迈克尔·法拉第
迈克尔·法拉第(1791—1867)英国物理学家和化学家。出生在伦敦城郊纽英顿镇一个铁匠的家庭。13岁时当学徒。靠自学成为戴维的实验室助手。通过实验研究,他在很多方面都有重大贡献。1831年发现电磁感应现象。从而确定了电磁感应的基本定律。1833—1834年发现电解定律(法拉第电解定律)。曾著文论述能量的转换,指出能的统一性和多样性。发现磁致旋光效应(法拉第效应)。在化学方面,他研究了氯,发现两种新的氯化碳,用实验方法研究气体扩散和若干气体的液化。研究合金钢的各种性质,发明并制成了不锈钢。还创制了若干光学玻璃新品种。
1.公元1791年9月22日,法拉第出生在英国伦敦城郊纽英顿镇上一个铁匠的家庭。法拉第有一个哥哥和一个姐姐。法拉第5岁那年,全家搬迁到伦敦,住进曼彻斯特广场附近小巷内的破旧板房里。
2.不久,法拉第又有了小妹妹。一家六口靠父亲开小铁匠铺维持生计。沉重的负担压垮了父亲,他病倒了,整天躺在床一。最后不得不把铺子典当给别人,全家靠救济过日子。法拉第13岁时也离开了学校,到里波先生的铺子里当学徒。
3.里波先生的店铺经营书籍装帧,捎带销售书籍、文具,出租报纸。当时报纸很贵,除非富豪,一般中等人家都租报纸,看一两小时然后还掉。法拉第当上了报童,风里来雨里去,穿大街走小巷,满伦敦城奔跑。
4.一年以后,法拉第告别父母,搬进里波先生的铺子,正式学手艺。他很快学会了书籍装订技术,装订得又快又好。他偷空就读书,很快就被书迷上了。每天收工以后,连干活的围裙和袖套都顾不上脱,就坐在工作台前聚精会神地看起来。
5.《大英百科全书》里讲的电现象和《化学漫谈》里的实验叫法拉第着了魔。他决心要把书上的实验都做一遍。他跑到药房去捡被扔掉的小瓶子,花上半个便士买最便宜的药品,用这些东西,在阁楼上装备起自己的“小实验室”。
6.晚上,法拉第钻进小阁楼,点上一支蜡烛,照书上的方法,用小瓶子做架起电机,用大瓶子傲贮电瓶。“啪”,果真打出火花!亲手制造了一次“雷电”,这使他高兴得跳起来,叫着,忘记了自己是在什么地方,也忘记了已是深夜。
7.法拉第得到了几张英国皇家学院演讲会的入场券。戴维教授的通俗化学讲演风靡伦敦,演讲大厅总是座无虚席。当了6年学徒工的法拉第听着戴维教授的精采讲演,飞快地记着笔记,眼盯着马蹄形大讲台上的仪器,写着画着。
8.法拉第把讲演记录整理装订成厚厚的一本。讲过的都记下了,许多没讲过的也补充上了。他把“讲演录”寄给了戴维教授,并附上一封信,在信中表达了献身科学的强烈愿望。娟秀的书法,精美的插图,戴维教授被感动了。
9.1813年3月,由戴维教授推荐,皇家学院理事会聘请法拉第为实验室助手。法拉第向东家告别时,老板依依不舍地挽留他,表示愿意把店铺传给他。法拉第谢绝了,科学圣殿的大门已向他打开,献身科学,这是至高无上的幸福。
10.这年10月,法拉第随戴维踏上了游历欧洲的旅途。戴维是世界著名的化学家,他外出时总是随身携带一大箱仪器。作为助手,法拉第参与了戴维的许多次实验:首次证实碘是一种单质;组成金刚钻的是碳;研究沼气的化学成分……
11.法拉第随戴维会见过许多著名的学者:物理学家安培、伏打,化学家德拉里弗……戴维教授思想活跃,头脑像取之不竭的知识宝库,法拉第向他学到了许多东西。1815年4月,他们结束了旅行,回到了皇家学院。
12.法拉第是实验助手,又是独立研究人员,既是勤杂工,又是技工。从洗瓶子、吹玻璃管、充当讲演时的助手,到帮助戴维做研究、自己独立实验、写研究报告,只要是和科学研究有关的事情,他没有一样不干的。
