在歐洲大陸科學(xué)家進(jìn)入電磁學(xué)領(lǐng)域開(kāi)疆拓土的時(shí)候，英國(guó)人也沒(méi)有閑著。不久，英國(guó)出現(xiàn)了一位電磁學(xué)巨人，他就是邁克爾·法拉第（MichaelFaraday，公元1791-1867年）。

人們?cè)缇椭来盆F能使鄰近的鐵塊感應(yīng)而帶上磁性，也知道電荷能在鄰近的物體上感應(yīng)出相反的電荷。法拉第就想電流也應(yīng)當(dāng)具有這樣的效應(yīng)。他從1821年開(kāi)始尋找這種效應(yīng)，他先根據(jù)自己的猜想寫(xiě)下在自然現(xiàn)象之間的一系列可能聯(lián)系，然后進(jìn)行觀察，有的聯(lián)系還真的被他找到了。經(jīng)過(guò)近十年的實(shí)驗(yàn)摸索，法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，證明一個(gè)電流可以產(chǎn)生另一個(gè)電流，這個(gè)現(xiàn)象把機(jī)械運(yùn)動(dòng)、磁現(xiàn)象跟電流的產(chǎn)生聯(lián)系在一起，這進(jìn)一步證實(shí)了電與磁的統(tǒng)一性。法拉第發(fā)現(xiàn)當(dāng)一個(gè)金屬線圈中的電流強(qiáng)弱發(fā)生變化時(shí)，能在一個(gè)鄰近的線圈中感應(yīng)出一個(gè)瞬時(shí)電流。如果將通有恒定電流的線圈（或者一個(gè)永久磁鐵）在第二個(gè)線圈附近移動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生同樣的效應(yīng)。正如奧斯特發(fā)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的基本原理一樣，法拉第發(fā)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)的基本原理。

法拉第

不過(guò)，在開(kāi)始闖入電磁學(xué)領(lǐng)域的時(shí)候，法拉第只是一個(gè)地位卑微的小人物，他是化學(xué)家戴維實(shí)驗(yàn)室里的一個(gè)小助手。

1791年9月22日邁克爾·法拉第出生在倫敦郊區(qū)的薩里郡紐因頓的一個(gè)貧困家庭，他的父親還患上了重病。小邁克爾13歲就去了曼徹斯特一個(gè)書(shū)商兼裝訂的店鋪里當(dāng)學(xué)徒，在那兒他呆了8年的時(shí)間，大部分時(shí)間都是訂書(shū)。對(duì)于一般人來(lái)講，這基本上就注定了這個(gè)人碌碌平淡的一生。但是這里的書(shū)卻把少年法拉第引向了科學(xué)殿堂的大門(mén)。有過(guò)類似經(jīng)歷的還有一個(gè)人，就是本杰明·富蘭克林。除了勤奮之外，法拉第是幸運(yùn)的，他的雇主喬治·雷波不僅讓這位學(xué)徒自由地使用他的圖書(shū)館，并且還允許在他的店鋪后面做實(shí)驗(yàn)。150年前上中學(xué)的牛頓寄住在一位藥劑師家里時(shí)也有幸遇到過(guò)同樣的好運(yùn)。

法拉第并不只是埋頭做自己的研究，19歲那年，他開(kāi)始參加曼徹斯特市哲學(xué)學(xué)會(huì)的周會(huì)，還在周會(huì)上提交自己的論文，在學(xué)術(shù)的圈子里開(kāi)始小有影響。法拉第在聽(tīng)著名化學(xué)家漢弗萊·戴維的一些演講時(shí)，記下了這些演講的筆記，然后全部清清楚楚地書(shū)寫(xiě)出寄給戴維，同時(shí)表示自己熱切希望能夠從事科學(xué)研究，懇求戴維幫他在皇家研究院找一份工作。戴維收到信后征求一位朋友的意見(jiàn)，朋友說(shuō)：“讓他洗瓶子吧。如果他不肯就算了?！贝骶S回答說(shuō)：“不，不，我們應(yīng)該讓他試試別的事情。”結(jié)果戴維雇法拉第在實(shí)驗(yàn)室做了助手。戴維爵士這時(shí)候肯定沒(méi)有想到這個(gè)出身卑微、沒(méi)有受過(guò)正規(guī)教育的年輕助手后來(lái)的貢獻(xiàn)和名氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了自己。如果法拉第沒(méi)有鼓起勇氣給戴維寄去他的筆記，人類就不會(huì)有這樣一位偉大的實(shí)驗(yàn)科學(xué)家，電磁學(xué)的歷史不知道會(huì)往后推遲多少年。當(dāng)然，如果戴維對(duì)這個(gè)無(wú)名小輩不予搭理，那也是同樣的結(jié)果。

法拉第開(kāi)始是繼續(xù)戴維的化學(xué)研究，因化學(xué)涉及電的特性，后來(lái)他越來(lái)越多地進(jìn)入到物理的領(lǐng)域，結(jié)果后人都知道他是個(gè)物理學(xué)家，而不知道他本來(lái)還是個(gè)化學(xué)家。

