源

24、產(chǎn)生的各種形式的電之間存在統(tǒng)一性。”法拉第從伽伐尼電、普通的電、磁生電、溫差電以及動物電都具有許多共同的物理效應(yīng)（使磁針偏轉(zhuǎn)、導體發(fā)熱、化合物分解等）的事實中得出了一個重要結(jié)論：“各種形式的電，不管其來源如何，本質(zhì)上的聯(lián)系、這正是后來愛因斯坦后半生努力探索的重大課題，現(xiàn)代物理學家提出是相同的?！狈ɡ谥钡酵砟辏踔吝€考慮過萬有引力和電力之間是否可能存在著某種方式的大統(tǒng)一理論，就是朝著統(tǒng)一引力和電磁力的目標向前邁進的一步。1825 年，法拉第將一根導線放在另一根導線附近，前一根導線用一個電流計連接起來成為一個閉合回路，后面一個導線中通電流，觀測閉合回路，結(jié)果沒有任何電流顯示。1828 年，法拉第

25、做了另一個實驗。用懸絲將絕緣棒中部拴住，使絕緣棒水平無扭轉(zhuǎn)地懸掛著，棒的一端固定了一個銅質(zhì)閉合線圈，另一端固定一個小的重物配重，用一塊條形強磁鐵的一極放入線圈內(nèi)。法拉第認為，如果磁鐵對線圈有作用，產(chǎn)生感應(yīng)電流，這時若再將第二塊磁鐵靠近線圈，則線圈便會在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。但任何轉(zhuǎn)動也未觀察到。法拉第又用銅質(zhì)開環(huán)（銅環(huán)開個小口），又換鉑、銀材料做的閉環(huán)和開環(huán)重復做這一實驗，仍然沒有觀察到感生電流的任何跡象。法拉第做了近十年的“磁生電”實驗。在工作日記中寫下了大量的毫無結(jié)果的失敗記錄，厚厚的日記冊正是法拉第百折不回、堅持奮斗的見證。他的日記，也記載了科學預見的光輝思想。法拉第堅持寫工作日記幾十年，直到生

26、命的終結(jié)，這在科學史上，也是少見的。1831 年 8 月，法拉第再一次回到“磁生電”這一重大課題上來。他以往的失敗，都在于只研究穩(wěn)定狀態(tài)效應(yīng)，思想上還沒有暫態(tài)（持續(xù)時間很短）效應(yīng)的概念，更沒有去創(chuàng)造條件展現(xiàn)暫態(tài)效應(yīng)。這次法拉第在一只軟鐵環(huán)上繞以兩組線圈 A 、B ，線圈 B 與一電流計連接，當線圈 A 與電池組（由 10 只電池組成）相連的瞬間，電流計的指針偏轉(zhuǎn)了一下，然后又回到原來位置。當線圈 A 與電池組斷開時，指針又偏轉(zhuǎn)了一下再回到原來指零位置。法拉第并沒有立刻領(lǐng)悟到達一現(xiàn)象的重要意義，只是開始意識到這是一種暫態(tài)效應(yīng)。同年 9 月 24 日，法拉第將兩根條形磁鐵支成三角形，即一端的 N

27、極和 S 極拼在一起成三角形頂用，下端 S 極和 N 極分開，其間安放繞在鐵質(zhì)因往體上的螺旋線圈，線圈與電流計相連。他觀察到，每當線圈跟下端的 N 極或 S 極接觸一下，或脫離一下，電流計指針就偏轉(zhuǎn)一下。這時法拉第覺察到，這效應(yīng)和他 8 月份做的實驗所顯示的效應(yīng)相似，他立即想到這就是尋找了將近十年的“磁生電”現(xiàn)象。10 月 1 日，法拉第滿懷信心地再次實驗。為使效應(yīng)更加明顯，他加大電流，加多繞組線圈。法拉策把長約 186 米用紗布包起來的銅導線繞在很寬的木線筒上，再于繞組線圈上絕緣地繞上同樣長度的紗包銅線，將一個繞組和電流計連接，另一個繞組和 100 對金屬極組成的電池組連接。他發(fā)現(xiàn)，當電鍵

