法拉第是如何发现电磁感应的?

法拉第出生在英国纽敦一个普通的铁匠家庭。13 ~ 21岁,在书店当了8年学徒。装订书籍和卖书的职业让法拉第有机会接触到很多科学人士。1812年的一天,一位经常来买书的皇家学会会员给了他一张讲座票。在讲座中,法拉第聆听了当时世界著名的化学家大卫的演讲,被科学的力量深深吸引。

很快,法拉第的学徒期结束了,他成了另一家书店的正式装订工。新主人非常欣赏他,答应法拉第将来做书店的继承人。然而,法拉第的野心不在这里。他鼓足勇气,给大卫写了一封信,希望大卫能帮他找到一个可以接触技术的岗位。

大卫热情地接待了法拉第,并劝他重新考虑自己的理想。他幽默地说:“科学就像一个古怪的女人。虽然你对她充满热情,但你得到的回报却是极其微小的!”"

精诚所至,金石为开。1813年,法拉第的愿望终于实现了。他进入皇家学院实验室,为大卫做助理实验员。几个月后,他得到了一个非常难得的学习机会——和大卫一起去欧洲进行学术考察。旅行给法拉第留下了难忘的印象。他在日记中详细记录了大卫在各地讲课和实验记录的内容,以及各国科学家的实验方法和风格。他沿途看到的自然风光和风土人情也引起了他极大的兴趣。法拉第生性乐观,富有同情心,对大自然和生活在底层的劳动人民有着深深的爱。这次旅行坚定了他献身科学、造福人类的信念。

法拉第一回到伦敦,就开始在实验室工作。在两三年的时间里,经过实践锻炼,法拉第具备了出色的实验能力。在大卫的指导下,他走上了独立研究的道路。

1816年,25岁的法拉第首次亮相,在《科学季刊》上发表了他的第一篇化学论文。1818年,法拉第写了一篇关于火焰的学术报告,大胆地指出了著名理论的谬误。在大卫的指导下,他努力学习和工作,最终成为一名有前途的年轻化学家。

1681年夏天,一艘航行在大西洋上的商船遭到雷击。结果船上的三个罗盘全部失灵:两个消磁,另一个指针向后倒。还有一次,意大利一家五金店遭雷击,后来发现部分钢刀被磁化。因为当时对闪电的本质并不清楚,所以没有人能解释这些现象。100多年来,电磁之谜成为许多科学家探索的目标。

1820年,奥斯特宣布了他的发现,当通电的电线放在磁针上方时,磁针会偏转。这一发现立即在整个物理学界引起了轰动。两种现象之间有着如此奇妙的关系,以至于人们认为它们是不相关的。这一发现成为现代电磁学的一大突破,世界各国科学家纷纷转向电磁研究。

法拉第完全明白这一发现具有不可估量的意义。他决心沿着奥斯特打开的缺口进一步探索。在大卫的鼓励下,年轻的化学家们毅然闯入了电磁学这个未知的物理领域。

法拉第决定从实践中探索其中的奥秘。他对收集到的有关电磁现象的资料进行了详细的比较和研究,并用实验逐一重新检验。这个实验很快也很有趣。1821年夏天,他在《哲学年报》上发表了一篇关于电磁学研究进展的论文。在这篇论文中,法拉第将电流对磁针的作用力称为“旋转力”。虽然理论上没有触及本质,但他在实验中巧妙地利用了这种“旋转力”,让一块磁铁绕着电流不断旋转,或者让载流导体绕着磁铁不断旋转。

不久,安培发表了一份研究报告。法拉第与安培不谋而合。

法拉第的第一次成功给了他极大的鼓舞。他更有信心和决心成为电磁学这门全新科学的先驱。根据大量的实验,他确信电和磁是同一事物的两面,就像铜币的图案和文字一样。既然电流能产生磁性,为什么磁性不能产生电流?1821的秋天,法拉第在日记中写下了一个闪光的想法,“电是由磁性产生的!”

这是一次艰难的攀登。为了实现这个目标,法拉第经历了无数次失败,进行了10年的实验研究。

这是一个乏味的实验:

一个线圈用铜线绕在几米长的木棒上,铜线上缠着布带绝缘。然后在第一层线圈外,同样缠绕第二层、第三层、第十二层,每层绝缘。

将第一、第三和第五奇数层串联,然后将第二、第四和第六偶数层串联,从而制成两个紧密结合且彼此绝缘的组合线圈。最后,将一组线圈连接到开关和电池,另一组线圈连接到电流表。打开电源,指针不动;加大电池,加大电流,指针还是不动!

