法拉第与力线

第十一节　法拉第与力线

人们谈到电磁感应定律，必然要想起那位徒工出身的法拉第。在法拉第工作的前后，也有不少物理学家对电磁感应现象作了多方面的研究，也取得了不少成功，但都不及法拉第，因此人们把发现电磁感应定律的主要功绩归功于法拉第是恰如其分的。

人们往往只想到了法拉第发现了电磁感应定律，却忘记了他还有第二个贡献，更重要的是法拉第提出了场的概念。为了对电、磁现象作出正确的物理解释，法拉第提出了全新的概念和物理图像——场的概念和力线图像。

法拉第设想带电体、磁体或电流周围空间存在种由电或磁产生的物质，它无处不在，起到传递电、磁力的媒介作用，法拉第把它们称为电场、磁场。电场、磁场是什么模样的呢？法拉第用电场线和磁感线的几何图形非常形象、直观地描述了电场、磁场的状况。

电场、磁场中任意一点的场强，其大小、方向都可以用电场线、磁力线表示出来。英国人汤姆生对法拉第的力线评价很高，他说：“在法拉第的许多贡献中，最伟大的一个就是力线概念了。借助于它就可以把电场和磁场的许多性质，以最简单而极富启发性地表示出来。”

法拉第创造力线运用了图示法，图示法是思维形象化方法之一。图示给人以直观、形象鲜明的感觉，用来描绘自然现象。图以一种特定的形象伴随着抽象思维以与之相辅相成，是解决抽象课题的行之有效的方法，我们固然要培养自己进行抽象思维的能力，在思维过程中也不要放过任何形象化的机会与可能。人们在思考问题时常常要“比比画画”，所谓比比画画就是以图示意。

图示，可以清晰和简化思维。例如，18世纪在哥尼斯堡地方有一条布勒尔河，这条河有两个支流，在城中心汇成大河。中间是岛。河上有七座桥。哥尼斯堡的大学生在散步时，总想一次走过七座桥，而每座桥只准走一次，但是总是办不到。数学家欧拉对这个问题作了分析，他把具体的岛、半岛、两岸陆地抽象为四个点，把七座桥抽象为七条线，于是七桥问题经过图示，则简化为“笔画问题”。什么样的图形可以一笔画，什么样的图形不能一笔画，图示方法为现代拓扑学铺路搭桥。

现在，用一个箭头代表一个力已习以为常。力的三要素——方向、大小、作用点全在箭头上显示出来，既简单又如此形象化，这个箭头堪称图示方法的杰作。图在物理学研究中有很重要的地位，较常见的有矢量图、力线图、流线图、谱线图、电路图、光路图、流程图等。例如，玻尔的原子能级图，把原子中能量的跃迁说明得一清二楚。

图示在工程技术研究中有突出作用。任何伟大的工程首先都体现在一定的形象上，一定的蓝图上。控制工程中的方块图，将系统中的每一个具有特定功能的组成部分用一个方块来表示。人们用等高线地形图来研究水库的汇水容积，确定路线的选择，根据地形图来决定军队的战术活动。

图示在日常生活中处处发生着作用，你瞧北京东来顺店门口画的店标，一下子把经营涮羊肉的业务突出来了，一目了然，极具广告效应。