28、K 接通和斷開與電池的連接時，和另一繞組相連的電流計的指針明顯擺動。法拉第還觀察到，接通和斷開電鍵 K ，電流計指針是作相反的擺動，但最后都回到原來指零位置。至此，法拉第對磁產(chǎn)生電流的現(xiàn)象已確信無疑。10 月 7 日，法拉第采用另一種方式進行實驗：直接讓磁棒運動看能不能產(chǎn)生電流。仍然將一線圈與電流計相連，手持一永久磁棒迅速插入或抽出線圈，他發(fā)現(xiàn)電流計指針在插入或抽出的瞬間發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然后回到原來指零位置。接著，法拉第做了幾十個類似的實驗，他最終認識了感生電流的暫態(tài)性質(zhì)。1831 年 11 月 24 日，法拉第向英國皇家學會報告了電磁感應(yīng)的第一篇具有劃時代意義的論文。論文中明確地闡述了他解決電磁感

29、應(yīng)問題的關(guān)鍵，概括了均能產(chǎn)生感應(yīng)電流的幾種情況：正在變化的電流；正在變化的磁場；穩(wěn)恒電流的運動；導體在磁場中運動。他將上述現(xiàn)象命名為“電磁感應(yīng)”至此，法拉第作出了科學史上的偉大貢獻揭示電磁感應(yīng)規(guī)律。 電磁感應(yīng)規(guī)律的揭示，也說明英國在電磁學研究領(lǐng)域里趕上和超過了法國。自牛頓以來，英國對自然科學的基本規(guī)律和基礎(chǔ)理論的研究一直是很重視的，有成就的科學家受到社會的普遍尊敬并享有較高的社會地位。因此，并末在學校受過系統(tǒng)教育的法拉第能在英國取得如此卓著的成就，還是符合情理的事情。當然，在“磁生電”方面進行探索的，并不是只有法拉第一個人。在俄國、法國、瑞士、美國都有人做過這方面的工作。上一部分提到，對奧斯特

30、實驗反應(yīng)最快的是法國的安培。他在十九世紀二十年代做了許多實驗，也曾朦朧地意識到磁會產(chǎn)生電的效應(yīng)，但對此安培的信心并不是十分堅定的。他的精力集中在磁性起源的分子電流說，以及他多年從事的試圖建立一個全面的電動力學理論上。盡管安培對電磁學做出了許多貢獻，但在“磁生電”方面，他一直因于穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，沒有考慮暫態(tài)效應(yīng)。和法拉第的早期工作一樣，這些實驗均未成功。安培探索“磁生電”的一個有代表性的實驗是： 1821 年，他用末扭轉(zhuǎn)的懸絲，把一個閉合銅質(zhì)圓線圈掛起來，并使它位于另一個稍大的鋼質(zhì)多匝絕緣圓線圈的內(nèi)部梢大的圓線圈固定在一個絕緣支架上。安培讓兩線圈處于同一豎直平面內(nèi)。固定線圈通以大電流，安培認為懸掛的線

31、圈自然就會產(chǎn)生某種較弱的電流。這樣，懸掛線圈就相當于一塊磁鐵（奧斯特的電流產(chǎn)生磁的效應(yīng)），只要用另外一塊強磁鐵靠近它，懸掛線圈就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，但是安培得到的是否定結(jié)果，他把實驗的失敗歸之于實驗裝置的靈敏度不高，卻沒有從暫態(tài)效應(yīng)方面去考慮。前面說到的 1828 年法拉第的實驗工作，實際上就是重復了安培作的這個代表性實驗。僅在奧斯特宣布他的實驗發(fā)現(xiàn)之后的三個月，法國物理學家菲涅耳就向法國科學院報告過，他將磁鐵放入螺旋線圈內(nèi)，使線圈中產(chǎn)生的電流把水分解了，他宣稱已成功地將磁轉(zhuǎn)化為電，但經(jīng)別人重復實驗后，菲涅耳的結(jié)果并不真實。但菲涅耳的實驗思想，曾使安培、科拉頓等人受到很大啟發(fā)。1822 年初，年輕的瑞

32、士物理學家德拉里夫（ A.dela R ive ，公元 1801 1873 ）也曾利用日內(nèi)瓦的強大得多的磁鐵，幫助特地從法國去日內(nèi)瓦的安培，重復進行了 1821 年安培在法國做的“磁生電”實驗。關(guān)于這次合作進行的實驗，安培在 1822 年下半年曾寫過一份報告給法國科學院。安培在報告中宣稱，似乎觀察到“磁生電”：當固定線圈中有電流通過時，懸掛線圈中就有感應(yīng)電流，大磁鐵對懸掛線圈的作用力使懸掛線圈偏轉(zhuǎn)，最后這作用力被懸絲的扭力所平衡。當固定線圈中的電流斷開后，達一扭力使懸掛線圈回到它的原始位置。按照這種解釋，“磁生電”是在穩(wěn)定狀態(tài)下產(chǎn)生并一直存在著的，這顯然是不可能的，即便安培在日內(nèi)瓦的實驗中觀察

