電磁感應(yīng)教學(xué)設(shè)計(jì)

1、附：實(shí)驗(yàn)記錄單附： 法拉第發(fā)現(xiàn)磁生電的過(guò)程英國(guó)的法拉第（ M.Faraday 公元 1791 1867 ）是十九世紀(jì)電磁研究領(lǐng)域中最偉大的實(shí)驗(yàn)家。法拉第是一個(gè)鐵匠的兒子。按他自己的話說(shuō)：“我所受的教育是最平常的，比在普通的學(xué)校中基本的讀、寫(xiě)、算多不了多少，我課外的時(shí)間還消耗在家里和街道上。”他 13 歲開(kāi)始，在離家不遠(yuǎn)的書(shū)店和裝訂廠當(dāng)童工，成為一名裝訂學(xué)徒工。法拉第十分喜愛(ài)閱讀經(jīng)他手的科學(xué)書(shū)籍。工余之后，法拉第還做些簡(jiǎn)單的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，每周花上幾個(gè)便士買(mǎi)些簡(jiǎn)單用品。 19 歲時(shí)，他在晚上還常抽空夫聽(tīng)關(guān)于自然哲學(xué)的講座，法拉第的哥哥對(duì)他很支持，為他支付入場(chǎng)費(fèi)用。 21 歲時(shí)，法拉第幸運(yùn)地聽(tīng)了化學(xué)大師

2、戴維（ H.Davy ，公元 1778 1829 ）在皇家研究院的四次演講。這時(shí)。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(xué)研究部門(mén)里工作。在他想象中，科學(xué)部門(mén)里的學(xué)者一定是和藹可親心胸寬廣的人。這個(gè)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(xiě)了封信，表示了自己想到戴維門(mén)下工作的意愿，并將聽(tīng)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(dòng)，給法拉第復(fù)信，接受了他的請(qǐng)求。 1813 年，法拉第 22 歲，在英國(guó)皇家研究院當(dāng)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(shū)隨同前往。他們游歷了法國(guó)、意大利、瑞士等國(guó)， 1815 年法拉第回

3、到皇家研究皖。這次長(zhǎng)達(dá)兩年的旅游經(jīng)歷，使法拉第長(zhǎng)了不少見(jiàn)識(shí)?；貒?guó)后，法拉第開(kāi)始了自己的獨(dú)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(xué)、光學(xué)和聲學(xué)諸方面取得了很多研究成果，大多數(shù)科學(xué)家決定推舉他為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，而妒忌心卻使學(xué)會(huì)主席戴維反對(duì)他的學(xué)生當(dāng)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(xué)會(huì)會(huì)員。法拉第并不計(jì)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(xué)生涯中，恩師對(duì)他的啟迪和教誨。 1825 年，法拉第任皇家研究院院長(zhǎng)。19 世紀(jì)二十年代，歐洲的科學(xué)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(shí)驗(yàn)及理

4、論研究成果傳播到了歐洲各國(guó)。面對(duì)他國(guó)的科學(xué)成就，英國(guó)著名雜志哲學(xué)年鑒的主編不甘落后，于 1821 年特意邀請(qǐng)化學(xué)家戴維撰寫(xiě)文章，綜述奧斯特發(fā)現(xiàn)以來(lái)一年中電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)與理論的進(jìn)展概況。戴維把此事交給了法拉第。在收集資料的過(guò)程中，激起法拉第對(duì)電磁現(xiàn)象要進(jìn)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(xué)方面。1821 年 9 月 3 日，法拉第重復(fù)了奧斯特的實(shí)驗(yàn)，他將小磁針?lè)旁谠粤鲗?dǎo)線周?chē)牟煌胤?，發(fā)現(xiàn)小磁針的磁極受到電流作用后，有沿著環(huán)繞導(dǎo)線圓周旋轉(zhuǎn)的傾向，這比奧斯特的實(shí)驗(yàn)前進(jìn)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(xì)分析了電流產(chǎn)生磁效應(yīng)的許多現(xiàn)象，他認(rèn)為電流與磁的作用應(yīng)有幾個(gè)

5、方面，那就是電流對(duì)磁，電流對(duì)電流，磁對(duì)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(duì)電流的作用。那么反過(guò)來(lái)，磁對(duì)電流有什么作用呢 ? 法拉第認(rèn)為既然磁鐵可以使近旁的鐵塊帶磁，靜電荷可使近旁的導(dǎo)體感應(yīng)出電荷，那么電流也應(yīng)當(dāng)可以在近旁線圈中感應(yīng)出電流。 1822 年法拉第在日記中寫(xiě)下了他的光輝思想：“磁能轉(zhuǎn)化成電。”從這一年起，法拉第對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)的探索。開(kāi)始，他簡(jiǎn)單地認(rèn)為用強(qiáng)磁鐵靠近導(dǎo)線，導(dǎo)線中就會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，或者在一根導(dǎo)線里通上電流，在附近的導(dǎo)線中也會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。按照這條思路，他進(jìn)行了下述實(shí)驗(yàn)。1825 年，法拉第將一根導(dǎo)線放在另一根導(dǎo)線附近，前一根導(dǎo)線用一個(gè)電流計(jì)連接起來(lái)成為一

6、個(gè)閉合回路，后面一個(gè)導(dǎo)線中通電流，觀測(cè)閉合回路，結(jié)果沒(méi)有任何電流顯示。1828 年，法拉第做了另一個(gè)實(shí)驗(yàn)。用懸絲將絕緣棒中部拴住，使絕緣棒水平無(wú)扭轉(zhuǎn)地懸掛著，棒的一端固定了一個(gè)銅質(zhì)閉合線圈，另一端固定一個(gè)小的重物配重，用一塊條形強(qiáng)磁鐵的一極放入線圈內(nèi)。法拉第認(rèn)為，如果磁鐵對(duì)線圈有作用，產(chǎn)生感應(yīng)電流，這時(shí)若再將第二塊磁鐵靠近線圈，則線圈便會(huì)在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。但任何轉(zhuǎn)動(dòng)也未觀察到。法拉第又用銅質(zhì)開(kāi)環(huán)（銅環(huán)開(kāi)個(gè)小口），又換鉑、銀材料做的閉環(huán)和開(kāi)環(huán)重復(fù)做這一實(shí)驗(yàn)，仍然沒(méi)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(shí)驗(yàn)。在工作日記中寫(xiě)下了大量的毫無(wú)結(jié)果的失敗記錄，厚厚的日記冊(cè)正是法拉第百折不回

