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迈克尔·法拉第:被称为“电学之父”和“交流电之父”,奠定了电磁学的基础

迈克尔·法拉第:被称为“电学之父”和“交流电之父”,奠定了电磁学的基础

迈克尔·法拉第


法拉第是英国著名的科学家,化学家和物理学家,发现了磁场,电磁感应,被称为“电学之父”和“交流电之父”,奠定了电磁学的基础,是世界十大杰出物理学家之一。他是英国物理学家、化学家,也是着名的自学成才的科学家,出生于萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭,仅上过小学。1831年,他作出了关于电力场的关键性突破,永远改变了人类文明。


迈克尔·法拉第是英国着名化学家戴维的学生和助手,他的发现奠定了电磁学的基础,是麦克斯韦的先导。1831年10月17日,法拉第首次发现电磁感应现象,并进而得到产生交流电的方法。1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机,是人类创造出的第一个发电机。由于他在电磁学方面做出了伟大贡献,被称为“电学之父”和“交流电之父”。


1791年9月22日出生萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭。他的父亲是个铁匠,体弱多病,收入微薄,仅能勉强维持生活的温饱。但是父亲非常注意对孩子们的教育,要他们勤劳朴实,不要贪图金钱地位,要做一个正直的人。这对法拉第的思想和性格产生了很大的影响。


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。1803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。他还与青年朋友们建立了一个学习小组,常常在一起讨论问题,交换思想。重视实践尤其是科学实验的特点,在法拉第一生的科学活动中贯彻始终。


成就荣誉


电学方面:他在电学方面的贡献最为显着。


1、纪录中法拉第最早的实验乃是利用七片半便士、七片锌片以及六片浸过盐水的湿纸做成伏打电池。他并使用这个电池分解硫酸镁。


2、1821年,在丹麦化学家韩·克利斯汀·奥斯特发现电磁现象后,戴维和威廉·海德·渥拉斯顿尝试设计一部电动机,但没有成功。法拉第在与他们讨论过这个问题后,继续工作并建造了两个装置以产生他称为“电磁转动”的现象:由线圈外环状磁场造成的连续旋转运动。他把导线接上化学电池,使其导电,再将导线放入内有磁铁的汞池之中,则导线将绕着磁铁旋转。这个装置现称为单极电动机。这些实验与发明成为了现代电磁科技的基石。但此时法拉第却做了一件不智之举,在没有通知戴维跟渥拉斯顿情况下,擅自发表了此项研究成果。此举招来诸多争议,也迫使他离开电磁学研究数年之久。


3、在这个阶段,有些证据指出戴维可能有意阻碍法拉第在科学界的发展。如在1825年,戴维指派法拉第进行光学玻璃实验,此实验历时六年,但没有显着的进展。直到1829年,戴维去世,法拉第停止了这个无意义的工作并开始其他有意义的实验。在1831年,他开始一连串重大的实验,并发现了电磁感应,虽然在福朗席斯科·札德启稍早的工作可能便预见了此结果,此发现仍可称为法拉第最大的贡献之一。这个重要的发现来自于,当他将两条独立的电线环绕在一个大铁环,固定在椅子上,并在其中一条导线通以电流时,另外一条导线竟也产生电流。他因此进行了另外一项实验,并发现若移动一块磁铁通过导线线圈,则线圈中将有电流产生。同样的现象也发生在移动线圈通过静止的磁铁上方时。


4、他的展示向世人建立起“磁场的改变产生电场”的观念。此关系由法拉第电磁感应定律建立起数学模型,并成为四条麦克斯韦方程组之一。这个方程组之后则归纳入场论之中。法拉第并依照此定理,发明了早期的发电机,此为现代发电机的始祖。1839年他成功了一连串的实验带领人类了解电的本质。法拉第使用“静电”、电池以及“生物生电”已产生静电相吸、电解、磁力等现象。他由这些实验,做出与当时主流想法相悖的结论,即虽然来源不同,产生出的电都是一样的,另外若改变大小及密度(电压及电荷),则可产生不同的现象。