33、到懸掛線圈曾有過偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生，但他并沒有抓住“暫態(tài)”這一關(guān)健，真理從他手中溜走了。有趣的是，德拉里夫的助手科拉頓（ J.D.Colladon ，公元 1802 1893 ）幾乎就要得到真理，遺憾的是差了一點而未能得到?？评D對早先菲涅耳的實驗很感興趣，企圖把一塊磁鐵放入螺旋線圈中，在運動中使線圈產(chǎn)生感生電流?？评D和菲涅耳不同，不是用分解水的方法觀測電流（這是觀測不到的），而是正確的用了一只靈敏電流計。為了排除移動磁鐵時操作動作對電流計產(chǎn)生不相干的影響，科拉頓將這只電流計放到了另一間實驗室里，用長導線將電流計和螺旋線圈連接起來?？上У氖?，沒有別人幫助，科拉頓獨自一個人從這間房跑到那間房去觀察電流計

34、偏轉(zhuǎn)，當然他得不到任何結(jié)果。因為移動磁鐵時電流計指針擺動他沒有看到，等到他走近電流計時，暫態(tài)效應(yīng)已經(jīng)消失，指針早已回到了指零位置。美國物理學家亨利（ J.Henry ，公元 1797 1878 ），在不知道安培和法拉第等人的工作的情況下，對電磁感應(yīng)現(xiàn)象做出了獨自的貢獻。 1827 年他用紗包銅線在一鐵芯上繞了兩層，然后在銅線中通電，發(fā)現(xiàn)僅重 3 公斤的鐵芯竟然吸起了 300 公斤重的物體，亨利以此為開端終于發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象。亨利把實驗結(jié)果總結(jié)在螺旋狀長導線內(nèi)的電氣自感一文中。后人為了紀念亨利，以他的名字定義了自感單位。據(jù)說，亨利甚至在法拉第前發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)規(guī)律，但他并沒有公開發(fā)表這個結(jié)果。183

35、2 年，在俄國工作的物理學家楞茨（ H.F.E.Lenz ，公元 1804 1865 ），知道了法拉第研究“磁生電”取得了成功，很受鼓舞，也開始進行一系列電磁實驗。 1833 年楞茨把他的工作總結(jié)在論動電感應(yīng)引起的電流的方向一文中。文中指出感應(yīng)電流的方向是這樣確定的：它所產(chǎn)生的磁場方向與引起感應(yīng)的原磁場的變化方向相反。這是充實、完善電磁感應(yīng)所做的一大貢獻。這就是后人稱為的楞茨定律。楞茨還和焦耳各自獨立地對確定電流熱效應(yīng)的規(guī)律作出了貢獻，這就是有名的焦耳楞茨定律；流過穩(wěn)定電流的導體所放出的熱量，與電流強度的平方、導體的電阻、通電時間這三項乘積成正比。以上事實說明，揭示重大物理現(xiàn)象的規(guī)律，不能看作

36、是個別天才的“靈感”所獲，而是人類認識發(fā)展的歷史產(chǎn)物，是人類社會生產(chǎn)力和科學研究水平發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果。當然，杰出的科學家所起的帶頭和關(guān)鍵的作用，也是不能忽視的。拿電磁感應(yīng)規(guī)律來說，在法拉第工作的前后或同時，都有不少科學工作者作了大量的研究，也取得了不少成果。但就其規(guī)模、持續(xù)時間、對現(xiàn)象本質(zhì)的認識及聽取得的成果而言，部不及法拉第。從法拉第同代人安培的態(tài)度變化，也能說明這個問題。 1831 年底，當安培獲悉法拉第的成果但尚未詳細了解成果的細節(jié)內(nèi)容時，他就急切地、不慎重地發(fā)表了一篇論文，企圖用他的所謂“電磁感應(yīng)”來解釋他在 1821 年 1822 年的實驗。安培的言下之意，在法拉第之前，他已