7、、堅(jiān)持奮斗的見(jiàn)證。他的日記，也記載了科學(xué)預(yù)見(jiàn)的光輝思想。法拉第堅(jiān)持寫(xiě)工作日記幾十年，直到生命的終結(jié)，這在科學(xué)史上，也是少見(jiàn)的。1831 年 8 月，法拉第再一次回到“磁生電”這一重大課題上來(lái)。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(méi)有暫態(tài)（持續(xù)時(shí)間很短）效應(yīng)的概念，更沒(méi)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(jì)連接，當(dāng)線圈 A 與電池組（由 10 只電池組成）相連的瞬間，電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)了一下，然后又回到原來(lái)位置。當(dāng)線圈 A 與電池組斷開(kāi)時(shí)，指針又偏轉(zhuǎn)了一下再回到原來(lái)指零位置。法拉第并沒(méi)有立刻領(lǐng)悟到達(dá)一現(xiàn)象的重要意義，只是開(kāi)始意識(shí)

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(kāi)，其間安放繞在鐵質(zhì)因往體上的螺旋線圈，線圈與電流計(jì)相連。他觀察到，每當(dāng)線圈跟下端的 N 極或 S 極接觸一下，或脫離一下，電流計(jì)指針就偏轉(zhuǎn)一下。這時(shí)法拉第覺(jué)察到，這效應(yīng)和他 8 月份做的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。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(zhǎng)約 186 米用紗布包起來(lái)的銅導(dǎo)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(zhǎng)度的紗包銅線

9、，將一個(gè)繞組和電流計(jì)連接，另一個(gè)繞組和 100 對(duì)金屬極組成的電池組連接。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電鍵 K 接通和斷開(kāi)與電池的連接時(shí)，和另一繞組相連的電流計(jì)的指針明顯擺動(dòng)。法拉第還觀察到，接通和斷開(kāi)電鍵 K ，電流計(jì)指針是作相反的擺動(dòng)，但最后都回到原來(lái)指零位置。至此，法拉第對(duì)磁產(chǎn)生電流的現(xiàn)象已確信無(wú)疑。10 月 7 日，法拉第采用另一種方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：直接讓磁棒運(yùn)動(dòng)看能不能產(chǎn)生電流。仍然將一線圈與電流計(jì)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(jì)指針在插入或抽出的瞬間發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然后回到原來(lái)指零位置。接著，法拉第做了幾十個(gè)類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，他最終認(rèn)識(shí)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(guó)皇家學(xué)會(huì)報(bào)告了電磁感應(yīng)的第一篇具有劃時(shí)代意義的論文。論文中明確地闡述了他解決電磁感應(yīng)問(wèn)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(chǎng)；穩(wěn)恒電流的運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。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(xué)史上的偉大貢獻(xiàn)揭示電磁感應(yīng)規(guī)律。 電磁感應(yīng)規(guī)律的揭示，也說(shuō)明英國(guó)在電磁學(xué)研究領(lǐng)域里趕上和超過(guò)了法國(guó)。自牛頓以來(lái)，英國(guó)對(duì)自然科學(xué)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(xué)家受到社會(huì)的普遍尊敬并享有較高的社會(huì)地位。因此，并末在學(xué)校受過(guò)系統(tǒng)教育的法拉第能在英國(guó)取得如此卓著的成就，還是符合情理的事情。當(dāng)然，在“磁生電”方面進(jìn)行探索的，并不

11、是只有法拉第一個(gè)人。在俄國(guó)、法國(guó)、瑞士、美國(guó)都有人做過(guò)這方面的工作。 上一部分提到，對(duì)奧斯特實(shí)驗(yàn)反應(yīng)最快的是法國(guó)的安培。他在十九世紀(jì)二十年代做了許多實(shí)驗(yàn)，也曾朦朧地意識(shí)到磁會(huì)產(chǎn)生電的效應(yīng)，但對(duì)此安培的信心并不是十分堅(jiān)定的。他的精力集中在磁性起源的分子電流說(shuō)，以及他多年從事的試圖建立一個(gè)全面的電動(dòng)力學(xué)理論上。盡管安培對(duì)電磁學(xué)做出了許多貢獻(xiàn)，但在“磁生電”方面，他一直因于穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，沒(méi)有考慮暫態(tài)效應(yīng)。和法拉第的早期工作一樣，這些實(shí)驗(yàn)均未成功。安培探索“磁生電”的一個(gè)有代表性的實(shí)驗(yàn)是： 1821 年，他用末扭轉(zhuǎn)的懸絲，把一個(gè)閉合銅質(zhì)圓線圈掛起來(lái)，并使它位于另一個(gè)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(gè)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(rèn)為懸掛的線圈自然就會(huì)產(chǎn)生某種較弱的電流。這樣，懸掛線圈就相當(dāng)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(qiáng)磁鐵靠近它，懸掛線圈就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，但是安培得到的是否定結(jié)果，他把實(shí)驗(yàn)的失敗歸之于實(shí)驗(yàn)裝置的靈敏度不高，卻沒(méi)有從暫態(tài)效應(yīng)方面去考慮。前面說(shuō)到的 1828 年法拉第的實(shí)驗(yàn)工作，實(shí)際上就是重復(fù)了安培作的這個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)。僅在奧斯特宣布他的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)之后的三個(gè)月，法國(guó)物理學(xué)家菲涅耳就向法國(guó)科學(xué)院報(bào)告過(guò)，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(fù)實(shí)驗(yàn)后，菲涅耳的

13、結(jié)果并不真實(shí)。但菲涅耳的實(shí)驗(yàn)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(xué)家德拉里夫（ A.dela R ive ，公元 1801 1873 ）也曾利用日內(nèi)瓦的強(qiáng)大得多的磁鐵，幫助特地從法國(guó)去日內(nèi)瓦的安培，重復(fù)進(jìn)行了 1821 年安培在法國(guó)做的“磁生電”實(shí)驗(yàn)。關(guān)于這次合作進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，安培在 1822 年下半年曾寫(xiě)過(guò)一份報(bào)告給法國(guó)科學(xué)院。安培在報(bào)告中宣稱，似乎觀察到“磁生電”：當(dāng)固定線圈中有電流通過(guò)時(shí)，懸掛線圈中就有感應(yīng)電流，大磁鐵對(duì)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(dāng)固定線圈中的電流斷開(kāi)后，達(dá)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(shí)驗(yàn)中觀察到懸掛線圈曾有過(guò)偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生，但他并沒(méi)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(diǎn)而未能得到。科拉頓對(duì)早先菲涅耳的實(shí)驗(yàn)很感興趣，企圖把一塊磁鐵放入螺旋線圈中，在運(yùn)動(dòng)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(cè)電流（這是觀測(cè)不到的），而是正確的用了一只靈敏電流計(jì)。為了排除移動(dòng)磁鐵時(shí)操作動(dòng)作對(duì)電流計(jì)產(chǎn)生不相干的影響，科拉頓將這只電流計(jì)放到了另一間實(shí)驗(yàn)室里，用長(zhǎng)導(dǎo)線將電流