5、在他生涯的晚年,他提出电磁力不仅存在于导体中,更延伸入导体附近的空间里。这个想法被他的同侪排斥,法拉第也终究没有活着看到这个想法被世人所接受。法拉第也提出电磁线的概念:这些流线由带电体或者是磁铁的其中一极中放射出,射向另一电性的带电体或是磁性异极的物体。这个概念帮助世人能够将抽象的电磁场具象化,对于电力机械装置在十九世纪的发展有重大的影响。而这些装置在之后的十九世纪中主宰了整个工程与工业界。1845年他发现了被他命名为抗磁性(diamagnetism)至今则称为法拉第效应的现象:一个线性极化的光线在经过一物体介质时,外加一磁场并与光线的前进方向对齐,则此磁场将使光线在空间中划出的平面转向。他在笔记本中写下:“我终于在‘阐释一条磁力曲线’-或者说‘力线’-及‘磁化光线’中取得成功。”


在对静电的研究中,法拉第发现在带电导体上的电荷仅依附于导体表面,且这些表面上的电荷对于导体内部没有任何影响。造成这样的原因在于在导体表面的电荷彼此受到对方的静电力作用而重新分布至一稳定状态,使得每个电荷对内部造成的静电力互相抵销。这个效应称为遮蔽效应,并被应用于法拉利笼上。虽然法拉第是一位非常出色的实验学家,他的数学能力与之相形就显得相当薄弱,只能计算简单的代数,甚至难以应付三角学。不过法拉第懂得使用条理清晰且简单的语言表达他科学上的想法。他的实验成果后来被詹姆斯·克拉克·麦克斯韦使用,并建立起了当今的电磁理论的基础方程式。


法拉第把磁力线和电力线的重要概念引入了物理学,通过强调不是磁铁本身而是它们之间的“场”,为当代物理学中的许多进法拉第展开拓了道路,其中包括麦克斯韦方程。法拉第还发现如果有偏振光通过磁场,其偏振作用就会发生变化。这一发现具有特殊意义,首次表明了光与磁之间存在某种关系。


化学方面


1、法拉第最早的化学成果来自于担任戴维助手的时期。他花了很多心血研究氯气,1833年.法拉第经过一系列的实验,发现当把电流作用在氯化钠的水溶液时,能够获得氯气,并发现了两种碳化氯。法拉第也是第一个学者实验(虽然较为粗略)观察气体扩散,此现象最早由约翰·道尔顿发表,并由汤玛斯·葛兰姆及约瑟夫·罗斯密特揭露其重要性。他成功的液化了多种气体;他研究过不同的钢合金,为了光学实验,他制造出多种新型的玻璃。其中一块样品后来在历史上占有一席之地,因为在一次当法拉第将此玻璃放入磁场中时,他发现了极化光平面受磁力造成偏转及被磁力排斥。


2、他也尽心于创造出一些化学的常用方法,用结果、研究目标以及大众展示做为分类,并从中获得一些成果。他发明了一种加热工具,是本生灯的前身,在科学实验室广为采用,作为热能的来源。法拉第在多个化学领域中都有所成果,发现了诸如苯等化学物质(他称此物质为双碳化氢(bicarburet of hydrogen)),发明氧化数,将如氯等气体液化。他找出一种氯水合物的组成,这个物质最早在1810年由戴维发现。


3、法拉第也发现了电解定律,以及推广许多专业用语,如阳极、阴极、电极及离子等,这些词语大多由威廉·休艾尔发明。他还发现了苯。由于这些成就,很多现代的化学家视法拉第为有史以来最出色的实验科学家之一。


4、法拉第还在1825年首先发现了苯。19世纪初,英国和其他欧洲国家一样,城市的照明已普遍使用煤气。从生产煤气的原料中制备出煤气之后,剩下一种油状的液体却长期无人问津。法拉第是第一位对这种油状液体感兴趣的科学家。他用蒸馏的方法将这种油状液体进行分离,得到另一种液体,实际上就是苯。当时法拉第将这种液体称为“氢的重碳化合物”。

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