13.1821年5月法拉第任皇家学院事务主任。6月12日,他和萨拉·巴纳德小姐结婚。他们没有邀请许多亲友,只在教堂里静悄悄地举行了仪式,然后去新娘家搬嫁妆。东西刚搬到,实验室里出了点问题,法拉第“丢”下新娘急忙赶去。
14.他在实验室里忙了一下午,等想起新娘还枯坐在一堆凌乱的家具中时,天色已晚。新娘并没有生气,见到慌慌张张赶回来的丈夫,温柔地笑了。婚后,法拉第没带萨拉去度蜜月,又埋头于他的研究工作。
15.人类很早就发现了电荷,发现了磁铁。电和磁有许多相似的地方。电有正负,磁有南北,电荷之间有一种神秘的相互作用力,磁极之间也有,而且都是同性相斥异性相吸。电和磁之间该有某种关系吧!人们这样想,但拿不出证据来。
16.1820年,丹麦物理学家奥斯特搞清了电流对磁的作用,并公布了实验结果。不久,安培用实验证明了两根通电导线之间也存在着相互作用力。戴维和法拉第读到了这些报告,他们也成功地验证了这些结果。
17.电对磁有作用,磁对电有没有作用呢?沃拉斯顿教授设计了一个实验,与戴维一起研究。他们给导线通上电流,拿磁性很强的磁铁靠近它,希望导线转动起来。可是导线就是不肯转。法拉第外出归来,得知他们的实验没有成功。
18.戴维和沃拉斯顿的失败,犹如一颗火星,重新点燃法拉第研究电的兴趣。他把有关电和磁的研究报告全都找来细读一遍,又把别人做过的实验一个个重做一遍,然后自己动手设计新的实验,开始了电和磁的研究。
19.法拉第仔细分析,找出沃拉斯顿实验不成功的原因。他设计了新的实验装置:玻璃缸内倒入水银,中央立一根磁棒露出一极,让穿有粗铜丝的软木浮在水银上,铜丝下端通过水银接到伏打堆的一极,铜丝的另一端通过细导线接另一极。
20.望着这套简陋的装置,法拉第的心急烈地跳动着。它会转吗?接通电源,软木微微晃动两下,缓缓地启动了。通电的导线绕着磁极转动了!法拉第高兴得手舞足蹈。当时有谁知道,这套粗糙的仪器,就是世界上第一台“电动机”呢。
21.把实验报告寄给《科学季刊》后,结婚已3个月的法拉第夫妇到布赖顿海滨度假去了。待他回到皇家学院时,等待他的却是“剽窃沃拉斯顿研究成果”的风言风语。沃拉斯顿是位宽厚大度的人,他劝法拉第对此不必理会。
22.1821年的圣诞节,法拉第又做成一个电磁转动实验:让通电导线在地磁场里转动。后来,当沃拉斯顿看到法拉第的实验时,老博士对这年轻人敏捷的思维、大胆的设想深表钦佩。法拉第的又一次成功,使“剽窃”案无声无息地消失了。
23.戴维和沃拉斯顿是两位电磁学权威。被人指责为侵犯前辈科学家的研究领地,这使法拉第甚感沮丧。他又回过头去研究化学问题,如合金钢、玻璃、氯气等。法拉第发明了低温加压使气体液化的方法,发现了苯,制成了不锈钢……
24.由沃拉斯顿博士带头署名,提议法拉第为皇家学会会员候选人。1824年1月,提案获得通过。1825年法拉第被任命为皇家学院实验室主任。几年后,戴维和沃拉斯顿相继去世。这样,法拉第不必再避嫌了,他又恢复了电的研究。
25.合金钢、光学玻璃制造技术的研究,使法拉第的名气越来越大。这些技术工作每年给他带来高于皇家学院薪金10倍的收入。法拉第把其中的大部分划归学院,其余部分都用于帮助亲友或捐赠慈善机关。夫妇俩始终过着简朴的生活。
26.在一块马蹄形的软铁上绕上铜丝线圈,给线圈通上电,使本没有磁性的软铁成了磁性极强的“电磁铁”。电变成了磁产生巨大的力量。从1824年到1828年,法拉第做了4次不同的尝试,想找到一种把磁变成电的方法,但都失败了。
27.1831年8月的一天,法拉第在一个圆铁环上绕上两组彼此绝缘的线圈,一组线圈接上电源,第二组线圈接上一个电流计。法拉第发现,当电源接通和断开的瞬间,电流计的指针会摆动,也就是说有电流通过第二组线圈。电流从哪里来?
