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物理学家法拉第:电磁学贡献大 化学成就高 实验家典范

2026-03-19 21:59:07信息公告0

物理学家法拉第Vzc物理好资源网(原物理ok网)

生于1791年9月22日,卒于1867年8月25日的英国物理学家迈克尔·法拉第,在电磁学以及电化学等领域作出数量众多意义重大的贡献,这些贡献里较主要的是电磁感应、抗磁性以及电解。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

法拉第,由约翰·瓦特金所作,现存于大英图书馆Vzc物理好资源网(原物理ok网)

即便法拉第未曾获得充足的正式教育,然而却成了历史上极具影响力的科学家其中之一。事实上,他常常被视作科学史上最为出色的实验家。他细致入微地研究着在载流导线周围的磁场,进而想出了磁场线这个点子,所以建立起了电磁场的概念。法拉第观察到磁场会对光线的传播产生影响,并且他找出了两者之间的关联。他发现了电磁感应的原理、抗磁性以及法拉第电解定律。他发明了一种电磁旋转机器,而这便是现如今电动机的雏形。依靠法拉第的奋力付出,电磁现象在具备实际功用的科技进步当中开始得以呈现出来 ,法拉第于化学领域同样有着不小的成就,他寻找到了苯,对氯晶笼化合物展开研究,创造出了本生灯的早期样式以及氧化数,并且还对阳极、阴极、电极以及离子等术语进行了推广 ,他最终成为了首位且最为关键的大英皇家科学研究所的富勒化学教授。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

法拉第身为优秀的实验家,得以用清晰且简易的语言来传达思想,然而其数学能力仅止步于最简单等级的代数,像三角学这类其他更高阶的数学则并不熟悉。詹姆斯·麦克斯韦将法拉第以及其他学者的研究予以综合,进而写下了麦克斯韦方程,使之成为现代电磁理论的基石。为纪念法拉第,在国际单位制当中,电容的单位被设定为法拉。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

生平Vzc物理好资源网(原物理ok网)

迈克尔·法拉第肖像画,由 所作 c1841-1842Vzc物理好资源网(原物理ok网)

法拉第降临于英国伦敦纽因顿地区,此地靠近如今的大象堡。法拉第家的经济情形欠佳,他的父亲詹姆士乃是一名铁匠且是基督教桑地马尼安教派的一分子,于1780年代自英格兰西北部奔赴伦敦。鉴于家境困苦,所以他唯有依靠自学来获取知识。14岁之际,他成为书本装订商兼销售人乔治·雷伯的书店里不拿薪水的跑腿佣工。那时的报纸需由众多人轮流租阅,故而法拉第的工作便是负责收送报纸供客人阅览。1805年那个时候,因为老板雷伯特别赏识他的工作态度,所以就把法拉第提升成了学徒,而且还不收取学费,这对家境贫寒的法拉第来讲,是一件相当幸运的事情。在长达7年的学徒生涯时期,他阅读了数目众多的书籍,像以撒华滋所著的“悟性的提升”,书中提出来的关于学习的原则以及建议,法拉第始终持之以恒遵照执行。除此之外,他还从珍·玛西女士撰写的“化学闲聊”该书里获得了诸多启发。基于这些众多的阅读情况之下,法拉第逐渐确立起了对科学的兴趣,而在这当中,又尤以电学方面最为突出。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

1812年,法拉第时龄二十岁,门生生涯步入尾声,他开始旁听演讲,这些演讲由赫赫有名的皇家研究机构一员、英国皇家学会会长汉弗里·戴维爵士,以及市立哲学协会创始者约翰·塔特姆开设。参加演讲的门票大多由威廉·谭斯给予法拉第,威廉·谭斯是皇家爱乐协会创办人之一。之后有一次,法拉第把自己细心抄录,旁征博引进行了三百页的演讲笔记拿给戴维看,戴维立刻给予他相当友善且正面的答复。也就因为这样,在一场三氯化氮的实验当中,戴维遭遇了意外情况,致使其视力受到损害,之后,他便聘请了法拉第来担任自己的秘书。当皇家研究院里有一位助手约翰·培恩离去之后,他们就请求戴维去寻觅替代的人员。在1813年3月1日的时候,戴维举荐法拉第成为一名化学助理。鉴于法拉第在印书店的新雇主亨利·德拉罗许性格脾气暴躁,所以他果断地辞去了那份旧工作。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