37、經(jīng)早就認識了電磁感應(yīng)。其實，他的這篇急切之作并不比 1822 年寫給法國科學院的報告有絲毫進步，照舊沒有把握住感生電流是“瞬態(tài)效應(yīng)”這個現(xiàn)象的本質(zhì)。一時間，在兩人長期友好的交往中產(chǎn)生了指責和誤會。當激動平靜下來，安培從頭至尾認真研究了法拉第成果的細節(jié)內(nèi)容，這才恍然大倍。他隨即寫信給法拉第，承認自己并沒有發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，以及失敗的本質(zhì)原因；電磁感應(yīng)是瞬態(tài)效應(yīng)。由于電磁感應(yīng)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，后來人們就制造出發(fā)電機。電動機、變壓器等電機電器設(shè)備，使交流電的利用變?yōu)楝F(xiàn)實，逐漸開創(chuàng)了人類社會的電氣化時代。不論是當時還是后人，把發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律的主要功績歸功于法拉第，這是完全符合歷史事實的。更為重要的是，法拉第比

38、別人具有更深邃的物理直覺洞察力。他提出了“場”的概念，從本質(zhì)上把電磁學的研究推進了一大步，為建立系統(tǒng)、完整的電磁場理論打開了大門。萬有引力、靜電作用力都遵從距離的反比平方關(guān)系，從牛頓開始就認為引力作用是瞬時作用，不需要什么媒介來傳遞，達就是超距作用的觀點。這種觀點在電學和磁學的研究中又得到了進一步的強化，象富蘭克林、庫侖、安培這樣有名的科學家對此都深信不疑。奧斯特關(guān)于電流的磁效應(yīng)具有橫向性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，是對力的舊概念力在沿著兩個相互作用物體的連線上的一次強有力的沖擊，更有甚者，法拉第具有不同尋常的想象力，為了對電、磁現(xiàn)象作出正確的物理解釋，他提出了一種全新的概念和物理圖象，這就是“場”的概念和力線

39、圖象?！皥觥备拍畹奶岢觯俏锢碛^念上的一次劃時代的飛躍，極大豐富了人類對客觀世界運動規(guī)律以及物質(zhì)形態(tài)多樣性的認識。法拉第反對超距作用的概念，認為物質(zhì)之間的電力、磁力是需要有媒介傳遞的近距作用力。法拉第在大量的相互作用的實驗中發(fā)現(xiàn)：電作用力與帶電體之間或電流之間的電介質(zhì)有關(guān)；磁作用也一樣，磁作用與作用體之間的磁介質(zhì)有關(guān)。磁介質(zhì)不同，磁作用力也不同。于是法拉第設(shè)想，帶電體、磁體或電流周圍空間存在一種由電或磁產(chǎn)生的物質(zhì)、它無所不在，是象以太那樣的連續(xù)介質(zhì)，起到傳遞電力、磁力的媒介作用。法拉第把它們稱為電場、磁場。電作用或磁作用正是通過電場或磁場來傳遞的。法拉第類比于流體力學，提出場是力的線或力的管子

40、所組成的，正是這些力線、力管“把不同的電荷、磁體或電流連接在一起。他用一張撒上了鐵粉的紙，下面用磁棒輕輕顫動，這些鐵粉就清楚地呈現(xiàn)出磁場的力線。法拉第認為這些力線、力管具有實在的物理意義。于是他用電力線和磁力線的幾何圖形條形象的表示電場和磁場的狀態(tài)。力線上任一點的切線方向就是場強的方向，力線密的地方，場強就強；力線疏的地方，場強就弱。場源不變時，力線圖不變；場源運動或變化時，力線圖也發(fā)生變化。法拉第用力線的概念成功地描述了電磁感應(yīng)定律。 1851 年他在論磁力線一文中，對此作了全面的總結(jié)。針對當時傳統(tǒng)的質(zhì)點概念以及質(zhì)點的超距瞬時作用觀念，法拉第的“場”概念和力線模型是一個重大突破，對物理學的發(fā)

41、展產(chǎn)生了深遠影響。如今人類已經(jīng)認識到“場”是一種重要的物質(zhì)形態(tài)，追根溯源，這應(yīng)當首先歸功于法拉第。 還是一件歷史事實說明法拉第具有深邃的科學洞察力。 1832 年他寫了一封信，密封好后交給英國皇家學會。信封上寫著：“現(xiàn)在應(yīng)當收藏在皇家學會的檔案館里的一些新觀點。”這封信在皇家學會的檔案館躺了一百多年真可謂是長期保存，直到 1938 年才為后人重新發(fā)現(xiàn)，啟了封。法拉第在這封信里寫道：“磁作用的傳播需要時間，即當一個磁鐵作用于另一個遠處的磁鐵或者一塊鐵時，產(chǎn)生作用的原因（我以為可以稱之為磁）是逐漸地從磁體傳播開去的，這種傳播需要一定的時間，而這個時間顯然是非常短的。”“我還認為；電感應(yīng)也是這樣傳播

