迈克尔·法拉第—

杰出的实验家

迈克尔·法拉第是电工学的奠基人。他设计了世界上第一台电动机，并以此进行了实验，他还向世人展示了发电机及其工作原理；除此之外，他第一次进行了氯的液化，发现了苯，对钢件淬火进行了化学试验，这位实验物理学大师还在电学领域进行了许多举足轻重的实验，法拉第是一位名副其实的能工巧匠。这位出身贫寒的蹄铁匠的儿子小时候没有受过任何像样的教育，他对科学的兴趣完全来自一段图书装订学徒的经历，在图书装订学徒期间，他不但装订图书，而且还把装订的图书都看了一遍。长大一点后，法拉第参加了一个自学爱好者组织，在这个自学爱好者组织中，大家即是学生，又当老师，相互学习和讨论最新的科学知识和成就。法拉第自学成才，三十三岁时就被英国皇家学会接纳为会员，之后获得了众多的荣誉和称号，而这一切发生在科学早已被看作是重要社会力量的19世纪中叶，令人尤其感到惊讶和不可思议。如果说1800年时只有100来种科学期刊的话，50年后这个数字已变成十倍。启蒙运动初期的私人研究者阶层已发展成为真正的科学动力。

■迈克尔·法拉第为人类认识电现象做出了重大贡献。钢版画，1860年前后

法拉第不但对科学孜孜不倦，对宗教也十分虔诚，他信奉福音教，他的思想和行为带有强烈的宗教烙印。对宗教的虔诚不但使他处事谦卑，拒绝了某些荣誉，也为他的科学信念打下了牢固的基础，使他锲而不舍地将磁学、电学、光学、地心引力等方面的现象和知识组合在一起。法拉第虽然是一名虔诚的教徒，但他丝毫没有神秘的偏见，他追求事实，特别是经得起实验检验的事实。数学似乎不是这位天才科学家的长项，这也许与他从小缺少良好的教育有关，也许与他喜欢宏观而形象地看问题，而不愿让浓缩后的数学符号降低他的这种观察能力有关。但就像詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在法拉第在世时就指出的那样，他的电学理论又离不开扎实的数学基础，否则怎么会有融电学和磁学的时代知识于一体的数学理论呢？在辞去皇家研究院职务那一年，法拉第发表了在这方面的研究成果，其中最著名的是他的《电学实验研究》。不管怎么说，麦克斯韦理论中的四个方程有两个是以法拉第所做的实验和认知为基础的。

■迈克尔·法拉第在大不列颠皇家研究院做实验。版画，1825年

信仰的力量

法拉第的传记作者约翰·廷德尔把法拉第旺盛的生活和工作热忱归功于他对宗教的虔诚：“我相信，法拉第每天工作的力量源泉和坚韧不拔的毅力主要来自他礼拜天的祷告，他在礼拜天汲取的甘泉，可为他的心灵提供一周的滋润。”

麦克斯韦理论的核心就是通过数学方法来表示，电力和磁性是一个问题的两个方面，从物理角度来说就是，磁现象和电现象是以统一的力作为基础的，这种力的形式可以互为转换。哲学大师康德曾在《自然科学的形而上学原理》一文里对各种自然力量的统一性及其相互渗透的能力做出过精辟的描述，弗里德里希·威廉·约瑟夫·冯·谢林在《自然哲学》一书中也对此作过论述。从这些自然哲学家的著作中获得灵感的丹麦化学家和物理学家汉斯·克里斯蒂安·厄斯泰兹（1777—1851）第一次成功地用实验证明了这种转换，1820年，厄斯泰兹观察到，一个带电的金属丝可使磁针偏转，这一重大发现迅速在科学界不胫而走，法拉第在分析厄斯泰兹的发现时清楚地看到：厄斯泰兹成功地使电转换为磁。从那时起，法拉第全力投入到一个相反的任务，1822年他在实验日记中写道：“把磁转换为电。”这个研究计划起初完全建立在对自然力量统一性的浪漫信念上，而把这种信念变为现实却花了他整整10年时间。这期间法拉第已认识到，使厄斯泰兹的磁针偏转的磁性并不以点状分布，而是以环状分布，这在当时可是个新奇的发现，原来自然力、重力和在电荷之间作用的库仑力是从一个力中心以辐射形状发出来的。法拉第用力线这个概念来说明这种现象。1831年，法拉第终于完成了这项研究的最后一步，他发现，电流并不像他长期所想的那样，由静止磁性（如永磁）造成的，而是由运动的磁，即时空上发生变化的磁性造成的，从技术角度来讲，这就是发明了发电机；从物理学角度来讲，这就是发现了磁感应；从哲学上来讲就是证实了自然力的统一性，从而通过实验彻底破解了电和磁之间的相互关联，麦克斯韦要做的就是用数学的方法来表示这种关联性。