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此漫画和法拉第在1855年7月7日发表的投书相呼应,法拉第做了用白卡片进行实验的举动,出现了白纸迅速下沉而看不见的结果,该结果说明了伦敦泰晤士河污染的严重程度。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

在那时阶级划分明确的英国社会里头,出身低贱的法拉第不被视作一名绅士。1813年5月,戴维开展一场漫长的欧洲之行,因他的侍从不愿跟随,法拉第本以助手身份前去,却被要求同时充当戴维的仆人,直至在巴黎寻得替代者才作罢。戴维最终没找到替代之人,法拉第于是在整个旅程都被迫兼任仆人与助手。珍·亚普莉丝,戴维的妻子,她不愿平等对待法拉第,旅行之际要法拉第坐在马车之外,吃饭之时让他与佣人一同,于是法拉第处境外于愈发凄惨之状,以至于他开始思量独自返回英国并放弃科学研究。然而,此次旅行,使他得以接触众多欧洲科学菁英,催生诸多想法。此逆境终究未阻碍法拉第于科学上的贡献。旅行过后不久,法拉第的成就便超越了戴维。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

他的赞助者,同时也是顾问的约翰·富勒,在皇家研究院创立了一个职位,这个职位是富勒化学教授,法拉第获选为第一任担任该职位的人。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

他在1824年,被选作皇家学会院士,在1825年,被指认是实验室主持人,于1833年,被选为皇家研究院终身职位,任职却无需讲课。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

法拉第身为一名有着极高虔诚度的教徒,是桑地马尼安教派(苏格兰国教会的一个分支)的信众,还曾在该教派中担任过两任长老。这个教派是由苏格兰长老会牧师格拉斯(John Glas)于1730年创建的,此教派要求做到完全的信奉以及承诺。传记学家曾觉得“一种神与自然融合为一体的感觉贯穿于法拉第的生活与工作之中”。法拉第于1821年迎娶了沙拉·巴娜德为妻,然而却没有子女。他们是因为参与桑地马尼安教会才相识的。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

虽然法拉第所接受的正式教育极少,这致使他在高等数学知识方面(像微积分这类)相对匮乏,然而不可否定,法拉第乃是历史上极具影响力的科学家之一。某些史学家觉得他是科学史上最为出色的实验主义者。其科学知识大概主要是在充当另一科学家戴维的助手期间所学到的,所以尽管法拉第未曾接受过高等教育,却依旧能够将汉弗里·戴维看作是法拉第的指导教授。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

科学成就Vzc物理好资源网(原物理ok网)

电学Vzc物理好资源网(原物理ok网)

在电学领域,他所做出的贡献是最突出显著的。在纪录里,法拉第最早开展的实验,是用七半片便士、七片锌片以及六片浸过盐水的湿纸片制作成伏打电池。而后,他运用这个电池去分解硫酸镁。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

1821年 在丹麦化学家汉斯·奥斯特发现电磁现象之后 戴维和威廉·海德·渥拉斯顿尝试去设计一部电动机 然而却没有成功 法拉第在跟他们讨论过此问题以后 继续投入工作 并建造了两个装置 用以产生他所称作的“电磁转动”的现象 也就是由线圈外环状磁场导致的连续旋转运动 他把导线连接上化学电池 让其能够导电 接着将导线放置到内有磁铁的汞池当中 于是导线就会绕着磁铁旋转 这个装置如今被称作单极电动机 这些实验以及发明成为了现代电磁科技的基石。然而,就在这个时候,法拉第做出了一件并不明智的行为,在既没有告知戴维,又没有通知渥拉斯顿的情形下,私自发表了此项研究的成果。这样的举动引来了许多存在分歧的议论,并且也迫使他离开了电磁学的研究领域长达数年之久。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

