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第16章 电磁学的发展(2)

“我找到突破口了!”伏打看完这个实验报告,欣喜若狂。回到实验室后,伏打马上找到一块薄锡片和一枚新银币,并用一根导线将它们连接起来。果然,他的舌头出现了麻木的感觉。

“这是触电的感觉。”伏打对他的助手说,“导线中肯定有电在流动。”

伏打发现,不但单独使用锡片或银币在口腔里做这个实验时,没有这种感觉,而且将锡片和银片连接后放在清水中做实验时,也没有任何感觉。“这是什么原因呢?”伏打推测可能是口腔中含有稀酸的缘故。

根据这一推测,伏打改用稀酸做兹路扎实验。果然,发现有麻木的感觉。

稀酸实验的成功给伏打很大的信心,他决定生产一种能产生和储存电能的装置。

伏打和他的助手用台钳和剪子加工了一块较大的银片和锌片,并用一根导线将它们连接起来,然后在两块金属片的中间做一个夹层。接着,又用两根导线连接锌片和银片,以作为两极。最后,把这个装置放入装有稀酸的溶液中。伏打用手触摸导线,感到一阵麻木,手发生强烈的痉挛。

“我触电啦!我成功啦!”伏打兴奋无比。

然而,新装置给伏打带来的喜悦是短暂的。不久,这个“宝贝”就没有输出电了。伏打明白,这是储存电能太少的缘故。他决定做一个储存电能多一些的装置。

于是,伏打又提出新的方案。他把几个装有稀酸的杯子排在一起,然后在每个杯子中都装着一块锌片和一块铜片,并将前一个杯子里的铜片和后一杯子里的锌片用导线连接。最后,两端用导线接出。

伏打用手指捏住两端的导线。他不仅感到手指麻木,而且身上也有这种感觉。这说明新的电源装置产生了相当大的电压。

于是,“伏打电堆”作为最早的干电池,传遍世界各地,引起了一场电学的革命。后来,人们把它称为“伏打电池”。

奥斯特发现电流的磁效应奥斯特(1777~1851)奥斯特,丹麦物理学家,出生于兰格朗岛的鲁德乔宾。

1799年他毕业于哥本哈根大学,获哲学博士学位。奥斯特在科学上的主要贡献是发现电流引起的磁效应。根据他自己的叙述,这一发现是在1820年春天的一次演讲中提出,而于同年夏天宣布的。实际上早在1812年在他所发表的《关于化学定律的见解》一文中,就提出了电和磁之间存在联系的问题。磁效应的发现在科学上具有重大意义,促进了电磁学的迅速发展。

奥斯特经过多次失败后,于1822年采用精致的压力计和确保增加的压力作用于水容器内外两侧,首次得到水可压缩性的相当精确的数据。1823年,根据对温差电偶接头的研究结果,得出结论,这种接头在比伏打电池低得多的电位差下,能产生较高的电流。他还对库仑的扭秤做了某些重要改进。

奥斯特的主要著作有《关于电效应的实验》等。

安培与电动力学安培(1775~1836)安培,法国物理学家,出生于里昂。

安培从小具有惊人的记忆力,尤其在数学方面有非凡的天赋。他13岁就能理解有关圆锥曲线的原理,是一位主要靠自学取得成就的科学家。青年时他生活贫苦,靠为私人补习数学来维持生活。1805年他定居巴黎,担任法兰西学院的物理教授。安培的兴趣是多方面的,他不但钻研数学,而且对物理学、化学等都感兴趣,同时还花大量时间研究心理学、伦理学。1820年,奥斯特提示电流对磁针作用的现象,引起了物理学家们的重视。安培也立即投入这方面的研究,不久就发表了关于通电导线之间相互作用的论文,引起当时科学界的重视。安培通过实验总结,得出了表示通电导线在磁场中受力情况的公式,称为安培公式;提出了表示电流和它所引起的磁场之间方向关系的定则,称为安培定则;发现环路定律,即在磁场中通过任何闭合线磁场强度的环流,正比于闭合线所围电流的代数和,称为安培环路定律,简称安培定律;创立了分子电流学说,即分子或原子中由电子运动而形成电流,物质的磁性可用分子电流来说明。