15、計(jì)和螺旋線圈連接起來(lái)?？上У氖?，沒(méi)有別人幫助，科拉頓獨(dú)自一個(gè)人從這間房跑到那間房去觀察電流計(jì)偏轉(zhuǎn)，當(dāng)然他得不到任何結(jié)果。因?yàn)橐苿?dòng)磁鐵時(shí)電流計(jì)指針擺動(dòng)他沒(méi)有看到，等到他走近電流計(jì)時(shí)，暫態(tài)效應(yīng)已經(jīng)消失，指針早已回到了指零位置。美國(guó)物理學(xué)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(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象做出了獨(dú)自的貢獻(xiàn)。 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(kāi)端終于發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象。亨利把實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)在螺旋狀長(zhǎng)導(dǎo)線內(nèi)的電氣自感一文中。后人為了紀(jì)念亨利，以他的名字定

16、義了自感單位。據(jù)說(shuō)，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(méi)有公開(kāi)發(fā)表這個(gè)結(jié)果。1832 年，在俄國(guó)工作的物理學(xué)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(kāi)始進(jìn)行一系列電磁實(shí)驗(yàn)。 1833 年楞茨把他的工作總結(jié)在論動(dòng)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(chǎng)方向與引起感應(yīng)的原磁場(chǎng)的變化方向相反。這是充實(shí)、完善電磁感應(yīng)所做的一大貢獻(xiàn)。這就是后人稱為的楞茨定律。楞茨還和焦耳各自獨(dú)立地對(duì)確定電流熱效應(yīng)的規(guī)律作出了貢獻(xiàn)，這就是有名的焦耳楞茨定律；流過(guò)穩(wěn)定電流的導(dǎo)體所放出的熱量，與電流強(qiáng)度

17、的平方、導(dǎo)體的電阻、通電時(shí)間這三項(xiàng)乘積成正比。以上事實(shí)說(shuō)明，揭示重大物理現(xiàn)象的規(guī)律，不能看作是個(gè)別天才的“靈感”所獲，而是人類(lèi)認(rèn)識(shí)發(fā)展的歷史產(chǎn)物，是人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)研究水平發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果。當(dāng)然，杰出的科學(xué)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(lái)說(shuō)，在法拉第工作的前后或同時(shí)，都有不少科學(xué)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(shí)間、對(duì)現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識(shí)及聽(tīng)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(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。 1831 年底，當(dāng)安培獲悉法拉第的成果但尚未詳細(xì)了解成果的細(xì)節(jié)內(nèi)容時(shí)，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(lái)解釋他在 1821 年 1822 年的實(shí)驗(yàn)。安培的言下之意，在法拉第之前，他已經(jīng)早就認(rèn)識(shí)了電磁感應(yīng)。其實(shí)，他的這篇急切之作并不比 1822 年寫(xiě)給法國(guó)科學(xué)院的報(bào)告有絲毫進(jìn)步，照舊沒(méi)有把握住感生電流是“瞬態(tài)效應(yīng)”這個(gè)現(xiàn)象的本質(zhì)。一時(shí)間，在兩人長(zhǎng)期友好的交往中產(chǎn)生了指責(zé)和誤會(huì)。當(dāng)激動(dòng)平靜下來(lái)，安培從頭至尾認(rèn)真研究了法拉第成果的細(xì)節(jié)內(nèi)容，這才恍然大倍。他隨即寫(xiě)信給法拉第，承認(rèn)自己并沒(méi)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(lái)人們就制造出發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)、變壓器等電機(jī)電器設(shè)備，使交流電的利用變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，逐漸開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)社會(huì)的電氣化時(shí)代。不論是當(dāng)時(shí)還是后

19、人，把發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律的主要功績(jī)歸功于法拉第，這是完全符合歷史事實(shí)的。更為重要的是，法拉第比別人具有更深邃的物理直覺(jué)洞察力。他提出了“場(chǎng)”的概念，從本質(zhì)上把電磁學(xué)的研究推進(jìn)了一大步，為建立系統(tǒng)、完整的電磁場(chǎng)理論打開(kāi)了大門(mén)。萬(wàn)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(kāi)始就認(rèn)為引力作用是瞬時(shí)作用，不需要什么媒介來(lái)傳遞，達(dá)就是超距作用的觀點(diǎn)。這種觀點(diǎn)在電學(xué)和磁學(xué)的研究中又得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化，象富蘭克林、庫(kù)侖、安培這樣有名的科學(xué)家對(duì)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(duì)力的舊概念力在沿著兩個(gè)相互作用物體的連線上的一次強(qiáng)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(duì)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(chǎng)”的概念和力線圖象?！皥?chǎng)”概念的提出，是物理觀念上的一次劃時(shí)代的飛躍，極大豐富了人類(lèi)對(duì)客觀世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及物質(zhì)形態(tài)多樣性的認(rèn)識(shí)。法拉第反對(duì)超距作用的概念，認(rèn)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(shí)驗(yàn)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?chē)臻g存在一種由電或磁產(chǎn)生的物質(zhì)、它無(wú)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(chǎng)、磁

21、場(chǎng)。電作用或磁作用正是通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)來(lái)傳遞的。法拉第類(lèi)比于流體力學(xué)，提出場(chǎng)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(dòng)，這些鐵粉就清楚地呈現(xiàn)出磁場(chǎng)的力線。法拉第認(rèn)為這些力線、力管具有實(shí)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(chǎng)和磁場(chǎng)的狀態(tài)。力線上任一點(diǎn)的切線方向就是場(chǎng)強(qiáng)的方向，力線密的地方，場(chǎng)強(qiáng)就強(qiáng)；力線疏的地方，場(chǎng)強(qiáng)就弱。場(chǎng)源不變時(shí)，力線圖不變；場(chǎng)源運(yùn)動(dòng)或變化時(shí)，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(duì)此作了全面的總結(jié)。針對(duì)當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)的

