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法拉第:敲开电气时代大门的穷小子

2022-09-24重枣

科普童话·学霸日记 2022年4期
关键词:法拉第电磁学戴维

重枣

1791年9月22日,迈克尔·法拉第出生在英国萨里郡纽因顿镇的一个穷铁匠家中。法拉第从小就饱受贫穷和苦难的折磨,然而,现实生活的百般阻挠并没有毁灭掉他对科学的无限热爱。许多年后,他作出了电力学的关键性突破,永远改变了人类文明。

爱读书的穷小子

法拉第的家庭非常贫困,全家的生计都依靠父亲打铁维持。但仅仅几年后,法拉第的父亲积劳成疾,不幸病倒。无奈之下,全家人只好靠领取救济度日,仅仅读了两年小学的法拉第被迫休学。1804年,13岁的法拉第为了生计,来到布兰福德街的一家书店,成为一名书店学徒,学习装订手艺。

年轻的法拉第求知若渴,工作之余,法拉第主动阅读了书店里大量的书籍。其中,既包括《哈姆雷特》《李尔王》这样的莎士比亚经典文学,也包括《大英百科全书》《化学漫谈》这样的科学名著。他一直梦想着有一天,可以亲身实践书里记录的实验过程。

永不放弃的执拗

1810年,法拉第开始在哥哥的资助下参加一些学者的演讲。演讲内容让法拉第学习了物理、化学、天文、地质等方面的基础知识,也为后来的研究工作打下了良好的基础。

1812年2月,21岁的法拉第参加了戴维教授的讲座。被精彩的讲座内容所震撼的他,立刻写信给当时的英国皇家学会会长约瑟福·班克斯爵士,希望能获得一份皇家学会的工作,哪怕在实验室里洗瓶子也行。然而,心神不宁的法拉第等了整整一个星期,却没有任何回复。

执拗的法拉第并没有放弃。他鼓起勇气写了第二封信,直接寄送给汉弗莱·戴维,并附上了自己精心整理和装订的《汉·戴维爵士演讲录》。

收到书信的汉弗莱·戴维深感震惊——他没有料到,自己总共才4个多小时的演讲,法拉第竟然记下了386页的笔记!所有内容一字不落,没细讲的也都被补充完整。当天晚上,汉弗莱·戴维就给法拉第回信,毫不吝啬地表达了自己的钦佩之情——“先生,我愿是你的顺从、谦恭的仆人,我很乐意为你效劳,我希望这是我力所能及的事。”作为一名社会公认的大学者,汉弗莱·戴维能对一个无名小学徒如此尊敬,简直无法想象。

对法拉第来说,科学研究的生涯正式开始了。

敲开电磁学的大门

1813年3月,22岁的法拉第终于进入皇家学院。名义上,法拉第是戴维的助理实验员,实际上却是仆人一样的助手,包括擦皮鞋、刷大衣什么都干。但是没关系,只要能在实验室待着,法拉第就心满意足。1815年,法拉第已经被允许进行一些独立的研究工作。当然,受戴维老师的影响,他主攻的方向还是化学。

1820年,一件改变法拉第以及整个人类命运的事件发生了。丹麦物理学家汉斯·克海斯提安·奥斯特偶然发现,当他让导线通电时,旁边的小磁针会发生偏转。随后,奥斯特针对这一现象进行了三个月的反复实验,最后通过名为《论磁针的电流撞击实验》的论文,正式向学术界宣告发现了电流的磁效应。

这一发现轰动了整个物理学界。大量的物理学家开始参与到电磁学的研究中,比较著名的就有以其名字为电流单位命名的物理学家安培。同样被吸引的,也包括汉弗莱·戴维。

1821年,英国《哲学年鉴》的主编邀请戴维撰写一篇文章,评述奥斯特之后的电磁学实验理论的发展概况,戴维把这一工作交给了法拉第。法拉第在收集资料的过程中,对电磁现象产生了极大的热情,并开始转向电磁学的研究。

人类第一台发电机

法拉第认真地分析了奥斯特的实验,经过反复试验和思考,很快就取得了一些研究成果。然而,让法拉第没想到的是,自己正要展开更深入的研究时,恩师戴维却跑出来阻止。

也许是法拉第的成就超过了戴维,让他内心深处无法接受这样的现实,戴维一改往日对法拉第的关爱,还干预起法拉第的电磁学研究。因为性格和研究理念不和,法拉第和戴维多有冲突。戴维还故意指派法拉第去研究一个和电、磁都无关的新项目——光学玻璃的制法。

直到1829年,戴维去世,法拉第才终于停止了光学玻璃的实验,回归电磁学研究。

重回电磁学领域,法拉第可谓如鱼得水。回归第二年,他就发现了磁生电的关键在于相对运动。1831年,法拉第发现,一个通电线圈的磁力虽然不能在另一个线圈中引起电流,但是当通电线圈的电流刚接通或中断的时候,另一个线圈中的电流计指针有微小偏转。

经过反复实验,法拉第证实了当磁作用力发生变化时,另一个线圈中就有电流产生。他又设计了各种各样的实验,比如两个线圈发生相对运动,磁作用力的变化同样也能产生电流。就这样,法拉第提出了电磁感应定律。

同年10月28日,基于自己的理论研究,法拉第发明了划时代的圆盘发电机。这是人类第一次发明发电机。

科学有多“简单”

此后的法拉第,进入了科学研究成果的高产期。

小猜想:假如法拉第没有发现电磁感应原理,那么……

1.发电,得换个别的方法吧!没错,小到汽车应用,大到三峡发电站……各种发电机都是电磁感应原理最基本的应用。

2.特斯拉不用跟爱迪生打架了。交流电力变压器同样是以电→磁→电的过程实现的。

3.想与远方的亲人联系,写信吧。各种无线电信号设备,也是电磁感应的一种形式。

4.跟一切电器说拜拜。电磁炉、微波炉、手机、抽油烟机……随处可见的设备也是应用了电磁感应的原理。

与命运斗争的一生

尽管法拉第取得了举世瞩目的成就,但他一直为一个数学公式耿耿于怀。因为小时候没受过正统教育,所以法拉第的数学能力远远没有实验能力那么强,导致他无法给出电磁理论精确的数学方程。直到1865年,另一位伟大的科学家麦克斯韦接过他的衣钵,用完美的数学公式证明了他电磁理论的猜想,才算弥补了法拉第的遗憾。

1867年,迈克尔·法拉第与世长辞,享年76岁。

纵观法拉第的一生,他都在和自己的坎坷命运做斗争。年轻时,他凭借个人的努力,实现了命运的逆袭,成功投入科学事业;中年时,面对恩师的打压,他忍辱负重,不怨不艾;取得成就之后,法拉第并没有沉迷于名利,他始终牢记父亲的教诲,保持谦虚和低调,做一个正直的学者。

这就是迈克尔·法拉第,以一己之力将人类带入电气时代的伟大科学家!

在書店工作期间,法拉第连续参加了塔特姆十几次关于自然哲学的通俗演讲。每次演讲结束后,法拉第都会重新誊抄笔记,并画下仪器设备图。这份勤奋也为后来结交科学家汉弗莱·戴维教授埋下伏笔。

戴维去世后,法拉第并没有怀恨在心,他摒弃恩怨,拿出了本就不多的积蓄给提携自己的恩师修建了陵墓和纪念馆。

法拉第之所以走上科学道路,起因就在于少年时听到了科学家们的演讲,在他有能力之后他当然要回馈社会,在担任皇家研究所实验室主任后,他就发起了星期五晚间讨论会和圣诞节少年科学讲座,并坚持了19年之久。

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