课外拓展



法拉第

一、生平简介

  法拉第 (Michael Faraday,1791~1867年) ,英国家、化学家。1791年9月22日生于伦敦。父亲是铁匠,母亲识字不多,法拉第从小生长在贫苦的家庭中,不可能受到较多的教育。9岁时,父亲去世了。法拉第不得不去文具店当学徒。1805年到书店当图书装订工,这使他有机会接触到各类书籍。每当他接触到有趣的书籍时就贪婪地读起来,尤其是百科全书和有关电的书本,简直使他着了迷。繁重的体力劳动,无知和贫穷,都没有能阻挡法拉第向科学进军。

二、科学成就

1.在物理学方面

  法拉第在物理学方面的主要贡献是对电磁学进行了比较系统的实验研究,发现了电磁感应现象,总结出电磁感应定律;发明了电磁学史上第一台电动机和发电机;发现了电解定律;提出电场、磁场重要概念。他是十九世纪电磁域中最伟大的实验家。

  1832年,法拉第还用极深邃的物理洞察力对光和电的关系作出了研究。他给英国伦敦皇家学会写了一封密封信,信上写着:“现在应当收藏在皇家学会的档案馆里的一些新的观点。” 这封信在档案馆里躺了一百多年,直到1938年才为后人重新发现,启了封。法拉第在信中预言了磁感应和电感应的传播,暗示了电磁波存在的可能性,还预言了光可能是一种电磁振动的传播。

2.在化学方面的贡献

  法拉第发现了电解第一和第二定律,开创了电化学领域,并且引入了阳极、阴极、阴离子,阳离子等现在仍在普遍使用的术语。

三、趣闻轶事

1.当年提携恩情重,后来排挤反为仇。

  1812年12月的一天,英国青年化学家戴维爵士正在家里养病,一清早仆人把一大堆邮件整整齐齐放到沙发旁边的茶几上。戴维随手取出一只最大的信封,拆开来一看,是一本厚厚的书,有368页。硬封面上烫了金字:“戴维爵士讲演录”。奇怪,那个出版商连招呼都不打一声,借了我的名字出书?再翻开内页,原来这300多页书竟是用漂亮的字体手工抄写的,而且带附了不少精美的插图。这下戴维如附坠入五里雾中。翻着,书中落下一张信笺,原来是封短信,大意是:“我是一个刚刚满师的订书学徒,很热爱化学,有幸听过您4次讲演,整理了这本笔记,现送上。如能蒙您提携,改变我目前的处境,将不胜感激云云。最后的签名是迈克尔·法拉第,戴维将信看了两遍,想自己也是苦出生,小时候挺淘气,多亏了伦福德伯爵的提携才有了今天,想到这里,不由动了恻隐之心,竟提起大鹅毛笔写了一封回信:

  先生:

  承蒙寄来大作,读后不胜愉快。它展示了你巨大的热情,记忆力和专心致志的精神。最近我不得不离开伦敦,到一月底才能回来,到时我将在你方便的时候见您。

  我很乐意为你效劳,我希望这是我力所能及的事。

 亨·戴维

  在戴维的大力推荐下,1812年3月法拉第才告别了整整干了7年的订书工生涯,到皇家学院上班,担任了实验室的助理工。

  1820年皇家学会的沃拉斯特在了解了奥斯特的实验后,他想:既然电与磁有联系,电能让磁动,磁为何不能让电也动呢?他找过戴维,还设计了一个实验,在大磁铁旁放一根通电导线,看看它会不会转动,可没有成功。1821年当法拉第发现了载流导线绕磁体旋转的论文后,却传来了一些流言蜚语,说法拉第剽窃别人的成果,而散布这种言论的正是戴维。法拉第陷入十分苦恼之中,但是法拉第不愿因此与恩师反目,再说这些年来他也逆来顺受惯了。所以他在亲自登门向沃拉斯特解释之后,就悄然退出了电磁研究领域,而将注意力转向化学。这种人际关系的内耗使科学事业蒙受了损失。当时法拉第已经在日记中写下了“转磁为电” 几个字。如果戴维此时能帮他一把的话,电磁感应现象也不会等到10年之后才被发现了。