22、質(zhì)點(diǎn)概念以及質(zhì)點(diǎn)的超距瞬時(shí)作用觀念，法拉第的“場(chǎng)”概念和力線模型是一個(gè)重大突破，對(duì)物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。如今人類(lèi)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到“場(chǎng)”是一種重要的物質(zhì)形態(tài)，追根溯源，這應(yīng)當(dāng)首先歸功于法拉第。 還是一件歷史事實(shí)說(shuō)明法拉第具有深邃的科學(xué)洞察力。 1832 年他寫(xiě)了一封信，密封好后交給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)。信封上寫(xiě)著：“現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)收藏在皇家學(xué)會(huì)的檔案館里的一些新觀點(diǎn)?！边@封信在皇家學(xué)會(huì)的檔案館躺了一百多年真可謂是長(zhǎng)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(xiě)道：“磁作用的傳播需要時(shí)間，即當(dāng)一個(gè)磁鐵作用于另一個(gè)遠(yuǎn)處的磁鐵或者一塊鐵時(shí)，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(kāi)去的，這種傳播需要一定的時(shí)間，而這個(gè)時(shí)間顯然是非常短的。”“我還認(rèn)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(lèi)似于起波紋的水面的振動(dòng)或者空氣粒子的聲振動(dòng)。也就是說(shuō)我打算把振動(dòng)理論應(yīng)用于磁現(xiàn)象，就象對(duì)聲作的那樣，而且這也是光現(xiàn)象最可能的解釋。類(lèi)比之下，我認(rèn)為也可以把振動(dòng)理論運(yùn)用于電感應(yīng)。 . 邁法拉第 1832 年 3 月 12 日于倫敦皇家學(xué)會(huì)。顯然，法拉第在這封信中第一次預(yù)言了磁和電的感應(yīng)傳播，暗示了電磁波存在的可能性，預(yù)言了光可能是一種電磁振動(dòng)的傳播。法拉第的光輝的科學(xué)思想，還表現(xiàn)在他堅(jiān)持物理力的統(tǒng)一性方面，這和奧斯特的思想是有共同點(diǎn)的。法拉第認(rèn)為“由不同的來(lái)源產(chǎn)生的各種形

24、式的電之間存在統(tǒng)一性?！狈ɡ趶馁しツ犭姟⑵胀ǖ碾?、磁生電、溫差電以及動(dòng)物電都具有許多共同的物理效應(yīng)（使磁針偏轉(zhuǎn)、導(dǎo)體發(fā)熱、化合物分解等）的事實(shí)中得出了一個(gè)重要結(jié)論：“各種形式的電，不管其來(lái)源如何，本質(zhì)上的聯(lián)系、這正是后來(lái)愛(ài)因斯坦后半生努力探索的重大課題，現(xiàn)代物理學(xué)家提出是相同的?！狈ɡ谥钡酵砟?，甚至還考慮過(guò)萬(wàn)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(biāo)向前邁進(jìn)的一步。1825 年，法拉第將一根導(dǎo)線放在另一根導(dǎo)線附近，前一根導(dǎo)線用一個(gè)電流計(jì)連接起來(lái)成為一個(gè)閉合回路，后面一個(gè)導(dǎo)線中通電流，觀測(cè)閉合回路，結(jié)果沒(méi)有任何電流顯示。1828 年，法拉第做了另一個(gè)實(shí)

25、驗(yàn)。用懸絲將絕緣棒中部拴住，使絕緣棒水平無(wú)扭轉(zhuǎn)地懸掛著，棒的一端固定了一個(gè)銅質(zhì)閉合線圈，另一端固定一個(gè)小的重物配重，用一塊條形強(qiáng)磁鐵的一極放入線圈內(nèi)。法拉第認(rèn)為，如果磁鐵對(duì)線圈有作用，產(chǎn)生感應(yīng)電流，這時(shí)若再將第二塊磁鐵靠近線圈，則線圈便會(huì)在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。但任何轉(zhuǎn)動(dòng)也未觀察到。法拉第又用銅質(zhì)開(kāi)環(huán)（銅環(huán)開(kāi)個(gè)小口），又換鉑、銀材料做的閉環(huán)和開(kāi)環(huán)重復(fù)做這一實(shí)驗(yàn)，仍然沒(méi)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(shí)驗(yàn)。在工作日記中寫(xiě)下了大量的毫無(wú)結(jié)果的失敗記錄，厚厚的日記冊(cè)正是法拉第百折不回、堅(jiān)持奮斗的見(jiàn)證。他的日記，也記載了科學(xué)預(yù)見(jiàn)的光輝思想。法拉第堅(jiān)持寫(xiě)工作日記幾十年，直到生命的終結(jié)，這

26、在科學(xué)史上，也是少見(jiàn)的。1831 年 8 月，法拉第再一次回到“磁生電”這一重大課題上來(lái)。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(méi)有暫態(tài)（持續(xù)時(shí)間很短）效應(yīng)的概念，更沒(méi)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(jì)連接，當(dāng)線圈 A 與電池組（由 10 只電池組成）相連的瞬間，電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)了一下，然后又回到原來(lái)位置。當(dāng)線圈 A 與電池組斷開(kāi)時(shí)，指針又偏轉(zhuǎn)了一下再回到原來(lái)指零位置。法拉第并沒(méi)有立刻領(lǐng)悟到達(dá)一現(xiàn)象的重要意義，只是開(kāi)始意識(shí)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

27、拼在一起成三角形頂用，下端 S 極和 N 極分開(kāi)，其間安放繞在鐵質(zhì)因往體上的螺旋線圈，線圈與電流計(jì)相連。他觀察到，每當(dāng)線圈跟下端的 N 極或 S 極接觸一下，或脫離一下，電流計(jì)指針就偏轉(zhuǎn)一下。這時(shí)法拉第覺(jué)察到，這效應(yīng)和他 8 月份做的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。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(zhǎng)約 186 米用紗布包起來(lái)的銅導(dǎo)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(zhǎng)度的紗包銅線，將一個(gè)繞組和電流計(jì)連接，另一個(gè)繞組和 100 對(duì)金屬極組成的電池組連接。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電鍵 K 接通和斷

28、開(kāi)與電池的連接時(shí)，和另一繞組相連的電流計(jì)的指針明顯擺動(dòng)。法拉第還觀察到，接通和斷開(kāi)電鍵 K ，電流計(jì)指針是作相反的擺動(dòng)，但最后都回到原來(lái)指零位置。至此，法拉第對(duì)磁產(chǎn)生電流的現(xiàn)象已確信無(wú)疑。10 月 7 日，法拉第采用另一種方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：直接讓磁棒運(yùn)動(dòng)看能不能產(chǎn)生電流。仍然將一線圈與電流計(jì)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(jì)指針在插入或抽出的瞬間發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然后回到原來(lái)指零位置。接著，法拉第做了幾十個(gè)類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，他最終認(rèn)識(shí)了感生電流的暫態(tài)性質(zhì)。1831 年 11 月 24 日，法拉第向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)報(bào)告了電磁感應(yīng)的第一篇具有劃時(shí)代意義的論文。論文中明確地闡述了他解決電磁感應(yīng)問(wèn)題的關(guān)鍵