20鎊英鈔上的邁克爾·法拉第

1821年初，英國(guó)科學(xué)家渥拉斯頓（Wollaston）試圖把因電流引起的磁針的偏轉(zhuǎn)變換成為磁針圍繞電流的恒定轉(zhuǎn)動(dòng)。他經(jīng)過(guò)周密的計(jì)劃，在皇家研究院的實(shí)驗(yàn)室里，在戴維爵士面前進(jìn)行了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。盡管沒(méi)有實(shí)現(xiàn)磁針的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，但是這件事引起了法拉第對(duì)該問(wèn)題的注意。于是法拉第閱讀了這方面的許多資料，開(kāi)始了對(duì)電磁學(xué)的學(xué)習(xí)和研究。

1821年9月，法拉第在重復(fù)奧斯特“電生磁”實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，制造出了人類史上第一臺(tái)最原始的電動(dòng)機(jī)的雛形──在水銀杯中圍繞固定的通電導(dǎo)線連續(xù)旋轉(zhuǎn)的磁鐵。

1831年，40歲的法拉第通過(guò)閱讀和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)完全熟悉了電和磁的科學(xué)，他試圖用一根導(dǎo)線上的電流所產(chǎn)生的磁現(xiàn)象感應(yīng)另一根導(dǎo)線使之產(chǎn)生電流。法拉第用兩根帶絕緣層的導(dǎo)線一起繞在同一個(gè)木圓柱體上，這樣就做成了一個(gè)螺旋管。其中一根導(dǎo)線連接到由10個(gè)伏打電池組成的電池組上，另一根連接到一個(gè)靈敏電流計(jì)上。當(dāng)接通電池，電流通過(guò)時(shí)，沒(méi)有觀察到電流計(jì)上有任何影響。他把電池組從10個(gè)電池增加到120個(gè)電池，仍然毫無(wú)變化。但是法拉第非凡的觀察力和敏銳性起了作用，任何蛛絲馬跡都不會(huì)逃過(guò)他的眼睛并被他抓住不放。他注意到，當(dāng)他接通電池組的那一瞬間，電流計(jì)的指針總是有微弱的移動(dòng)，然后指針又恢復(fù)原位保持靜止。在電路斷開(kāi)的一瞬間，指針又出現(xiàn)移動(dòng)，方向與電路接通時(shí)觀察到的移動(dòng)方向相反，接著又恢復(fù)原位。

之后，法拉第用永久磁體插入線圈中，也得到了同樣的效應(yīng)：在磁體插入線圈的同時(shí)，線圈中沖過(guò)一陣電流；在磁體從線圈中拔出的同時(shí)，線圈中又沖過(guò)一陣等量而反向的電流。

7年前，法國(guó)的阿拉果已發(fā)現(xiàn)非磁性金屬材料的盤(pán)有能力使懸吊在其上面的振動(dòng)的磁針迅速靜止。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題阿拉果和安培兩人都探究過(guò)，泊松（這個(gè)名字在高數(shù)上也見(jiàn)過(guò)）還曾發(fā)表過(guò)關(guān)于這個(gè)題目的理論研究論文。但是對(duì)于如此異乎尋常的現(xiàn)象卻找不出任何解釋。法拉第做出上述發(fā)現(xiàn)之后又開(kāi)始對(duì)法國(guó)人留下的這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行研究。他把盤(pán)的邊緣放在皇家學(xué)會(huì)的大馬蹄形磁鐵的兩極之間，將盤(pán)的軸和邊緣用一根導(dǎo)線與電流計(jì)相連，當(dāng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，他得到一恒定電流。電流的方向是由盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向確定的，當(dāng)反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電流的方向也反向。這可以說(shuō)是人類歷史上第一個(gè)模型發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的問(wèn)世預(yù)示著人類電氣時(shí)代的到來(lái)。

法拉第感應(yīng)電流實(shí)驗(yàn)示意圖

也是在這個(gè)時(shí)候，法拉第提出了“磁力線”的概念。他把撒在磁鐵及其周圍的鐵屑所排列成的曲線稱作磁力線。他指出，產(chǎn)生感生電流既不需要接近也不需要遠(yuǎn)離磁極，唯一必需的是恰當(dāng)?shù)厍懈畲帕€。法拉第對(duì)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，他的關(guān)于電磁感應(yīng)的總結(jié)報(bào)告于1831年11月24日在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)宣讀。他把能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況分為五種：（1）變化中的電流；（2）變化中的磁場(chǎng)；（3）運(yùn)動(dòng)中的穩(wěn)恒電流；（4）運(yùn)動(dòng)中的磁鐵；（5）運(yùn)動(dòng)中的導(dǎo)線。