  1823年3月法拉第液化氯气成功了。皇家学会的会员们十分赞赏法拉第的才华,有29人联名报他当会员。戴维听说此事大发雷霆,气冲冲地要法拉第去划掉自己的名字,还说服学会的教授们撤销对法拉第作为会员候选人的提名。1824年1月在皇家学会就法拉第的会员资格进行无记名投标,其中有一张反对票,就是戴维投的。正是:当年提携恩情重,今天排挤反为仇。戴维这个人的心态也够复杂的。

  法瓣第一生中一直对自己的恩师怀着敬重和感激之情,晚年,法拉第还经常指着墙上戴维的画像颤抖地说:“这是一位伟大的人呀!”

2.从无意中的觉察到伟大的发现

  在法拉第的思想中,确信物理学所涉及的自然界的各种力是互相紧密地联系着的。他分析了电流的磁效应以后认为,既然电可以产生磁,反过来磁也应该能产生电。他在1822年的一篇日记中就写了这样的话:“把磁转化成电。” 法拉第朝着这个目标,坚定不移地坚持实验、研究近十年,经历五次重大失败,终于发现了电磁感应现象。

  1831年8月,法拉第做了一个新装置。他在直径6英寸 的铁环的半边,用铜丝绕成线圈,接上电流计;在铁环的另一半也红了一组线圈,接到由100个伏打电池连成的电池组上。合闸,法拉第觉得电流计的指针晃动了一下,他定神细看,指针仍指在零点,法拉第查看了桌上的仪器:A段的线圈仍连着电池组,B段的线圈仍连着电流计。“如果指针真的动过了,它应该不断地来回摆动,或者偏向一边啊!可现在指针为什么又指在零点不动呢?” 法拉第想不出个所以然,只得手拆线了。这时电流计上的指针又动了。这一回他看清楚了。这次指针是向与刚才相反的方向偏转,接着又回到了零点,法拉第反复地合上、拉开电闸,见到指针不住地来回摆动。为什么指针总是这样来回摆动呢?法拉第百思不得其解。他给朋友查理 · 菲利浦斯的信中说:“我目前正忙于电磁研究,而且我想,我已经抓到了一点苗头,但是一时还讲不出什么道理。可是我在全力以赴之后,最后从水里抓到的,可能不是一条鱼,而是根稻草。”

  发现了由磁生电的现象之后,法拉第又经过二个月的奋战,他找到了一种更为简单的办法,用一根第形磁铁和一个闭合线圈,也可以获得这种大小、方向不断变化的电流。

  法拉第就在不断重复这个实验的时候,领悟到磁并不能产生电,只有运动的磁才能生电啊!许多年来,那么多有才华的科学家孜孜不倦、苦心探索的问题,答案竟是如此简单。他们之所以在电磁的大门外徘徊不前,原来是“静电” 和“静磁” 的框架束缚了他们的头脑。这说怪也不怪,大凡人们在思考问题的时候,总喜欢按习惯的方法和现有的思想体系来进行逻辑推理,这叫做思维定势。到了这一步创造能力已被窒息,再要前进就困难了。这时需要有胆识过人的科学家,敢于打破常规,另辟蹊径,才能出奇制胜。法拉第的成功也正在于这一点,另外他的运气也挺不错,这也很重要,俗话说:“谋事在人,成事在天” !

3.“婴儿” 的诞生预示着电气化时代的到来

  再说法拉第发现了“动磁生电” 现象之后,很快总结它的规律。这一规律启发了法拉第去研制一种发电机:使导体有规律地切割磁力线,从而产生一股持续的电流来。经过几天的琢磨,10月28日法拉第在他的日记本上画出了他构想的发电机草图。

  一天法拉第在皇家学会表演他的发电机时,一位贵妇人冷冷地说:“这玩意儿有什么用呢?” 法拉第机智地回答:“夫人,你不应当去问一个刚出生的婴儿会有什么出息,谁也不能预料婴儿长大成人之后会怎么样?”