■法拉第用过的电磁铁，明信片，1830年前后。法拉第证实，磁场可以改变光的某些特性（光的极化）。他还发现，不同的物质对磁场有不同的反应，有些物质（如铁）容易被磁场吸引，有些物质（如铋）则对磁场产生排斥反应，由此他发现了顺磁性（铁）和逆磁性（铋）

迈克尔·法拉第

生平与学术生涯

1791年9月22日，迈克尔·法拉第出生在英国的纽英顿（今伦敦的一部分）的一个贫穷蹄铁匠家里，在四个孩子中他排行第三。十三岁时，法拉第就开始干活挣钱以补家用，他当上了一名图书装订学徒。1813年，著名的电化学家汉弗莱·戴维要找一个实验员，法拉第放弃了图书装订的工作，前往应聘并获得成功。刚开始，法拉第作为助理和侍从陪戴维及其夫人踏上了欧洲大陆之行，有机会接触到众多的科学家并涉及大量的科学基本问题。在伦敦，他成为戴维的得力助手，不久自己也成了经验老到的实验员，经常作为专家被法院邀请参加庭审。1824年，法拉第成为英国皇家学会会员，1825年成为皇家学会实验室主任。1821年法拉第结婚，但终身没有孩子。起初他从事化学研究，完成了碳氯合成，第一次成功地对氯进行液化，他还发现了苯。后来他进行金属加工和光学玻璃的研究，1821年他开始研究电线周围的磁力线，1831年获得了举足轻重的发现：磁力的变化可产生电，从而提出了发电机原理。他于1838年出版的《电的理论》一书汇集了他后来的研究成果，对传统的观点提出了挑战。1831—1838年，法拉第发现了电化学基本原理，1846年，他在经受了精神崩溃长期休息后发表了《对射线振动的一些想法》一文，为日后麦克斯韦的电磁理论写出了一个简单的公式，后来他又证实，电磁对光也可产生影响。19世纪50年代末，法拉第的精力逐渐衰退，他只能为孩子们作“儿童圣诞讲演”了，“儿童圣诞讲演”系列是他于1826年倡导开设的。1862年，法拉第告别了皇家研究院，返回伦敦附近的汉普顿宫，1867年8月25日，法拉第在汉普顿宫去世。

相关知识

法拉第电解定律

电解就是使电流通过电解质（如水），在电极—溶液界面上进行电化学反应的过程。例如水的电解就是在外电场作用下将水分解为氢和氧。迈克尔·法拉第找出了电解的基本定律，第一定律：电解过程中析出的物质质量与电流强度和通电时间成正比；第二定律：当总电量（即电流强度和通电时间之积）相同时，各电解质所析出的物质质量与物质的化学当量成正比。

推荐

阅读：

《自然的力量》，迈克尔·法拉第著，Bad Salzdetfurth 1984

《蜡烛的自然史》，迈克尔·法拉第著，Stuttgart 1968

《迈克尔·法拉第（1791—1867）：电学研究者》， Jost Lemmerich著，München 1991

《圣诞科学讲座》，迈克尔·法拉第，C. V. Boys著，黎金、谈镐生译，湖南教育出版社1999

《法拉第传》， Joseph Agassi著，鲁旭东、康立伟译，商务印书馆2002

参观：

德国多特蒙德磁学博物馆

伦敦迈克尔·法拉第实验室和博物馆（按原貌修建的法拉第实验室藏有许多他生前用过的物品）

点评

迈克尔·法拉第首次把磁力变成电力，这一重大发明不但为发电机的诞生创造了前提，而且还具有不朽的自然哲学理念： 自然力量的统一。