42、的。我以為，磁力從磁極出發(fā)的傳播類似于起波紋的水面的振動或者空氣粒子的聲振動。也就是說我打算把振動理論應(yīng)用于磁現(xiàn)象，就象對聲作的那樣，而且這也是光現(xiàn)象最可能的解釋。類比之下，我認為也可以把振動理論運用于電感應(yīng)。 . 邁·法拉第 1832 年 3 月 12 日于倫敦皇家學會。顯然，法拉第在這封信中第一次預言了磁和電的感應(yīng)傳播，暗示了電磁波存在的可能性，預言了光可能是一種電磁振動的傳播。法拉第的光輝的科學思想，還表現(xiàn)在他堅持物理力的統(tǒng)一性方面，這和奧斯特的思想是有共同點的。法拉第認為“由不同的來源產(chǎn)生的各種形式的電之間存在統(tǒng)一性?！狈ɡ趶馁しツ犭?、普通的電、磁生電、溫差電以及動物電都具

43、有許多共同的物理效應(yīng)（使磁針偏轉(zhuǎn)、導體發(fā)熱、化合物分解等）的事實中得出了一個重要結(jié)論： “各種形式的電，不管其來源如何，本質(zhì)上是相同的?！狈ɡ谥钡酵砟?，甚至還考慮過萬有引力和電力之間是否可能存在著某種方式的聯(lián)系、這正是后來愛因斯坦后半生努力探索的重大課題，現(xiàn)代物理學家提出的大統(tǒng)一理論，就是朝著統(tǒng)一引力和電磁力的目標向前邁進的一步。法拉第電磁感應(yīng)實驗法拉第所做的由于磁場的變化在導體中感生出電流的實驗。1831年，法拉第用如圖所示的裝置實驗發(fā)現(xiàn)，當a線圈接通或切斷電源的瞬間，在b線圈附近的小磁針突然跳動，說明在接通或切斷電源的瞬間，b線圈中有電流感生出來。在物理學的發(fā)展史上，曾有相當長的時期一直

44、未找到電與磁的聯(lián)系，把電與磁現(xiàn)象作為兩個并行的課題分別進行研究。直至1820年7月奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)后，才不再把電與磁的研究看作相互孤立的，而是作為一個整體看待。奧斯特的論文發(fā)表后，在歐洲科學中引起了強烈的反響，投入了大量的人力、物力對電磁現(xiàn)象進行研究。既然電與磁有密切關(guān)系，電能產(chǎn)生磁，那么很自然地會想到它的逆效應(yīng)；“磁能產(chǎn)生電”嗎？為此科學家們開始進行了長期的實驗探索。自1820年至1831年的十多年間中，當時許多著名的科學家，如安培、菲涅耳、阿拉果、德拉里夫等一大批科學家都投身于探索磁與電的關(guān)系之中，他們用很強的各種磁場試圖產(chǎn)生電流，但均無結(jié)果，究其原因是抱住穩(wěn)態(tài)條件不放，而沒有考慮

45、暫態(tài)效應(yīng)，因此十余年中研究進展不大。在這其間，法拉第(M.Faraday，英，17911867)受命于他的老師戴維(HDavy)也開始轉(zhuǎn)向電磁學方面的研究。他仔細分析了電流的磁效應(yīng)等現(xiàn)象，認為電流與磁的作用應(yīng)分幾個方面：那就是電流對磁、電流對電流，磁對電流等?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了電流產(chǎn)生磁的作用，電流對電流的作用，那么反過來，磁也應(yīng)該能產(chǎn)生電。法拉第認為既然磁鐵可以使近旁的鐵塊感應(yīng)帶磁，靜電荷可以使近旁的導體感應(yīng)出電荷，那么電流也應(yīng)當可以在近旁的線圈中感應(yīng)出電流。他本著這種信念，在發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象之前六年的日記中就寫下了他的光輝思想：“磁能轉(zhuǎn)化為電”。并使用了“感應(yīng)”(Induction)這個詞，可