4.不爱金钱爱科学

  法拉第在科学的征途上走过了半个多世纪,他始终如一地实践了自己“献身于科学” 的诺言。由于法拉第在电学和化学研究上出了名,有一段时间,法院曾经聘请他做专家作证的工作。在不到一年时间里,法拉第获得了五千镑的报酬。这时候,一位朋友劝法拉第辞去皇家学会的研究工作,告诉他“如果继续干下去,每年可以稳赚二万五千镑” 。当时皇家学会每年给法拉第的报酬只有五百镑。爱科学不爱金钱的法拉第经过郑重考虑,为了专心进行科学研究,毅然辞去了专家作证的工作。

  法拉第经常不分昼夜地在实验室里工作,为了利用每一分钟时间,凡是和实验无关的事情,他尽量推辞、谢绝;他不去朋友家吃饭;不上剧院看戏。他不停地做实验,记笔记。在他的实验日记上,记满了“没有效果” 、“没有反应” 、“不行” 、“不成” 等字样。1855年出版的八卷《法拉第日记》就是他日夜辛勤工作的明证,他的一系列重大科学成果,就是他心血和汗水的结晶。法拉第退休以后还念念不忘皇家学院实验室,经常去那里扫地、擦桌子、整理仪器。

  法拉第不计较名誉地位,更不计较钱财,他拒绝了制造商的高薪聘请,谢绝了大家提名他为皇家学会会长和维多利亚女皇授与他的爵位,终身在皇家学院实验室工作,甘原当个平民, 1867年8月25日,他在伦敦去世,尽管法拉第一生中获得各国赠给他的学位和头衔多达94个,而遵照他的“一辈子当个平凡的迈克尔·法拉第” 的意原,他的遗体被安葬在海洛特公墓,墓碑上只刻着三行字:迈克尔·法拉第,生于1791年9月22日,殁于1867年8月25日。后人为了纪念法拉第,特意用他的名字来命名电容的单位,简称“法” 。

5.坐在椅子上平静地离开了人间

  法拉第在研究电感应和磁感应传播时,一时还不能完整地表述出自己的新思想,感到数学基础也不够,于是他把自己的想法先写了下来,信中说:

  我倾向于把磁力从磁极向上散布,比作受扰动的水面的振动,或者比作声音现象中空气的振动;也就是说,我倾向于认为,振动理论将适用于电和磁的现象,正像它适用声音,同时又很可能适用于光那样。……

  迈·法拉第于皇家学院

1832年3月12日

  法拉第小心翼翼地将信封好,存放在皇家学院的保险箱里,希望有一天自己的想法会有知音,并得到发展和证实。光阴荏苒,弹指整整 23年过去了,还未见有人问津这个领域,此时法拉第已经垂垂老矣。想到自己的理论也许再要过一百年才能人发现,心里不觉有点凄然,他感叹说道:“那个时候我也许是看不见喽!” 且说那天法拉第正在叹息不已时,突然,放在桌上新到专业期刊上一篇醒目的标题跳入了他的眼帘:《论法拉第的力线》。法拉第一阵激动,他如饥似渴地将论文读了一遍,真是一篇好文章啊!文章把法拉第充满力线的比作一种流体场,又借助了流体力学的研究成果,推导出一组矢量微分方程。法拉第想自己从小失学,最缺的就是数学,现在突然降下了这么一位理解自己思想,又长于数学和帮手,真是高兴得乐不可支。“哈哈,我的理论后继有人了!” 法拉第感到无限的欣慰。

  几年后,也就是1860年,70高龄的法拉第在自己的寓所里会见了比他年轻40岁的麦克斯韦 ,他高兴地说:“当我知道你用数学来构造这一主题,起初我几乎吓坏了,我惊讶地看到,你处理得如此之好啊!”“先生能给我指出论文的缺点吗?”麦克斯韦腼腆地说,“这是一篇出色的文章,” 法拉第想了想说:“可是你不应当停留于用数学来解释我的观点,而应该突破它。” 这句话鼓励了麦克斯韦不懈地努力,去攀登经典电磁理论的顶峰,他终于在 1865年前建立起了完整的电磁场理论方程。

  1867年8月25日幸运的法拉第在看到了自己的理论后继有人,经典电磁学理论大厦完全竣工之后,坐在椅了上平静地离开了人间。
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