1833年，法拉第確定了相同的電量可以分解相同當(dāng)量的化學(xué)物質(zhì)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)表明，如果化學(xué)物質(zhì)是由原子構(gòu)成的，那么電也應(yīng)該具有微粒的特性。但是法拉第是原子論的反對(duì)者，盡管他的老師戴維曾對(duì)道爾頓的原子論給予高度評(píng)價(jià)。法拉第寧愿采取這樣的看法：物質(zhì)到處都存在，沒(méi)有不被物質(zhì)占有的中空地帶。法拉第認(rèn)為物質(zhì)是像以太那樣的連續(xù)介質(zhì)，這種介質(zhì)也就是傳遞自然界的各種力的媒介。他設(shè)想，彌漫整個(gè)空間的以太是由力的線組成的，這些線將相反的電荷或磁極連接起來(lái)。在磁場(chǎng)中的紙上撒上鐵屑，就可看見(jiàn)聯(lián)接相反兩極的無(wú)數(shù)條線。這些“線”以及由線所組成的“場(chǎng)”是描述和解決電磁學(xué)問(wèn)題的極為有用的工具，但是對(duì)于法拉第來(lái)說(shuō)，它們具有實(shí)在的物理意義，也就是說(shuō)，法拉第的這種基于工具主義的方法，在他自己看來(lái)是本質(zhì)主義的，是真實(shí)的存在。

作為一個(gè)在電磁學(xué)領(lǐng)域取得了重大發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家，法拉第已經(jīng)預(yù)見(jiàn)到自己的發(fā)現(xiàn)將會(huì)引起重大的社會(huì)變革。他曾引用富蘭克林說(shuō)過(guò)的一句話：“一個(gè)嬰兒有什么用處？”以此來(lái)說(shuō)明有的科學(xué)發(fā)現(xiàn)似乎毫無(wú)用處，因?yàn)檫@是在它嬰兒期和無(wú)用狀態(tài)的時(shí)候，但是當(dāng)它生長(zhǎng)發(fā)育成熟之后，就會(huì)看到它的能力。據(jù)說(shuō)，當(dāng)時(shí)的英國(guó)財(cái)政大臣威廉姆·格萊斯頓曾問(wèn)法拉第：“電將會(huì)有什么實(shí)際用途？”他回答說(shuō)：“先生，總有一天您會(huì)向人民征收電稅的?！?/span>

1832年，法國(guó)的儀器制造商皮克西（Pixies）根據(jù)法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)原理，研制成功了一種安裝了兩個(gè)線圈的手搖直流發(fā)電機(jī)，它是所有實(shí)用發(fā)電機(jī)的始祖。“發(fā)電機(jī)”這一術(shù)語(yǔ)是由從事電氣工程的W.西門(mén)子（WernerSiemens）在1867年率先使用的。西門(mén)子還是一位實(shí)業(yè)家，他一生在電氣工程上成就卓著。

法拉第在1831年對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象只是做了定性的表述。1833年，俄國(guó)物理學(xué)家海因里希·楞次（HeinrichLenz）進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了楞次定律，說(shuō)明感生電流的方向。楞次定律的內(nèi)容是：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

楞次定律還可以簡(jiǎn)單地表述為：感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。很明顯，楞次定律是一條典型的作用逆反規(guī)律，凡是學(xué)過(guò)這條定律的人都會(huì)對(duì)它留下深刻的印象，只是，楞次定律仍然停留在定性描述這一步上。這條定律不僅是一條作用逆反規(guī)律，德國(guó)物理學(xué)家亥姆霍茲證明楞次定律實(shí)際上還是電磁現(xiàn)象的能量守恒定律。

楞次出生于愛(ài)沙尼亞，當(dāng)時(shí)這里被并入了沙俄帝國(guó)。在發(fā)現(xiàn)這一定律時(shí)楞次是俄國(guó)圣彼得堡科學(xué)院的通信院士，發(fā)現(xiàn)楞次定律的第二年即1834年成為正式院士。

海因里?！だ愦?/span>

在楞次定律的基礎(chǔ)上，法拉第根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)總結(jié)出了定量化的電磁感應(yīng)定律，線圈中所感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)與穿過(guò)線圈的磁通量的變化率成正比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式可以寫(xiě)成：e(t)=-n(dΦ)/(dt)，它顯示狀態(tài)的變化能夠產(chǎn)生與其變化量成正比的逆反作用。表達(dá)式中的負(fù)號(hào)則顯示了楞次定律所指出的作用的逆反性。這一數(shù)學(xué)表達(dá)式跟作用逆反律的正比表達(dá)式完全相符。

1845年，德國(guó)物理學(xué)家紐曼（F.E.Neumann,1798-1895年）從理論上推導(dǎo)出法拉第電磁感應(yīng)定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

1845年法拉第發(fā)現(xiàn)了磁光效應(yīng)，又稱法拉第效應(yīng)。1846年，他又提出光的本質(zhì)是電力線和磁力線的振動(dòng)，這一看法后來(lái)被麥克斯韋發(fā)展成為光的電磁說(shuō)。

法拉第不是科班出身，特別是在數(shù)學(xué)上沒(méi)有受過(guò)系統(tǒng)的高等教育，他不能用數(shù)學(xué)工具建立起一套電磁學(xué)的理論。但是法拉第通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)所做出的重大發(fā)現(xiàn)以及所提出的電力線、磁力線、電場(chǎng)和磁場(chǎng)概念為后來(lái)的電磁場(chǎng)理論的建立奠定了很好的基礎(chǔ)。接下來(lái)就需要偉大的理論物理學(xué)家麥克斯韋出場(chǎng)了。