28.这是一个很简单的实验,现在的中学生都懂得它的原理。可这恰恰是19世纪最伟大的实验之一。法拉第发现了“电磁感应”现象。现在广泛使用的变压器,就是根据它的原理制造出来的。法拉第不满足,他要找到能产生恒定电流的方法。
29.法拉第改进装置又做了几次,终于发现,磁性变化越激烈,产生的感应电流越强。他心中豁然开朗:直接用磁铁来产生磁的变化,不就是把磁变成电了吗?他把一根磁铁猛地插入线圈中,连接在线圈中的电流计指针摆起来了。
30.保持线圈和磁铁之间有相对运动,就能持续产生磁的变化。法拉第兴奋极了。他用圆铜片代替线圈,铜片中央装个轴,夹在马蹄形磁铁两极间旋转。铜片嗖嗖地转着,电流源源不断地流动起来。世界上第一台“发电机”就这样诞生了。
31.如果法拉第致力于使自己的新发明获得工业上的应用,他或许早就成了百万富翁了。有些科学家正是走这条路的。而法拉第把这些留给了别人去做。从1831年起,他开始从事纯科学研究,这些工作后来汇集在《电学实验研究》这一巨著中。
32.物质是什么?电又是什么?19世纪初的人们还不能正确回答这些问题。法拉第就曾认为,电可能是一种频率很高的振动。他把一根作高频振荡的金属丝插在蒸馏水里,想用它来分解水。法拉第开始研究电化学,首先遇到的就是失败。
33.走过许多可笑的弯路,法拉第终于找到了研究电化学规律的办法——电极上析出物的质量与流过电极电量相比较。过去很少有人做定量的实验,法拉第精确地做了,所以取得了成功。这两条法拉第电解定律奠定了电化学的基础。
34.牛顿力学原理是当时科学的“圣经”。牛顿说,空间里没有粒子存在的地方是一无所有的真空。法拉第怀疑了。他直觉地感到,空间并不真空,到处存在着“力线”:电荷周围的“电力线”,磁体周围的“磁力线”……他把充满力线的空间叫做“场”。
35.场是什么?法拉第回答不了。人们轻蔑地嘲笑他的“场论”。然而法拉第用实验证实不同形态电的同一性,他发明测量电压的电压计,他对静电屏蔽的研究,磁场对线偏振光影响的研究,巨大的成功赢得全世界的称颂,荣誉接踵而至。
36.法拉第不停地实验,想找到“场”,但都失败了。紧张的工作中,他又病了,症状是头晕健忘。拼命用脑得的病,他就用拼命走路来治疗。他登山远足,一天走上几十公里路。半年休假后,仍不能长时间思考,他就作通俗讲演,上上课。
37.法拉第发现了磁致旋光效应和抗磁性现象后,曾预言:光是力场中的一种振动。法拉第新颖的见解吸引了两位年轻的数学物理学家。其中一位就是麦克斯韦。麦克斯韦在剑桥大学宣读的第一篇论文就是《论法拉第的力线》。
38.法拉第老了。1862年他写下了最后一条实验日记,1865年他辞去皇家学院的职务。法拉第平静地等待着,萨拉始终陪伴着他。他有些不安:他没有给妻子留下多少财产。1867年8月25日,法拉第安坐在椅子上睡着了。他没有再醒来。