在这个阶段之中,存在一些证据表明,戴维有可能是故意去阻碍法拉第在科学界的发展进程。比如说,在1825年的时候,戴维安排法拉第去开展光学玻璃方面的实验,这个实验持续了六年之久,然而却并没有取得明显且显著的进展。一直到1829年,戴维离世之后,法拉第才终止了这个毫无意义的工作,进而开始了其他具有意义有价值的实验。在1831年,他展开了一连串重大且关键的实验,并且成功发现了电磁感应现象,尽管在稍早之前福朗席斯科·札德启的工作或许已经初步预示了这个结果,但是此发现依旧能够被称作是法拉第最为伟大的贡献之一。这个重要发现源于,他把两条各自独立的电线环绕在一个大铁环上,大铁环固定在椅子上,当在其中一条导线通上电流时,另外一条导线居然也产生了电流,于是他开展了另外一项实验,还发现若让一块磁铁移动通过导线线圈,那么线圈中就会有电流产生,同样的现象在移动线圈通过静止的磁铁上方时也会发生。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

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他所进行的展示,朝着世人构建起了“磁场的改变会产生电场”这样的观念。此一关系,凭借法拉第电磁感应定律,构建起了数学模型 ,并且成为了四条麦克斯韦方程组当中的一个。而这个方程组,之后又被归纳入到了场论之中。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

法拉第依据此定理,发明了早期的发电机,这便是现代发电机的开端,是现代发电机的鼻祖,是现代发电机的先驱。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

当年,在1839年,他成功完成了一连串的实验,这些实验带领人类去了解电的本质。法拉第运用“静电”、电池以及“生物生电”,已产生了静电相吸、电解、磁力等现象。他基于这些实验,做出了与当时主流想法相悖的结论,这个结论是物理学家法拉第,虽然电的来源不同,但是产生出的电都是一样的,另外,如果改变大小及密度,也就是电压及电荷,那么则可产生不同的现象。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

在他生涯步入晚年之际,他提出电磁力不但存在于导体之中,而且还延伸至导体附近的空间里。此想法遭到他同侪的排斥,法拉第最终也没能活着见到这个想法被世人接纳。法拉第还提出电磁线的概念:这些流线从带电体或者磁铁的其中一极放射而出,射向另一电性的带电体或是磁性异极的物体。这个概念助力世人能将抽象的电磁场具象化,对电力机械装置在十九世纪的发展有着重大影响。而这些装置在之后的十九世纪主宰了整个工程与工业界。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

1845年,他发现了一种现象,这种现象被他命名为抗磁性,现在被称之为法拉第效应,即一个线性偏振的光线,在经过一物体介质时,若外加一磁场,且该磁场与光线的前进方向对齐,那么此磁场会使光线在空间中划出的平面转向,他在笔记本中写下:“我终于在‘阐释一条磁力曲线’,或者说‘力线’,及‘磁化光线’中取得成功。”。这个实验证实,光与磁力存在关联,而这关联是通过“(”我最终在一条曲线或者力的线条里以及在一道光线里”)这一情况得知的。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

静电研究里,法拉第发现,带电导体上电荷仅依附体表,且这些表面电荷对导体内部无影响?原因是导体表面电荷受彼此静电力作用重新分布至稳定态,使每个电荷对内部造成的静电力相互抵销。此效应称遮蔽效应,用于法拉第笼上。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

究其缘由,法拉第没接受过诸多正式教育 ,其数学能力跟其他科学家相较相对薄弱 ,仅能运算简单的代数 ,甚至难以应对三角学。不过 ,他是个出色的实验学家 ,并且晓得运用条理清晰且简单的语言表述他科学方面的想法。他的实验成果随后被詹姆斯·克拉克·麦克斯韦运用 ,并构建起了如今电磁理论的基础方程。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

化学Vzc物理好资源网(原物理ok网)

法拉第最早的化学成果出自担任戴维助手的那段时期,他耗费诸多心血钻研氯气,进而发现了两种碳化氯,法拉第还是首个进行实验(尽管较为粗略)来观察气体扩散的学者,该现象最早由约翰·道尔顿发表,后由托马斯·格雷姆以及约瑟夫·罗斯密特揭示其重要性,他成功地使多种气体液化,他研究过不同的钢合金,为了光学实验,他制造出多种新型玻璃。哪料,后来有的此块样品,于历史里占得了一席之地,这是为何呢?原来是有一回,法拉第把这块玻璃放进磁场当中,这时他察觉到,偏振光的偏振平面,受到磁力致使出现了偏转现象,并且还遭遇磁力排斥呀。Vzc物理好资源网(原物理ok网)

戴维去旅行之际,法拉第曾代理职务钓鱼网,且接受分析委托,这三项委托里最著名的有三项物理学家法拉第,分别是。Vzc物理好资源网(原物理ok网)