1791年9月22日是科学史上重要的一天这一天,对未来科学发展影响最大的重要人物迈克尔·法拉第来到了这个世界
迈克尔·法拉第
法拉第出生在英国萨里郡纽因顿的一个铁匠家庭因为家境贫寒,他小学只上了两年就辍学,当了一名报童没有受过正规教育的法拉第最终成为了一名伟大的物理学家和化学家,是19世纪科学史上最有影响力的人物之一
法拉第在世界上保留了一本日记,这是一份了不起的科学文献在日记中,他用工整的字迹记录了自己从1820年到1862年的实验室工作,他的思想和机遇,梦想和困惑,犹豫和苦恼,成功和激动都跃然于泛黄的书页上
1932年,英国皇家学会出版了这本7卷3263页的日记,配有上千幅插图,反映了法拉第的科学生活和他的成就。
在物理学上,法拉第最早揭示了电的本质,最早提出了静电,电源,电解,磁性等一些基本概念他打破了当时电有闪电,摩擦电,伏打电,电磁感应电,动物电五种不同形态的误解他认为电的本质是统一的,只是量和强度不同,或者说机制和现象不同
他用铁屑引入了磁力线的概念,并用它来解释磁铁,磁铁与载流线圈,或载流线圈之间的磁力,并明确指出这种相互作用是由于周围存在场物质场的高明思想是对物质间相互作用认识的质的飞跃,对麦克斯韦建立电磁场理论产生了重要影响,引发了电磁学研究的跨世纪发展
在研究物质的磁性时,他发现了抗磁性材料,他还研究了磁场对光的偏振态的影响,发现了磁旋转现象,揭示了光与电磁的关系,为理解光的电磁波特性奠定了重要基础最值得注意的是,法拉第揭示了电与磁的对应关系,建立了电磁感应定律,其在电磁学中的地位可以与牛顿第二定律在力学中的地位相媲美
作为化学家,他发现了苯,完成了合金钢和重玻璃的开发,开创了金相分析方法,氯的笼形水合物是一种特殊的高潜热物质,已成为制冷设备的重要传热介质他建立了通过取代反应制备六氯乙烷和四氯乙烯的方法他发明了氯化氢,硫化氢,二氧化硫和氢气低温加压液化法更重要的是,在解释电流的本质时,他研究了电流对酸,碱,盐溶液的作用,并由此建立了两个电解定律,不仅开创了电化学的新学科领域,也为电的粒子性质研究奠定了基础两部法律都是以他的名字命名的
法拉第化学实验室
当时由于英国的等级制度和法拉第的老师亨利·大卫的偏见,他的成果长期被忽视,直到1824年才终于引起科学界的注意今年1月,法拉第当选为英国皇家学会会员1825年,他接替大卫成为皇家学会研究所的实验室主任,1833年,他成为第一个被任命为英国皇家学院富勒化学教授的平民,富勒化学教授是英国最有影响力的终身化学教授
出身平民,没有受过系统的教育,他是如何步入学术巅峰的。
为了克服自己没受过教育的弱点,法拉第唯一的办法就是不放过一切可以抓住的机会,顽强地学习13岁在书店做装订工的时候,他把堆积如山的书当成了自己的图书馆,在《大英百科全书》和《化学漫谈》中找到了指路明灯他参加了当时的青年科学组织——伦敦哲学学会,并把它当作自己的社会大学,从中学习了物理,化学,天文,地质,气象等基础知识在听著名化学家大卫的系列讲座时,他一丝不苟地整理自己的讲稿,装订成300多页的《亨利·大卫爵士讲座集》在大卫作为实验助理的两年漫长旅途中,他的公开身份和待遇都是仆人虽然这让他内心很痛苦,但是贫穷的出身和挣扎的经历让他学会了忍耐,等待,冷静他心中的一股驱动力让他毫不在乎结果旅行中间接学到的东西比他一般学到的还要多著名学者之间的交流让他大开眼界,启发了很多新的想法,增加了阅历,顺便学习了法语和意大利语
化学家大卫