29、，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(chǎng)；穩(wěn)恒電流的運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。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(xué)史上的偉大貢獻(xiàn)揭示電磁感應(yīng)規(guī)律。 電磁感應(yīng)規(guī)律的揭示，也說(shuō)明英國(guó)在電磁學(xué)研究領(lǐng)域里趕上和超過(guò)了法國(guó)。自牛頓以來(lái)，英國(guó)對(duì)自然科學(xué)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(xué)家受到社會(huì)的普遍尊敬并享有較高的社會(huì)地位。因此，并末在學(xué)校受過(guò)系統(tǒng)教育的法拉第能在英國(guó)取得如此卓著的成就，還是符合情理的事情。當(dāng)然，在“磁生電”方面進(jìn)行探索的，并不是只有法拉第一個(gè)人。在俄國(guó)、法國(guó)、瑞士、美國(guó)都有人做過(guò)這方面的工作。上一部分提到，對(duì)奧斯特實(shí)驗(yàn)反應(yīng)最快

30、的是法國(guó)的安培。他在十九世紀(jì)二十年代做了許多實(shí)驗(yàn)，也曾朦朧地意識(shí)到磁會(huì)產(chǎn)生電的效應(yīng)，但對(duì)此安培的信心并不是十分堅(jiān)定的。他的精力集中在磁性起源的分子電流說(shuō)，以及他多年從事的試圖建立一個(gè)全面的電動(dòng)力學(xué)理論上。盡管安培對(duì)電磁學(xué)做出了許多貢獻(xiàn)，但在“磁生電”方面，他一直因于穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，沒(méi)有考慮暫態(tài)效應(yīng)。和法拉第的早期工作一樣，這些實(shí)驗(yàn)均未成功。安培探索“磁生電”的一個(gè)有代表性的實(shí)驗(yàn)是： 1821 年，他用末扭轉(zhuǎn)的懸絲，把一個(gè)閉合銅質(zhì)圓線圈掛起來(lái)，并使它位于另一個(gè)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(gè)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(rèn)為懸掛的線圈自然就會(huì)產(chǎn)

31、生某種較弱的電流。這樣，懸掛線圈就相當(dāng)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(qiáng)磁鐵靠近它，懸掛線圈就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，但是安培得到的是否定結(jié)果，他把實(shí)驗(yàn)的失敗歸之于實(shí)驗(yàn)裝置的靈敏度不高，卻沒(méi)有從暫態(tài)效應(yīng)方面去考慮。前面說(shuō)到的 1828 年法拉第的實(shí)驗(yàn)工作，實(shí)際上就是重復(fù)了安培作的這個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)。僅在奧斯特宣布他的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)之后的三個(gè)月，法國(guó)物理學(xué)家菲涅耳就向法國(guó)科學(xué)院報(bào)告過(guò)，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(fù)實(shí)驗(yàn)后，菲涅耳的結(jié)果并不真實(shí)。但菲涅耳的實(shí)驗(yàn)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(xué)家德

32、拉里夫（ A.dela R ive ，公元 1801 1873 ）也曾利用日內(nèi)瓦的強(qiáng)大得多的磁鐵，幫助特地從法國(guó)去日內(nèi)瓦的安培，重復(fù)進(jìn)行了 1821 年安培在法國(guó)做的“磁生電”實(shí)驗(yàn)。關(guān)于這次合作進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，安培在 1822 年下半年曾寫(xiě)過(guò)一份報(bào)告給法國(guó)科學(xué)院。安培在報(bào)告中宣稱，似乎觀察到“磁生電”：當(dāng)固定線圈中有電流通過(guò)時(shí)，懸掛線圈中就有感應(yīng)電流，大磁鐵對(duì)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(dāng)固定線圈中的電流斷開(kāi)后，達(dá)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(shí)驗(yàn)中觀察到懸掛線圈曾

33、有過(guò)偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生，但他并沒(méi)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(diǎn)而未能得到?？评D對(duì)早先菲涅耳的實(shí)驗(yàn)很感興趣，企圖把一塊磁鐵放入螺旋線圈中，在運(yùn)動(dòng)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(cè)電流（這是觀測(cè)不到的），而是正確的用了一只靈敏電流計(jì)。為了排除移動(dòng)磁鐵時(shí)操作動(dòng)作對(duì)電流計(jì)產(chǎn)生不相干的影響，科拉頓將這只電流計(jì)放到了另一間實(shí)驗(yàn)室里，用長(zhǎng)導(dǎo)線將電流計(jì)和螺旋線圈連接起來(lái)?？上У氖?，沒(méi)有別人幫助，科拉頓獨(dú)自一個(gè)人從這間房跑到那間房去觀察電流計(jì)偏轉(zhuǎn)，當(dāng)然他

34、得不到任何結(jié)果。因?yàn)橐苿?dòng)磁鐵時(shí)電流計(jì)指針擺動(dòng)他沒(méi)有看到，等到他走近電流計(jì)時(shí)，暫態(tài)效應(yīng)已經(jīng)消失，指針早已回到了指零位置。美國(guó)物理學(xué)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(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象做出了獨(dú)自的貢獻(xiàn)。 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(kāi)端終于發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象。亨利把實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)在螺旋狀長(zhǎng)導(dǎo)線內(nèi)的電氣自感一文中。后人為了紀(jì)念亨利，以他的名字定義了自感單位。據(jù)說(shuō)，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(méi)有公開(kāi)發(fā)表這個(gè)結(jié)果。1832 年，在俄

35、國(guó)工作的物理學(xué)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(kāi)始進(jìn)行一系列電磁實(shí)驗(yàn)。 1833 年楞茨把他的工作總結(jié)在論動(dòng)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(chǎng)方向與引起感應(yīng)的原磁場(chǎng)的變化方向相反。這是充實(shí)、完善電磁感應(yīng)所做的一大貢獻(xiàn)。這就是后人稱為的楞茨定律。楞茨還和焦耳各自獨(dú)立地對(duì)確定電流熱效應(yīng)的規(guī)律作出了貢獻(xiàn)，這就是有名的焦耳楞茨定律；流過(guò)穩(wěn)定電流的導(dǎo)體所放出的熱量，與電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻、通電時(shí)間這三項(xiàng)乘積成正比。以上事實(shí)說(shuō)明，揭示重大物理現(xiàn)象的規(guī)律，不能看作是個(gè)別天才的

36、“靈感”所獲，而是人類(lèi)認(rèn)識(shí)發(fā)展的歷史產(chǎn)物，是人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)研究水平發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果。當(dāng)然，杰出的科學(xué)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(lái)說(shuō)，在法拉第工作的前后或同時(shí)，都有不少科學(xué)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(shí)間、對(duì)現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識(shí)及聽(tīng)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(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。 1831 年底，當(dāng)安培獲悉法拉第的成果但尚未詳細(xì)了解成果的細(xì)節(jié)內(nèi)容時(shí)，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(lái)解釋他在 1821 年 1822 年的實(shí)驗(yàn)。安培的言下之意，在法拉第之前，他已經(jīng)早就認(rèn)識(shí)了

