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1831年11月24日，世界知名物理學(xué)家、化學(xué)家的法拉第在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)正式宣讀了“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的論文，總結(jié)了引起感應(yīng)電流的五種情況。就在這一天，人類文明進(jìn)入了電磁時(shí)代，世界的面貌從此被徹底改變。法拉第不僅開啟了整個(gè)世界的電力應(yīng)用，還為后來的麥克斯韋方程組提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論框架。今天，就讓我們一同穿越時(shí)光，了解法拉第和他的“電磁奇跡”。

01 

自學(xué)踏上科研之路 

邁克爾.法拉第（1791-1867年）

1791年，邁克爾·法拉第（Michael Faraday）出生于英國(guó)薩里郡紐因頓鎮(zhèn)一個(gè)貧窮的鐵匠之家。雖然家境貧寒，但父親仍堅(jiān)持讓孩子們上小學(xué)，并告誡他們要勤勞樸實(shí)，做一個(gè)正直的人，不要貪圖名利。正像很多窮人家的孩子一樣，他比較早熟。13歲時(shí)，由于家庭經(jīng)濟(jì)越來越困難，他不能再上學(xué)了，便成了一個(gè)裝訂印刷作坊的徒工。從此，法拉第走上了自己謀生的道路。他手腳勤快、聰明伶俐，還很注意學(xué)習(xí)。他很快就學(xué)會(huì)了書籍裝訂的手藝，而且裝訂得又快又好，這樣，他就可以抽空看看裝訂好的那些書了，其中既包括《哈姆雷特》《李爾王》這樣的莎士比亞經(jīng)典文學(xué)，也包括《大英百科全書》《化學(xué)漫談》這樣的科學(xué)名著。

法拉第還特別喜歡閱讀泰勒（James Tyler）的電學(xué)文章，閑暇之余經(jīng)常到外面撿些舊瓶子之類的，進(jìn)行簡(jiǎn)單的化學(xué)和物理實(shí)驗(yàn)。他把書上的每個(gè)實(shí)驗(yàn)都做了一遍，親眼看到那些神奇的現(xiàn)象在自己眼前出現(xiàn)?？茖W(xué)引起了法拉第濃厚的興趣，各種實(shí)驗(yàn)的操作培養(yǎng)了他極強(qiáng)的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，這些都為以后從事科學(xué)研究打下了初步的基礎(chǔ)。

法拉第的勤奮好學(xué)感動(dòng)了書店的一位顧客，他就是英國(guó)皇家學(xué)院的當(dāng)斯先生。作為鼓勵(lì)，當(dāng)斯先生把4張皇家學(xué)院漢弗萊·戴維教授科學(xué)講座的入場(chǎng)券贈(zèng)送給了法拉第。1812年2月，20歲的法拉第連續(xù)聽了戴維教授的四場(chǎng)講座，被精彩的講座內(nèi)容所震撼，加深了對(duì)科學(xué)研究工作的熱愛，立志投身其中。

隨后，他鼓起勇氣，跨出了那大膽而簡(jiǎn)單的一步：直接寫信給漢弗萊·戴維，并附上了自己精心整理和裝訂的《亨·戴維爵士演講錄》。收到書信的漢弗萊·戴維深感震驚——他沒有料到，自己總共才4個(gè)多小時(shí)的演講，法拉第竟然記下了386頁(yè)的筆記！所有內(nèi)容一字不落，沒細(xì)講的也都被補(bǔ)充完整。當(dāng)天晚上，漢弗萊·戴維就給法拉第回信，毫不吝嗇地表達(dá)了自己的欽佩之情——“先生，我愿是你的順從、謙恭的仆人。我很樂意為你效勞，我希望這是我力所能及的事?！弊鳛橐幻鐣?huì)公認(rèn)的大學(xué)者，漢弗萊·戴維能寫出這樣的文字，而且是寫給一個(gè)無名小學(xué)徒，簡(jiǎn)直無法想象。

漢弗萊·戴維（1778-1829年）

圖片來源：英國(guó)皇家學(xué)院

1813年3月，22歲的法拉第終于進(jìn)入皇家學(xué)院，成為一名助理實(shí)驗(yàn)員，同時(shí)也是漢弗萊·戴維的助手。進(jìn)入皇家學(xué)院后，年輕的法拉第有幸陪同老師去歐洲大陸考察，并接觸了如安培、阿拉戈、伏特等許多著名科學(xué)家。在戴維的指導(dǎo)下，法拉第深入研究各種科學(xué)現(xiàn)象并在1816年發(fā)表了第一篇科學(xué)論文，這是他人生的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。戴維曾說過：“我對(duì)科學(xué)最大的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了法拉第?！?/p>

02 

十年磨一劍，法拉第開啟電磁學(xué)新時(shí)代 

1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了載流導(dǎo)線的電流會(huì)作用于磁針，從而使磁針改變方向，他得出一個(gè)轟動(dòng)整個(gè)科學(xué)界的結(jié)論：電流的磁效應(yīng)。

如果電能夠生磁，那么磁也能生電嗎？很多科學(xué)家都開始了思考和嘗試，在安培提出了磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向和電流方向的關(guān)系及右手定則的報(bào)告后，法拉第也對(duì)電磁學(xué)產(chǎn)生了極大的興趣，并開始探索電磁世界的奧秘。

