03.07 為什麼法拉第用了十年的時間才發現電磁感應定律?

孫孝南


先說結論,因為發現電生磁之後,法拉第就被迫離開了電磁學界,十年後,才重新迴歸電磁學。

如果說物理學發展史上有幾個偉大瞬間的話,那麼蘋果落在牛爵爺頭上的那一個瞬間無疑是 最偉大的瞬間,不過這個有點戲說的性質,而法拉第遇到的這兩大的瞬間卻是實錘。

1820年,丹麥科學家奧斯特發現通電導線旁的小磁針可以偏轉,同年,安培發現了電流周圍產生的磁場方向問題的安培定律,但實驗也到此為止,因為誰也沒有辦法讓小磁針有進一步動作。

而此時,法拉第再幹什麼呢?他還在“苦其心志,勞其筋骨,餓其體膚,空伐其身”,他在給當時大英皇家科學院院長戴維爵士當助手,說的好聽點是助手,說的實際點就是跟班,他 的主要工作 就是給戴維爵士當助手,還包括給爵士刷洗大衣。

並不是戴維爵士故意輕賤於他,而是法拉第出身平常,父親是一名鐵匠,他本人是一名報童,僅僅讀了兩年小學,全靠對科學的熱愛闖進了科學的殿堂,自學完成完成基礎科學訓練,戴維爵士招他入門也是看他一身整理實驗數據的本事,法拉第把戴維爵士雜亂無章的演講整理成了裝幀精美的書作為投名狀送給了爵士,戴維才招他為門下,不過不是學生,是學徒,不過戴維爵士還是很厚道的,沒有讓法拉第倒尿盆,咱中國不是學徒三年,還得給師傅倒尿盆嗎。

就是在這種環境下,法拉第還是協助戴維爵士發現了碘元素,證明了金剛石的成分就是碳,這當然不是法拉第所期望的,可有什麼辦法,戴維爵士是皇家學院院長,是學界泰斗,只好熬下去了。

機會還是來了,面對電磁的關係,大家都一籌莫展,法拉第靈機一動,電流可以讓磁針轉動,那麼反過來會怎麼樣呢?磁鐵會不會驅動導線動作呢?這一閃念堪比落在牛頓頭上的蘋果。

為了減少摩擦,法拉第用漂浮在水銀上的銅導線進行實驗,結果發現,這根銅線,可以飛快的轉動,這就是人類歷史上第一臺電動機。

第一臺電動機

可不巧的是,老闆戴維此時並沒有在倫敦,要想立刻找到戴老闆彙報工作可不是件容易事,要知道,無論電報電話包括手機都要依賴法拉第的發現才能發明出來,那個時代的通信手段都要靠馬車帆船,而這個發現又不是牛爵爺那種需要嚴密數學推導的發現,只是個抖機靈的結果,萬一哪位大神也福至心靈,重複了這個實驗,這發現可就被人搶去了,一切都來不及多想了,法拉第直接把這一發現寫成論文投了出去。

論文並沒有給法拉第帶來應得的榮譽,反而帶來了無盡的煩惱,論文的發表觸發了科學界萬惡的潛規則,沒有經過老闆同意,私自發表論文即便在今天也是大逆不道,何況法拉第的老闆戴維是當時的學界領袖,而他僅僅是一個小學只讀了兩年的學徒,各種流言撲面而來,“剽竊”“不自量力”,一個學者能遭受到的惡毒非議都加到了他的身上,而最清楚他的學識和為人的戴維卻意外地保持了沉默。

英國皇家科學院本來就有內鬥的傳統,為了科學發現不惜撕破臉皮,前有胡克打壓牛頓,後有牛頓撕逼萊布尼茨,戴維光榮地接過了前輩的旗幟,不過戴老闆還算厚道,沒有親自出馬指責法拉第,而是腹黑地安排法拉第去做光學玻璃研究,生生把法拉第和電磁學割裂開來。

十年後,戴維去世,法拉第終於回到了電磁學研究領域。

這十年間,人類一直在尋找產生強大電流的方法,力求使電達到工業應用的地步,不象伏打電池只是科學家在實驗室的愛寵,在法拉第離開的十年,人類已經走到了門口,只等法拉第來完成這最後一擊。

1831年10月17日,法拉第把一根磁鐵棒插入了線圈,神奇的現象出現了,連通線圈的電流計出現了擺動,這意味著由磁產生了電,但是一瞬間後,電流表又歸零了。

如何得到持續穩定的電流輸出呢?10月28日,法拉第用銅盤取代了線圈,在磁鐵中轉動,終於得到了穩定的電流輸出,發電機出現了,人類進入了電氣時代。

第一臺發電機

說句題外話,

電磁感應實驗其實瑞士物理學家科林頓之前也曾做過,只是科林頓把電流計放在了隔壁房間,等科林頓跑到隔壁房間的時候,電流表早就歸零了。

這看起來似乎又是命運的眷顧,和十年前電動機實驗一樣只是一個抖機靈的結果,其實不然,電磁感應實驗是他長期深入思考後的有備而發,法拉第首先意識到這次的實驗可能只是一個瞬時現象,他才會把電流計放在了身邊,而科林頓覺得這是一個穩定的現象,為了減少干擾,才把電流計放到了隔壁。


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