安培在电磁学中发现一些重要原理,为电动力学奠定初步基础。后人把电流强度单位定为“安培”,简称“安”,以纪念他的功绩。

安培的主要著作有《电动力观察文集》、《电动力现象原理概论》等。

法拉第与现代电工学法拉第(1791~1867)法拉第,英国物理学家、化学家,出身于伦敦一个铁匠家庭。

由于家境贫苦,他12岁上街卖报,13岁到一家图书装订店当学徒,利用业余时间刻苦学习,把前人有关电气方面的论述都搜集起来以进行系统研究。

1812年,法拉第成为科学家戴维在皇家学会实验室的助手,随同戴维先后到法国、意大利、德国和比利时访问、讲学,得到了一次很好的锻炼。

1820年,奥斯特关于金属线通电使附近磁针转动的发现,引起法拉第深思,既然电流能产生磁,那么磁能否产生电呢?为了弄清电磁关系,经过反复的研究和实验,终于在1831年发现了磁感应生电的现象,从而确定了电磁感应的基本定律,成为现代电工学的基础。利用这一现象,他创造了电磁学史上的第一台感应发电机,成为今天各种复杂电机的始祖。1837年他引入电场和磁场的概念,取得许多重要成果,如发现磁致旋光效应(称为法拉第效应)等。1852年他又引入电力线和磁力线的概念,解决了金属线与磁铁的相对运动是产生感应电流的必要条件的问题。1833~1834年他由实验得出电解定律,称为法拉第电解定律,这是电荷不连续性最早的有力证据(但当时还没有得出这一结论)。

法拉第发表过关于能量转换方面的论文,指出能的统一性和多样性,反对超距作用,认为作用的传递都必须经过某种物质媒介,用实验证明电介质在静电现象中对作用力的影响。

法拉第在化学方面也有很大贡献。特别是发现了苯,对有机化学的产生和发展起了较大作用。科学的威力

有一次,法拉第和老师戴维到公爵府中做客,戴维尽管口若悬河,还是无法使公爵相信金刚石是由纯碳构成的。公爵从手指上取下一板钻石戒指,递给戴维说:“您说这颗美丽的钻石是纯碳构成的。请您把它烧掉吧!那时我才会相信您的话。”

“法拉第!”戴维向恭敬地站在椅子旁的法拉第招呼道,“拿一个高倍数的放大镜来,准备好焙烧用具,让我们来说服公爵大人。”

没过多久,一切都已安排停当。法拉第准备器具和往常一样迅速、准确。他把钻石放进小箱里,用炽热的火焰加热,再把这颗光彩夺目的钻石放在一束用透镜聚焦的强烈阳光下。戒指很快熔化,但钻石却原封未动。公爵扬扬得意地观察着所发生的一切。可是,这种情况并没有持续多久,温度升得很高后,眼看钻石逐渐缩小,最后完全不见。公爵大吃一惊:“怪事!我的金刚石居然蒸发掉了!”他喃喃自语道。

“不是蒸发掉了,而是燃烧掉了。”戴维纠正道。

发电机之“祖”

法拉第创造出世界上第一台感应发电机。这一年的除夕,他满面春风地向他的亲朋好友表演这个新发明。

这是一台别致的装置,将一个中心有轴的圆形铜盘固定在支架上,铜盘取垂直方向,并且伸进一块水平固定的马蹄形磁铁两极间。铜盘的中轴连接一根导线,铜盘边缘同另一根导线保持接触,两根导线同一只电流计相连。在烛光的映照下,铜盘更显得光泽夺目。客人们围在四周,兴趣盎然地观看着。

法拉第大声宣布:“开始!”只见他转动摇柄,铜盘在两个磁极间不停地旋转起来。由于铜盘的各部分都切割了磁力线,电流针的指针逐渐偏离零位,微微颤动地指示出电流的读数,铜盘转动越快,电流的读数则越大。

客人们都赞不绝口。只有一位好挑剔的贵妇人不以为然,她取笑地问法拉第:“先生,你发明的这玩意儿有什么用呢?”

法拉第回答道:“夫人,新生的婴儿又有什么用呢?”

人群中顿时爆发出一阵喝彩声。

这台小发电机在今天看来,确实像一个简单的玩具,事实上,法拉第也没有把它付诸实用,然而它却是现在所有发电机的“老祖宗”。这个发明在近代科学史上的意义是深远的,人类从此打开了电能宝库的大门。

不平凡的“勤杂工”

法拉第晚年,国家准备授予他爵位,但他不肯接受。退休以后,他仍然念念不忘实验室,经常去那里干一些力所能及的杂事。

有一个年轻人被皇家造币厂派到皇家学会实验室做实验,他看到一位穿着破旧衣服的老人正在扫地,就很随便地打招呼说:“看来你在这儿工作很多年了吧?”

“是的,有年头了。”老人头也不抬地回答说。

“你是看门的杂工?”

“对,是杂工。”

“干这活儿挺辛苦,我想他们给你的工钱一定不少吧?”年轻人猜测地问。

“嘿嘿!”老人风趣地笑着说,“再多一点我也用得着啊!”

“那么,老头儿,你叫什么名字?”年轻人很没有礼貌地问。

“迈克尔·法拉第。”老人瞟了他一眼,语气非常平静地说。

“啊!”久闻法拉第大名的年轻人惊叹地说,“原来您就是伟大的法拉第教授!”

“不,”法拉第纠正说,“我是平凡的迈克尔·法拉第。”