37、電磁感應(yīng)。其實(shí)，他的這篇急切之作并不比 1822 年寫(xiě)給法國(guó)科學(xué)院的報(bào)告有絲毫進(jìn)步，照舊沒(méi)有把握住感生電流是“瞬態(tài)效應(yīng)”這個(gè)現(xiàn)象的本質(zhì)。一時(shí)間，在兩人長(zhǎng)期友好的交往中產(chǎn)生了指責(zé)和誤會(huì)。當(dāng)激動(dòng)平靜下來(lái)，安培從頭至尾認(rèn)真研究了法拉第成果的細(xì)節(jié)內(nèi)容，這才恍然大倍。他隨即寫(xiě)信給法拉第，承認(rèn)自己并沒(méi)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(lái)人們就制造出發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)、變壓器等電機(jī)電器設(shè)備，使交流電的利用變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，逐漸開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)社會(huì)的電氣化時(shí)代。不論是當(dāng)時(shí)還是后人，把發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律的主要功績(jī)歸功于法拉第，這是完全符合歷史事實(shí)的。更為重要的是，法拉第比別人具有更深

38、邃的物理直覺(jué)洞察力。他提出了“場(chǎng)”的概念，從本質(zhì)上把電磁學(xué)的研究推進(jìn)了一大步，為建立系統(tǒng)、完整的電磁場(chǎng)理論打開(kāi)了大門(mén)。萬(wàn)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(kāi)始就認(rèn)為引力作用是瞬時(shí)作用，不需要什么媒介來(lái)傳遞，達(dá)就是超距作用的觀點(diǎn)。這種觀點(diǎn)在電學(xué)和磁學(xué)的研究中又得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化，象富蘭克林、庫(kù)侖、安培這樣有名的科學(xué)家對(duì)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(duì)力的舊概念力在沿著兩個(gè)相互作用物體的連線上的一次強(qiáng)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(duì)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(chǎng)”的概念和力線圖象?！皥?chǎng)”

39、概念的提出，是物理觀念上的一次劃時(shí)代的飛躍，極大豐富了人類(lèi)對(duì)客觀世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及物質(zhì)形態(tài)多樣性的認(rèn)識(shí)。法拉第反對(duì)超距作用的概念，認(rèn)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(shí)驗(yàn)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?chē)臻g存在一種由電或磁產(chǎn)生的物質(zhì)、它無(wú)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(chǎng)、磁場(chǎng)。電作用或磁作用正是通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)來(lái)傳遞的。法拉第類(lèi)比于流體力學(xué)，提出場(chǎng)是力的線或力的管子所組成的，正

40、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(dòng)，這些鐵粉就清楚地呈現(xiàn)出磁場(chǎng)的力線。法拉第認(rèn)為這些力線、力管具有實(shí)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(chǎng)和磁場(chǎng)的狀態(tài)。力線上任一點(diǎn)的切線方向就是場(chǎng)強(qiáng)的方向，力線密的地方，場(chǎng)強(qiáng)就強(qiáng)；力線疏的地方，場(chǎng)強(qiáng)就弱。場(chǎng)源不變時(shí)，力線圖不變；場(chǎng)源運(yùn)動(dòng)或變化時(shí)，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(duì)此作了全面的總結(jié)。針對(duì)當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)的質(zhì)點(diǎn)概念以及質(zhì)點(diǎn)的超距瞬時(shí)作用觀念，法拉第的“場(chǎng)”概念和力線模型是一個(gè)重大突破，對(duì)物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)

41、影響。如今人類(lèi)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到“場(chǎng)”是一種重要的物質(zhì)形態(tài)，追根溯源，這應(yīng)當(dāng)首先歸功于法拉第。 還是一件歷史事實(shí)說(shuō)明法拉第具有深邃的科學(xué)洞察力。 1832 年他寫(xiě)了一封信，密封好后交給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)。信封上寫(xiě)著：“現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)收藏在皇家學(xué)會(huì)的檔案館里的一些新觀點(diǎn)?！边@封信在皇家學(xué)會(huì)的檔案館躺了一百多年真可謂是長(zhǎng)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(xiě)道：“磁作用的傳播需要時(shí)間，即當(dāng)一個(gè)磁鐵作用于另一個(gè)遠(yuǎn)處的磁鐵或者一塊鐵時(shí)，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(kāi)去的，這種傳播需要一定的時(shí)間，而這個(gè)時(shí)間顯然是非常短的?！薄拔疫€認(rèn)為；電感應(yīng)也是這樣傳播的。我以為，

42、磁力從磁極出發(fā)的傳播類(lèi)似于起波紋的水面的振動(dòng)或者空氣粒子的聲振動(dòng)。也就是說(shuō)我打算把振動(dòng)理論應(yīng)用于磁現(xiàn)象，就象對(duì)聲作的那樣，而且這也是光現(xiàn)象最可能的解釋。類(lèi)比之下，我認(rèn)為也可以把振動(dòng)理論運(yùn)用于電感應(yīng)。 . 邁法拉第 1832 年 3 月 12 日于倫敦皇家學(xué)會(huì)。顯然，法拉第在這封信中第一次預(yù)言了磁和電的感應(yīng)傳播，暗示了電磁波存在的可能性，預(yù)言了光可能是一種電磁振動(dòng)的傳播。法拉第的光輝的科學(xué)思想，還表現(xiàn)在他堅(jiān)持物理力的統(tǒng)一性方面，這和奧斯特的思想是有共同點(diǎn)的。法拉第認(rèn)為“由不同的來(lái)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(dòng)物電都具有許多共同的物理效應(yīng)（使

43、磁針偏轉(zhuǎn)、導(dǎo)體發(fā)熱、化合物分解等）的事實(shí)中得出了一個(gè)重要結(jié)論： “各種形式的電，不管其來(lái)源如何，本質(zhì)上是相同的?！狈ɡ谥钡酵砟辏踔吝€考慮過(guò)萬(wàn)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(lái)愛(ài)因斯坦后半生努力探索的重大課題，現(xiàn)代物理學(xué)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(biāo)向前邁進(jìn)的一步。法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)法拉第所做的由于磁場(chǎng)的變化在導(dǎo)體中感生出電流的實(shí)驗(yàn)。1831年，法拉第用如圖所示的裝置實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(dòng)，說(shuō)明在接通或切斷電源的瞬間，b線圈中有電流感生出來(lái)。在物理學(xué)的發(fā)展史上，曾有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期一直未找到電與磁的聯(lián)系，把電