46、見他對于電磁感應(yīng)的存在是堅信不疑的。但如何從實驗中去發(fā)現(xiàn)這種感應(yīng)現(xiàn)象，卻非易事。起初，法拉第也簡單地認為用強磁鐵靠近導線，導線中就會產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，或者在一根導線里通以強大的電流，那在鄰近的導線中也會產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，他作了大量的試驗，但均以“毫無結(jié)果”而告終。 法拉第經(jīng)過十年的試驗、失敗、再試驗、再失敗，于1831年夏又重新回到磁產(chǎn)生電流這一課題上來，終于取得了突破性的進展。1831年8月29日法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)的第一個效應(yīng)，即以一個電流產(chǎn)生另一個電流。關(guān)于這一實驗，法拉第的日記中作了詳細記載，現(xiàn)摘錄如下：1)磁產(chǎn)生電的若干實驗，等等，等等。2)用軟鐵作材料制備一7/8英寸粗的圓鐵棒，將它彎

47、成一個外徑為6英寸的圓環(huán)。在圓環(huán)的半邊，用三股紗包銅線纏繞，每股24英寸長，每繞一股后用白布包裹隔開。使用時，既可以將三股銅線連成一股，也可分成三股單獨使用。然后檢查各股銅線相互間是否絕緣。我們稱鐵環(huán)的這半邊為A，(見圖)，與這一邊隔開一段空隙的另一邊用銅線繞了兩股線圈，總長為60英寸，繞向與A邊線圈相同我們稱之為B。3)用由10對4英寸見方的金屬片組成電池供電。用一根較長的銅導線將B邊線圈的兩端連接起來，銅線的一段置于離鐵環(huán)3英尺遠處的一個小磁針的上方，將電池與A邊線圈中的一股接通；接通時，小磁針立即產(chǎn)生一明顯的效應(yīng)。小磁針來回擺動，最終穩(wěn)定在原來的位置上。當切斷A邊與電池的連按時，小磁針又

48、出現(xiàn)來回擺動。4)若將A邊上三股銅線接成一單股線圈，然后讓來自電池的電流通過總的線圈，這時小磁針產(chǎn)生的效應(yīng)比上述情況強很多。5)不過，小磁針上的效應(yīng)只是導線直接接通電池時可能產(chǎn)生的效應(yīng)的一個非常小的部分。6)將簡單的B邊線圈改裝一下，作成一個扁平的線框，線框沿磁子午線平面放在小磁針S極的西邊，當有電流通過時，便顯示出最好的效應(yīng)。實驗時，線框與小磁針距鐵環(huán)約三英尺，鐵環(huán)與電池相距一英尺。7)當上述準備都就緒后，將電池與A邊線圈的兩邊接通，在接通的瞬間，線框強烈地吸引小磁針，在幾次振動之后便又回到它原來的自然位置，而處于靜止狀態(tài)，接著當切斷電池的連線時，小磁針被強烈地排斥，幾次振動后，又回到與前相

49、同的位置，處于靜止狀態(tài)。8)在此，效應(yīng)是明顯的，但是瞬時的，然而，在切斷與電池的連接時，效應(yīng)的再現(xiàn)說明有一個平衡位置，它必須是能明顯地回到那個位置。9)開始接通電池時，小磁針極的方向指向線框好象B邊線圈是A邊線圈的一部分，即兩者中的電流具有相同的方向；而當切斷電池的連接時，由小磁針的運動方向判斷此瞬間A、B兩者中的電流方向相反。10)用一根7/8英寸粗、4英寸長的短鐵柱，用4段14英尺長的導線纏繞，將四股導線接成一股，以代替上述扁平線框。小磁針象以前一樣受到作用，然而看起來鐵芯并不有助于磁力的產(chǎn)生，因為現(xiàn)在的作用不比剛才不用鐵芯的線框時的作用來得更大?，F(xiàn)在的作用與以前一樣，也是瞬時的，可逆轉(zhuǎn)的