法拉第没有绝望,而是坚持在崎岖的道路上探索。转眼间,10年过去了。

1831这一年是法拉第一生中最难忘的一年。今年秋天似乎特别晴朗。天气已经有些凉意,法拉第仍然穿着那件简单的外套,在实验室里紧张地工作着。他的电学实验进入了最关键的阶段。

此时,法拉第已经将电池组增加到120节电池。这意味着初级线圈的电流比原来增加了120倍。不知道他做实验用的线圈换了多少。

法拉第全神贯注于手术。他小心地合上开关,更多的电流通过线圈,很快电线就变热了。法拉第转过头,盯着检流计。指针似乎是固定的,但它不动。

这是为什么呢?

他查阅了所有的实验记录,反思了设计思路和实验方法,逐一检查了实验仪器,连一根电线都不放过。在检查检流计时,法拉第无意中注意到,每次实验他都是先打开电源,再转向观察检流计。

这可能是问题所在吗?

他立即重新布置实验平台进行检查。这次法拉第特意把检流计放在电源开关旁边,这样他的眼睛就可以在操作过程中一直监视指针。

法拉第专注地盯着检流计,然后用手合上电源开关。刚把线接好,电流表指针就跳了!这个时间太短了,不注意是发现不了的。法拉第在过去的很多实验中都忽略了这个细节,这次终于抓住了这个稍纵即逝的“瞬间”。

法拉第推动并改进了实验仪器。

他把线圈的芯换成了软铁环,效果更明显。在一次线圈电流断开或接通的瞬间,连接在二次线圈上的电流表指针摆动很厉害。

法拉第开始思考。这个实验从表面上看是从一次电流感应出二次电流,换句话说就是从电变成电,好像和磁无关。但另一方面,如果这个发现仅仅意味着“由电变电”,那么还有一个很难解释的问题——为什么次级线圈会在初级电流接通或断开的瞬间产生电流?初级电流的这种突然变化可能与磁性有关吗?

为了找出这个难题,法拉第继续他的实验。几天后,他进一步发现,如果改变初级线圈和次级线圈之间的位置,或者改变初级线圈的电流强度,次级线圈也有感应电流。法拉第突然明白了,一定是初级线圈中的电流产生的磁效应感应出了次级线圈中的电流。为了证实这个判断,法拉第干脆把初级线圈拆了,换成了磁铁。他让磁铁穿过次级线圈环,检流计的指针随着磁铁的运动而摆动。这个谜最终被解开了:是运动的磁力产生了电流。这就是著名的电磁感应现象,揭示了电和磁的辩证关系,为现代电磁学奠定了基础。

再说法拉第发现“动磁发电”现象后,很快就总结出了它的规律:当闭合电路的导体的一部分运动切割磁力线时,导体中就会产生电流。这个定律启发法拉第开发了一种发电机:让导体有规律地切割磁力线,从而产生连续的电流。经过几天的推敲,法拉第在18310年10月28日的日记中画出了发电机的草图(如图):一个固定在转轴上的圆盘放在两个磁极之间,不断旋转。显然,圆盘可以看成是若干个长度等于半径的铜条。旋转磁盘时,每根铜棒都必须切割磁力线。当外电路的两端分别连接到发电机的转轴和圆盘边缘时,外电路和圆盘形成闭合回路,产生电流。

法拉第的想法被实验证实了——圆盘发电机很快就建成了。有一天法拉第在皇家学会表演他的发电机,一位女士冷冷地说:“这东西有什么用?”法拉第机智地回答:“夫人,你不应该问一个新生婴儿会做什么。谁也无法预测宝宝长大后会发生什么?”

电泳

电泳是指在一定条件下,带电粒子在单位电场强度作用下,单位时间内移动的距离(迁移率)是恒定的,这是带电粒子的物理化学特征常数。不同的带电粒子在同一电场中由于电荷不同或荷质比不同而电泳,经过一定时间后,由于移动距离不同而相互分离。分离距离与施加的电场电压和电泳时间成比例。在外加DC电源的作用下,胶体颗粒在分散介质中定向向阴极或阳极运动。用电泳分离物质也叫电泳。胶体有电泳现象,证明胶体的颗粒带电。各种胶粒性质不同,吸收的离子不同,所以带的电荷也不同。