44、與磁現(xiàn)象作為兩個(gè)并行的課題分別進(jìn)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(gè)整體看待。奧斯特的論文發(fā)表后，在歐洲科學(xué)中引起了強(qiáng)烈的反響，投入了大量的人力、物力對(duì)電磁現(xiàn)象進(jìn)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(huì)想到它的逆效應(yīng)；“磁能產(chǎn)生電”嗎？為此科學(xué)家們開(kāi)始進(jìn)行了長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)探索。自1820年至1831年的十多年間中，當(dāng)時(shí)許多著名的科學(xué)家，如安培、菲涅耳、阿拉果、德拉里夫等一大批科學(xué)家都投身于探索磁與電的關(guān)系之中，他們用很強(qiáng)的各種磁場(chǎng)試圖產(chǎn)生電流，但均無(wú)結(jié)果，究其原因是抱住穩(wěn)態(tài)條件不放，而沒(méi)有考慮暫態(tài)效應(yīng)，因此十余年中研

45、究進(jìn)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(kāi)始轉(zhuǎn)向電磁學(xué)方面的研究。他仔細(xì)分析了電流的磁效應(yīng)等現(xiàn)象，認(rèn)為電流與磁的作用應(yīng)分幾個(gè)方面：那就是電流對(duì)磁、電流對(duì)電流，磁對(duì)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(duì)電流的作用，那么反過(guò)來(lái)，磁也應(yīng)該能產(chǎn)生電。法拉第認(rèn)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(dǎo)體感應(yīng)出電荷，那么電流也應(yīng)當(dāng)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(xiě)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(gè)詞，可見(jiàn)他對(duì)于電磁感應(yīng)的存在是

46、堅(jiān)信不疑的。但如何從實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)單地認(rèn)為用強(qiáng)磁鐵靠近導(dǎo)線，導(dǎo)線中就會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，或者在一根導(dǎo)線里通以強(qiáng)大的電流，那在鄰近的導(dǎo)線中也會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，他作了大量的試驗(yàn)，但均以“毫無(wú)結(jié)果”而告終。 法拉第經(jīng)過(guò)十年的試驗(yàn)、失敗、再試驗(yàn)、再失敗，于1831年夏又重新回到磁產(chǎn)生電流這一課題上來(lái)，終于取得了突破性的進(jìn)展。1831年8月29日法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)的第一個(gè)效應(yīng)，即以一個(gè)電流產(chǎn)生另一個(gè)電流。關(guān)于這一實(shí)驗(yàn)，法拉第的日記中作了詳細(xì)記載，現(xiàn)摘錄如下：1)磁產(chǎn)生電的若干實(shí)驗(yàn)，等等，等等。2)用軟鐵作材料制備一7/8英寸粗的圓鐵棒，將它彎成一個(gè)外徑為6英寸的圓環(huán)

47、。在圓環(huán)的半邊，用三股紗包銅線纏繞，每股24英寸長(zhǎng)，每繞一股后用白布包裹隔開(kāi)。使用時(shí)，既可以將三股銅線連成一股，也可分成三股單獨(dú)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(jiàn)圖)，與這一邊隔開(kāi)一段空隙的另一邊用銅線繞了兩股線圈，總長(zhǎng)為60英寸，繞向與A邊線圈相同我們稱之為B。3)用由10對(duì)4英寸見(jiàn)方的金屬片組成電池供電。用一根較長(zhǎng)的銅導(dǎo)線將B邊線圈的兩端連接起來(lái)，銅線的一段置于離鐵環(huán)3英尺遠(yuǎn)處的一個(gè)小磁針的上方，將電池與A邊線圈中的一股接通；接通時(shí)，小磁針立即產(chǎn)生一明顯的效應(yīng)。小磁針來(lái)回?cái)[動(dòng)，最終穩(wěn)定在原來(lái)的位置上。當(dāng)切斷A邊與電池的連按時(shí)，小磁針又出現(xiàn)來(lái)回?cái)[動(dòng)。4)若將A

48、邊上三股銅線接成一單股線圈，然后讓來(lái)自電池的電流通過(guò)總的線圈，這時(shí)小磁針產(chǎn)生的效應(yīng)比上述情況強(qiáng)很多。5)不過(guò)，小磁針上的效應(yīng)只是導(dǎo)線直接接通電池時(shí)可能產(chǎn)生的效應(yīng)的一個(gè)非常小的部分。6)將簡(jiǎn)單的B邊線圈改裝一下，作成一個(gè)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(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，便顯示出最好的效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(dāng)上述準(zhǔn)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(qiáng)烈地吸引小磁針，在幾次振動(dòng)之后便又回到它原來(lái)的自然位置，而處于靜止?fàn)顟B(tài)，接著當(dāng)切斷電池的連線時(shí)，小磁針被強(qiáng)烈地排斥，幾次振動(dòng)后，又回到與前相同的位置，處于靜止?fàn)顟B(tài)。

49、8)在此，效應(yīng)是明顯的，但是瞬時(shí)的，然而，在切斷與電池的連接時(shí)，效應(yīng)的再現(xiàn)說(shuō)明有一個(gè)平衡位置，它必須是能明顯地回到那個(gè)位置。9)開(kāi)始接通電池時(shí)，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(dāng)切斷電池的連接時(shí)，由小磁針的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)的短鐵柱，用4段14英尺長(zhǎng)的導(dǎo)線纏繞，將四股導(dǎo)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(lái)鐵芯并不有助于磁力的產(chǎn)生，因?yàn)楝F(xiàn)在的作用不比剛才不用鐵芯的線框時(shí)的作用來(lái)得更大?，F(xiàn)在的作用與以前一樣，也是瞬時(shí)的，可逆轉(zhuǎn)的。這就是法拉第第一次成功

50、地觀察到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的生動(dòng)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(dāng)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(diǎn)。法拉第在圓環(huán)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了兩個(gè)極有見(jiàn)地的問(wèn)題：第一，圓鐵環(huán)能不能不要，沒(méi)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(duì)于B邊線圈運(yùn)動(dòng)，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(wèn)題在以后的十天中又連續(xù)地做了許多實(shí)驗(yàn)。其中有一個(gè)是這樣的：法拉第“把長(zhǎng)為203碼(約為186米)的用

51、紗布包起來(lái)的銅導(dǎo)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(zhǎng)度的紗包銅線，將一個(gè)繞組與電流計(jì)連接，另一個(gè)繞組與100對(duì)金屬板組成的電池組連接。發(fā)現(xiàn)當(dāng)電健接通和斷開(kāi)的曝間，電流計(jì)指針擺動(dòng)；電鍍合上后，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線灼熱，但電流計(jì)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(jì)連接，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)圓鐵棒脫離或接近兩極的瞬間，電流計(jì)的指針就會(huì)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(jì)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(jì)指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)。l0月28日法拉第還進(jìn)行了最早的發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)。他把直徑為12英寸，厚為1/5英寸