50、。這就是法拉第第一次成功地觀察到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的生動記錄。從法拉第日記中可以看到，電磁感應(yīng)(由磁產(chǎn)生電)的發(fā)現(xiàn)是他意料之中的事，使他感到意外的是電磁感應(yīng)竟是一種短暫效應(yīng)，而奧斯待發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)卻是一種穩(wěn)定效應(yīng)，在他的思想中，電磁感應(yīng)似乎也應(yīng)當是一種穩(wěn)定效應(yīng)，所以在發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)是短暫效應(yīng)后，他在日記中就突出地記錄了這一點。法拉第在圓環(huán)實驗的基礎(chǔ)上，進一步提出了兩個極有見地的問題：第一，圓鐵環(huán)能不能不要，沒有它能否仍有感應(yīng)效應(yīng)？第二，不用A邊線圈，而用磁鐵相對于B邊線圈運動，B邊線圈內(nèi)是否仍有感應(yīng)效應(yīng)產(chǎn)生？法拉第帶著這些問題在以后的十天中又連續(xù)地做了許多實驗。其中有一個是這樣的：法拉第“把長為20

51、3碼(約為186米)的用紗布包起來的銅導線繞在很寬的木線筒上，再在原繞組線圈上絕緣地繞上同樣長度的紗包銅線，將一個繞組與電流計連接，另一個繞組與100對金屬板組成的電池組連接。發(fā)現(xiàn)當電健接通和斷開的曝間，電流計指針擺動；電鍍合上后，發(fā)現(xiàn)導線灼熱，但電流計指針不偏轉(zhuǎn)”。9月24日，法拉第在兩條磁棒的N、S極中間放上一繞有線圈的圓鐵棒，線圈與一電流計連接，他發(fā)現(xiàn)當圓鐵棒脫離或接近兩極的瞬間，電流計的指針就會偏轉(zhuǎn)。10月17日法拉第又發(fā)現(xiàn)另一種形式的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他用一線圈與電流計相連接，然后將一永久磁鐵迅速插入與拔出線圈發(fā)現(xiàn)電流計指針也會偏轉(zhuǎn)。l0月28日法拉第還進行了最早的發(fā)電機實驗。他把直徑為

52、12英寸，厚為1/5英寸的銅盤裝在水平的黃銅軸上，又將兩條長為67英寸，寬約1英寸，厚約1/2英寸的小磁鐵相對放置在銅盤邊緣，見圖所示，他用另一電流計的兩個接線柱上引出兩個碳刷(圖中未畫出)。實驗時讓銅盤飛快旋轉(zhuǎn)，同時把兩個電刷分別接觸于銅盤的不同位置，以確定產(chǎn)生感應(yīng)電流的最佳位置，經(jīng)過反復試驗，他發(fā)現(xiàn)由盤心O到磁極所對的銅盤邊緣可以產(chǎn)生最大的感應(yīng)電流，這臺實驗裝置實際上是一臺直流發(fā)電機人類歷史上第一臺發(fā)電機。法拉第前后一共做了類似的幾十個實驗，最終認識到感應(yīng)現(xiàn)象的暫態(tài)性，提出只有在變化時，靜止導線中電流才能在另一根靜止導線中感應(yīng)出電流；而導線中的穩(wěn)恒電統(tǒng)不可能在另一根靜止導線中感應(yīng)出電流的。

53、1831年11月24日，法拉第寫了一篇論文，向英國皇家學會報告了整個實驗情況，他把可以產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形概括為五類：(1)變化著的電流；(2)變化著的磁場；(3)運動的穩(wěn)恒電流；(4)運動的磁鐵；(5)在磁場中運動的導體。他正確地指出感應(yīng)電流與原電流的變化有關(guān)，而與原電流本身無關(guān)。法拉第把上述現(xiàn)象正式定名為“電磁感應(yīng)”。至此，法拉第作出了劃時代的發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。但電磁感應(yīng)的規(guī)律，一直到1851年才最后建立。 當時在磁產(chǎn)生電方面進行探索的并不只是法拉第一個人，在瑞士、美國和俄國都有人在進行這方面的研究。瑞士物理學家科拉頓曾企圖用磁鐵在線圈中獲得電流，他用一個線圈與一檢流計連成一閉合回路，為了使

54、磁鐵不致于影響檢流計中的小磁針，特意將檢流計放在隔壁的房間里?？评D在一邊用磁鐵棒在線圈中不斷地插入與拔出，然后又跑到另一房間里去現(xiàn)察檢流計，但每次都得到零結(jié)果，最終沒有能發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。遠在美國的物理學家亨利(JHenry，17971878)于1827年也進行了電磁感應(yīng)的實驗。他用紗包銅線在一鐵芯上繞了兩層，然后在銅線中通電，發(fā)現(xiàn)鐵芯上僅僅三公斤的鐵片居然吸起了三百公斤重的物體。亨利以此為開端，終于發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象，他把這個實驗發(fā)現(xiàn)總結(jié)在螺旋狀長導線內(nèi)的電氣自感一文中，因此，從時間上說亨利先于法拉第獨立地發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但他沒有公開發(fā)表這一結(jié)果，為此他十分后侮與沮喪。1832年，俄國物理