法拉第在物理学上最大的贡献是建立了电和磁的关系,为麦克斯韦的电磁理论奠定了基础如果说麦克斯韦的理论是一座建筑,法拉第为这座建筑奠定了基础,其中最重要的就是他创立的电磁感应定律
1820年,奥斯特发现了电的磁现象,成为物理学史上轰动一时的事件这件事促使人们思考一个问题既然电能产生磁性,那么磁性能发电吗人们希望找到电流磁效应的逆效应这件事也引起了法拉第的兴趣他坚信电和磁之间一定有对应关系,磁起电的这种逆效应一定存在
1831年,他开始解开这个谜他把检流计放在一个房间,线圈和磁铁放在另一个房间,通过一个小窗口把线圈和检流计连接起来
做实验时,他先把磁铁插入线圈,然后去另一个房间看检流计指针没有摆动,表示没有电流,他把磁铁从线圈中抽出来,看了看检流计,但指针还是没有摆动磁铁对线圈没有影响吗无奈之下,他把线圈连同里面的磁铁一起带回了实验室在他拔出磁铁的一瞬间,检流计的指针突然摆动起来他又把磁铁放进线圈,指针又摆动了他恍然大悟,磁生电就是磁铁插入或拉出线圈时的瞬变电流
然后,他做了另一组实验他缠绕了一个粗线圈和一个细线圈,细线圈接电源,粗线圈接检流计,如下图
这个实验的意图很明显连接到电源的线圈是一个电磁铁如果另一个线圈有感应电流,检流计的指针肯定会偏转果然,在细线圈插入或拔出的瞬间,检流计指针偏转,然后他把细线圈放进粗线圈,当细线圈打开或关闭时,检流计指针偏转就这样,法拉第按照自己预设的计划,连续做了几十次实验,终于发现了磁能发电定律,也就是电磁感应定律
1831年10月,法拉第终于成功完成了电磁感应实验,他在皇家学会做了公开演示这一现象揭示了电场与磁场的关系,并被麦克斯韦进一步发展为电磁场的理论方程
出名的法拉第不同于其他著名的科学家自己的经历让他更加意识到学习在普通人心中的紧迫性,也让他更加注重向大众普及科学,尤其是让年轻人热爱和了解科学知识在他的建议下,英国皇家学会设立了星期五讲座从1826年到1862年退休,他做了100多次讲座
法拉第在1856年发表圣诞演讲。
此外,他还为皇家学会举办的年度圣诞讲座发表了演讲他的演讲附有实验演示,通俗易懂,引人入胜后人根据他的讲座,把它们编成了一本书,《蜡烛的故事》这本书被翻译成多种语言,成为科普书籍中的典范
法拉第告诉他的朋友们,科学工作应该像火炬一样,从一开始就发出光芒,并保持不懈的光辉因此,皇家学会的这一传统流传至今,始终保持着不懈的辉煌
法拉第明白他的名声和地位,皇家学术委员会聘请他为学会主席他再三婉拒他的回答是,我只是一个普通人如果我接受皇家学会给我的荣誉,我不能保证我的诚实和正直,哪怕是一年
出于同样的原因,他也谢绝了皇家学院院长的职位当英国王室决定授予他爵士头衔时,他说:法拉第生来就是平民,不想成为贵族很多人不理解这一点,但是法拉第的好朋友廷代尔给出了很好的解释在他眼里,与布莱顿高原上的雷雨相比,宫殿的壮丽算什么与夕阳相比,皇家装饰算什么在他心目中,‘雷雨’和‘夕阳’能唤起一种狂喜,在他心目中,那些世俗的奢侈品当然不值钱他接着说,一方面你可以不费吹灰之力得到15万英镑的财产,另一方面你可以得到无偿的研究,但他选择了第二种,结果他一贫如洗这是铁匠的儿子和装订学徒的庄严选择
日前,法拉第去世根据他的遗愿,墓碑上只刻了他的名字和出生日期
伦敦萨伏伊公墓的法拉第雕像
后人选择法拉作为电容单元,是为了纪念现实世界中为世界点燃火种的物理学大师普罗米修斯。
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