52、的銅盤(pán)裝在水平的黃銅軸上，又將兩條長(zhǎng)為67英寸，寬約1英寸，厚約1/2英寸的小磁鐵相對(duì)放置在銅盤(pán)邊緣，見(jiàn)圖所示，他用另一電流計(jì)的兩個(gè)接線柱上引出兩個(gè)碳刷(圖中未畫(huà)出)。實(shí)驗(yàn)時(shí)讓銅盤(pán)飛快旋轉(zhuǎn)，同時(shí)把兩個(gè)電刷分別接觸于銅盤(pán)的不同位置，以確定產(chǎn)生感應(yīng)電流的最佳位置，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)由盤(pán)心O到磁極所對(duì)的銅盤(pán)邊緣可以產(chǎn)生最大的感應(yīng)電流，這臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)際上是一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)人類(lèi)歷史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)。法拉第前后一共做了類(lèi)似的幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)，最終認(rèn)識(shí)到感應(yīng)現(xiàn)象的暫態(tài)性，提出只有在變化時(shí)，靜止導(dǎo)線中電流才能在另一根靜止導(dǎo)線中感應(yīng)出電流；而導(dǎo)線中的穩(wěn)恒電統(tǒng)不可能在另一根靜止導(dǎo)線中感應(yīng)出電流的。1831年11月24日，

53、法拉第寫(xiě)了一篇論文，向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)報(bào)告了整個(gè)實(shí)驗(yàn)情況，他把可以產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形概括為五類(lèi)：(1)變化著的電流；(2)變化著的磁場(chǎng)；(3)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)恒電流；(4)運(yùn)動(dòng)的磁鐵；(5)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)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(wú)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(shí)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(dāng)時(shí)在磁產(chǎn)生電方面進(jìn)行探索的并不只是法拉第一個(gè)人，在瑞士、美國(guó)和俄國(guó)都有人在進(jìn)行這方面的研究。瑞士物理學(xué)家科拉頓曾企圖用磁鐵在線圈中獲得電流，他用一個(gè)線圈與一檢流計(jì)連成一閉合回路，為了使磁鐵不致于影響檢流計(jì)中的

54、小磁針，特意將檢流計(jì)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(jì)，但每次都得到零結(jié)果，最終沒(méi)有能發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。遠(yuǎn)在美國(guó)的物理學(xué)家亨利(JHenry，17971878)于1827年也進(jìn)行了電磁感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。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(kāi)端，終于發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象，他把這個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)總結(jié)在螺旋狀長(zhǎng)導(dǎo)線內(nèi)的電氣自感一文中，因此，從時(shí)間上說(shuō)亨利先于法拉第獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但他沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表這一結(jié)果，為此他十分后侮與沮喪。1832年，俄國(guó)物理學(xué)家楞次(H，F(xiàn)ELen

55、z，18041865)受到法拉第的啟發(fā)；也開(kāi)始了一系列的電磁實(shí)驗(yàn)，并取得了成果。1833年楞次發(fā)表了論動(dòng)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(chǎng)與引起感應(yīng)的原磁場(chǎng)的變化方向相反，這就是楞次定律。由此可見(jiàn)，在法拉第同時(shí)代，有不少物理學(xué)家對(duì)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(shí)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(jī)歸功于法拉第是恰當(dāng)?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(duì)人類(lèi)社會(huì)有著劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。由于電磁感應(yīng)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，使人類(lèi)得到了打開(kāi)電能

56、寶庫(kù)的金鑰匙，使后來(lái)發(fā)明發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、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(jī)械能變?yōu)殡娔?，使現(xiàn)代社會(huì)能得到廉價(jià)的電能。今天，人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入電氣時(shí)代，與電感感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)是分不開(kāi)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(shuō)紛紜，真?zhèn)坞y辨。1821年英國(guó)哲學(xué)學(xué)報(bào)（Annal of Philosophy）雜志編輯約法拉第寫(xiě)一篇關(guān)于電磁問(wèn)題的述評(píng)，這件事導(dǎo)致法拉第開(kāi)始了電磁學(xué)的研究。法拉第當(dāng)時(shí)正在英國(guó)皇家研究所做化學(xué)研究工作。他原來(lái)是文具店學(xué)徒工，從小熱愛(ài)科學(xué)，奮發(fā)自學(xué)。由于化學(xué)家戴維的幫助，進(jìn)到皇家研究所的實(shí)驗(yàn)室當(dāng)了戴維的助手，1821年受任為皇

57、家研究所實(shí)驗(yàn)室主任。法拉第在整理電磁學(xué)文獻(xiàn)時(shí)，為了判斷各種學(xué)說(shuō)的真?zhèn)?，親自做了許多實(shí)驗(yàn)，其中包括奧斯特和安培的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新現(xiàn)象：如果在載流導(dǎo)線附近只有磁鐵的一個(gè)極，磁鐵就會(huì)圍繞導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)：反之，如果在磁極周?chē)休d流導(dǎo)線，這導(dǎo)線也會(huì)繞磁極旋轉(zhuǎn)，如圖1。這就是電磁旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。與此同時(shí)，法拉第對(duì)安培的“分子電流”理論提出不同看法。他設(shè)計(jì)了一個(gè)表演。取一支玻璃管，在上面纏以絕緣導(dǎo)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(zhǎng)磁針。按照安培的觀點(diǎn)，載流螺線管對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)條磁鐵，螺線管的一端相當(dāng)于南極，另一端相當(dāng)北極。磁針如果是南極指著螺線管的北極，應(yīng)該會(huì)吸向螺線管的北極并停于北極的

58、一端。法拉第指出，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。他做的實(shí)驗(yàn)是磁針的南極繼續(xù)穿過(guò)螺線管，直至磁針的南極接近螺線管的南極。法拉第論證說(shuō)，如果磁針是單極的，它就會(huì)沿磁感線無(wú)休止地運(yùn)動(dòng)下去，就象電磁旋轉(zhuǎn)器那樣。法拉第認(rèn)為，和載流螺線管對(duì)應(yīng)的不是實(shí)心磁體，而應(yīng)是圓筒形磁鐵。安培則反駁說(shuō)，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(dāng)眾作了一個(gè)表演：把絕緣導(dǎo)線繞許多圈，做成線圈，在線圈內(nèi)部放一個(gè)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(huì)驅(qū)使銅環(huán)偏轉(zhuǎn)。否則，只可能有分子電流。安培的實(shí)驗(yàn)表明銅環(huán)里只有分子電流。這是1822年的事。如果安培細(xì)心做下去，肯定會(huì)發(fā)現(xiàn)，在線圈通斷電的瞬間，銅環(huán)里會(huì)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(xué)說(shuō)，竟錯(cuò)過(guò)了發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的機(jī)會(huì)。據(jù)文獻(xiàn)記載，法拉第在知道安培的答辯后，也重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)?？上罁?jù)的資料把安培的圓環(huán)誤畫(huà)為圓盤(pán)，所以法拉第重