55、學家楞次(H，F(xiàn)ELenz，18041865)受到法拉第的啟發(fā)；也開始了一系列的電磁實驗，并取得了成果。1833年楞次發(fā)表了論動電感應(yīng)引起的電流的方向，宣布了關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基本規(guī)律，指出感應(yīng)電流的方向是使它所產(chǎn)生的磁場與引起感應(yīng)的原磁場的變化方向相反，這就是楞次定律。由此可見，在法拉第同時代，有不少物理學家對電磁感應(yīng)現(xiàn)象作了多方面的研究，也取得了不少成功，但就其規(guī)模、時間與深入的程度、取得的成果而言，都不及法拉第，因此人們把發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律的主要功績歸功于法拉第是恰當?shù)?，把電磁感?yīng)定律稱為法拉第電磁感應(yīng)定律的道理也在于此。電磁感應(yīng)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，對人類社會有著劃時代的貢獻。由于電磁感應(yīng)規(guī)律的發(fā)

56、現(xiàn)，使人類得到了打開電能寶庫的金鑰匙，使后來發(fā)明發(fā)電機、電動機、變壓器，以及交流電的利用等等成為可能。由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，把機械能變?yōu)殡娔?，使現(xiàn)代社會能得到廉價的電能。今天，人類社會進入電氣時代，與電感感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)是分不開的。法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)1820年起，電磁熱席卷歐洲，研究結(jié)果大量發(fā)表，眾說紛紜，真?zhèn)坞y辨。1821年英國哲學學報（Annal of Philosophy）雜志編輯約法拉第寫一篇關(guān)于電磁問題的述評，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。他原來是文具店學徒工，從小熱愛科學，奮發(fā)自學。由于化學家戴維的幫助，進到皇家研究所的實驗室當了戴維的

57、助手，1821年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?zhèn)?，親自做了許多實驗，其中包括奧斯特和安培的實驗。在實驗過程中他發(fā)現(xiàn)了一個新現(xiàn)象：如果在載流導線附近只有磁鐵的一個極，磁鐵就會圍繞導線旋轉(zhuǎn)：反之，如果在磁極周圍有載流導線，這導線也會繞磁極旋轉(zhuǎn)，如圖1。這就是電磁旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。與此同時，法拉第對安培的“分子電流”理論提出不同看法。他設(shè)計了一個表演。取一支玻璃管，在上面纏以絕緣導線，做成螺線管，水平地半浸于水中。然后在水面上漂浮一只長磁針。按照安培的觀點，載流螺線管對應(yīng)于長條磁鐵，螺線管的一端相當于南極，另一端相當北極。磁針如果是南極指著螺線管的北極，應(yīng)該會吸向

58、螺線管的北極并停于北極的一端。法拉第指出，這與實驗結(jié)果不符。他做的實驗是磁針的南極繼續(xù)穿過螺線管，直至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，它就會沿磁感線無休止地運動下去，就象電磁旋轉(zhuǎn)器那樣。法拉第認為，和載流螺線管對應(yīng)的不是實心磁體，而應(yīng)是圓筒形磁鐵。安培則反駁說，圓筒形磁鐵和螺線管并不一樣。按照他的分子電流假設(shè)，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的（如圖2）。為了證明圓筒形磁鐵中的電流是互相抵消的，他當眾作了一個表演：把絕緣導線繞許多圈，做成線圈，在線圈內(nèi)部放一個用薄銅片做成的圓環(huán)，取一磁棒置于圓環(huán)近旁，如果銅環(huán)里有宏觀電流，磁棒就會驅(qū)使銅環(huán)偏轉(zhuǎn)。否則，只可能有分子電流。安培的實驗表明銅環(huán)里只有分子電流。這是1822年的事。如果安培細心做下去，肯定會發(fā)現(xiàn)，在線圈通斷電的瞬間，銅環(huán)里會出現(xiàn)宏觀電流。遺憾的是安培一心只是想證明他的分子電流學說，竟錯過了發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的機會。據(jù)文獻記載，法拉第在知道安培的答辯后，也重復了這個實驗?？上罁?jù)的資料把安培的圓環(huán)誤畫為圓盤，所以法拉第