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电磁感应产生电流

工业革命的迅速展开促使人类社会的发展进入快车道,在机械、能源等工业蓬勃发展之时,人们也在寻找一种利用效率更高、更清洁的动力,电理所当然地成为人们的首选,于是电气领域内的革命悄悄地展开了。

先是1820年丹麦的奥斯特发现通电的金属可以产生磁的效应,接着法国人毕奥和萨伐尔发现了毕奥-萨伐尔定律,然后就有德国物理学家欧姆在1825年发现导体具有电阻,并在此基础上提出了欧姆定律,揭示了导线中电流和电位差的正比关系。这些重大的发现为电和磁之间的互相转化铺平了理论基础,法拉第则在实践上解决了电和磁是怎样实现转化的这一难题,为电能的实际应用打开了通道。

法拉第,1791年9月22日出生于英国的一个铁匠家庭,像与他同时代的许多发明家、科学家一样,只接受过几年的小学教育。法拉第从13~20岁做了7年的装订工人,但他一直热心于科学研究。后来,在别人的介绍下投到著名物理学家戴维的门下,做一名助手。很快,法拉第得到了施展自己才华的机会。

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电与磁

1820年,汉斯·克里斯蒂安·奥斯特意外发现,当一根磁针被带到电流场附近的时候,它竟然转向与电流形成直角的方向。然而,他只是注意到这个现象,并没有对其进行进一步解释。

受到奥斯特电可以产生磁的启发,法拉第从1822年就着手研究把磁转化为电的问题。他先设计了如下实验装置,装置的两端中间以导线连接,并设置一个开关,左端为电源(伏打电池),右端为电流指示器,然后进行实验:接通电源(合上开关),电流指示器指针明显偏转,但很快又恢复到原位。断掉开关,切断电源,指针也同样发生偏转,既而复原。实验表明,在“开”、“关”的时点,指针各发生一次偏转,但都不能保持。法拉第进而用永久性磁铁加以验证。

1821年10月17日,他完成了一个具有决定意义的实验:取一半径约为11.4厘米、长约为244厘米的圆纸筒,在上面绕8匝铜线圈,再接到安培计上。然后将一条形磁铁以线筒一端放入,发现安培计指针偏转,又将磁铁从另一端抽出,指针再次偏转,只是方向相反。这便是发电机的基本原理,今天各种复杂的发电机都是根据这个原理设计制造的。

在总结实验的基础上,法拉第进行了深入的理论分析:他运用笛卡尔的磁力线概念对所谓的“电磁感应”进行解释——感应电流的产生是由导体切割磁力线所致,电流的方向则取决于磁力线被切割的方向。为了便于现实中的操作,法拉第还以左、右手拇指与其他四指的位置特点为依据制定了左手法则和右手法则,至今我们仍在使用。

这样,法拉第进一步完善了电磁理论。1838年,法拉第又解释了从负电荷或正电荷发出的电力线的感应特点。

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法拉第的实验室

法拉第并不满足于已有的贡献,而是进一步将研究领域扩展到电解的规律。在这一过程中他发现了两个重要的比例关系:由相同电量产生的不同电解产物间有当量关系,电解产物的数量与所耗电量成正比。这两个规律后来被称为法拉第电解定律,在电学工业领域获得广泛应用。

《电学实验研究》

《电学实验研究》是法拉第在电学领域的集大成之作,介绍了法拉第在电学领域的众多实验,总数在1万以上,涉及电、磁、光等方面。

法拉第在该书的第一卷就阐明了各种电的同一性,他认为无论是摩擦电、动物电、磁感应电、温差电还是伏打电,性质都一样。在以后的三卷中,法拉第向人们介绍了物质在电场中的特性,测定了物质的介电常数,提出了一些新的概念如电力线、磁力线、电磁场等,并且记录了电荷守恒定律的证明过程。

《电学实验研究》中的许多内容都具有首创意义,对后人研究物理学有重要的参考价值和借鉴意义。

法拉第发现电磁感应定律和电解定律之后,一时名扬四海,但他仍然孜孜以求,在物理学领域默默耕耘。他澄清了各种关于电的说法,发现贮存电的方法,继而发现法拉第效应。

同时,法拉第试图通过实验发现重力和电之间的关系,寻找磁场对光源所发射的光谱线的影响,寻找电对光的作用等,但由于当时的实验条件有限,他的这些实验都没有成功,但他的思想和观点是正确的。

法拉第发现的电磁感应原理,连同其他贡献共同构成了发电机、电动机发明的基础,使人类从蒸汽时代疾步跨入了电气时代,由于他在电磁学方面做出了伟大贡献,被称为“电学之父”和“交流电之父”。1867年,法拉第离开人世,享年76岁。亲人们按照他的遗嘱举行了简单的葬礼,他墓碑上只刻了三行字:迈克尔·法拉第/生于1791年9月22日/死于1867年8月25日。

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电磁产生电流原理

闭合线圈切割磁力线时就可以产生电流。