1821年到1831年的十年間，法拉第對(duì)電流磁效應(yīng)進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)和分析研究，認(rèn)為電流與磁的相互作用除了電流對(duì)磁、磁對(duì)磁、電流對(duì)電流，還應(yīng)有磁對(duì)電流的作用。

邁克爾.法拉第（1791-1867年）

圖片來源：美聯(lián)社

1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)：一個(gè)通電線圈的磁力雖然不能在另一個(gè)線圈中引起電流，但是當(dāng)通電線圈的電流剛接通或中斷的時(shí)候，另一個(gè)線圈中的電流計(jì)指針有微小偏轉(zhuǎn)。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，法拉第證實(shí)了當(dāng)磁作用力發(fā)生變化時(shí)，另一個(gè)線圈中就有電流產(chǎn)生。他又設(shè)計(jì)了各種各樣實(shí)驗(yàn)，比如兩個(gè)線圈發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁作用力的變化同樣也能產(chǎn)生電流。就這樣，法拉第提出了“電磁感應(yīng)定律”。

同年10月28日，基于自己的理論研究，法拉第發(fā)明了圓盤發(fā)電機(jī)。這是人類第一次發(fā)明發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)的發(fā)明，具有劃時(shí)代的意義，也意味著巨大的專利收益。然而，法拉第從始至終，都沒動(dòng)過申請(qǐng)專利的念頭，更沒從中獲利哪怕一分錢。

圓盤發(fā)電機(jī)

圖片來源：維基百科https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday's_law_of_induction#Further_reading

1831年11月24日，這一天對(duì)法拉第來說有著特殊的歷史意義，他在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)正式宣讀了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的論文，并公開講解了一些新的實(shí)驗(yàn)成果。圍坐在講臺(tái)邊的人們嘲笑地問道：“它有什么用？”法拉第冷靜地回應(yīng)：“嬰兒會(huì)有什么用處？有一天他會(huì)長(zhǎng)大的?！笔聦?shí)證明，法拉第的這一理論奠定了電磁學(xué)的基礎(chǔ)，開創(chuàng)了電磁學(xué)研究的新時(shí)代，也永遠(yuǎn)改變了人類的文明。

圖片來源：新華網(wǎng)

四十四歲時(shí)，法拉第得到了科學(xué)界領(lǐng)袖的認(rèn)可：被牛津大學(xué)授予博士頭銜，其科研工作獲得了政府的大筆資助。法拉第進(jìn)入了科學(xué)研究成果的高產(chǎn)期。

1834年，法拉第總結(jié)出法拉第電解定律：電解釋放出來的物質(zhì)總量和通過的電流總量成正比，和那種物質(zhì)的化學(xué)當(dāng)量成正比。這條定律成為聯(lián)系物理學(xué)和化學(xué)的橋梁，也是通向發(fā)現(xiàn)電子道路的橋梁。

1837年，他引入了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的概念，指出電和磁的周圍都有場(chǎng)的存在，這打破了牛頓力學(xué)“超距作用”的傳統(tǒng)觀念。

1838年，他提出了電力線的新概念來解釋電、磁現(xiàn)象，這是物理學(xué)理論上的一次重大突破。

1843年，法拉第用有名的“冰桶實(shí)驗(yàn)”，證明了電荷守恒定律。

1845年，在經(jīng)歷了無數(shù)次失敗之后，他終于發(fā)現(xiàn)了“磁光效應(yīng)”。他用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光和磁的相互作用，為電、磁和光的統(tǒng)一理論奠定了基礎(chǔ)。

1851年，法拉第通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了諾伊曼和韋伯提出的方程式，證明了在磁場(chǎng)中，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)只與導(dǎo)線切割的磁力線有關(guān)，為他的電磁感應(yīng)定律畫上了一個(gè)圓滿的句號(hào)。

1852年，法拉第又提出了“場(chǎng)”的概念來解釋電磁現(xiàn)象?！皥?chǎng)”也成了現(xiàn)代物理學(xué)中一個(gè)革命性的概念，直接質(zhì)疑了牛頓萬有引力的超距作用，從根本上撼動(dòng)了牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)。這也啟發(fā)了愛因斯坦：廣義相對(duì)論就是一種“場(chǎng)”論。

1855年，麥克斯韋發(fā)表了對(duì)法拉第研究的論文《論法拉第的力線》。法拉第看到論文后找到了麥克斯韋，鼓勵(lì)他在電磁學(xué)方面有更多擴(kuò)展和建樹。終于在1865年，麥克斯韋在基于法拉第的實(shí)驗(yàn)結(jié)論上，進(jìn)一步總結(jié)實(shí)驗(yàn)成果，發(fā)展了電磁場(chǎng)理論，他將法拉第的研究與安培的電流理論相結(jié)合，提出了麥克斯韋方程組，完整描述了電磁現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，構(gòu)建了經(jīng)典電磁學(xué)理論大廈，統(tǒng)一了電磁學(xué)。

1867年，電氣科學(xué)的“創(chuàng)始人”法拉第在漢普頓宮逝世，享年76歲。他一生中取得了豐碩的科研成就，榮獲了眾多世界級(jí)學(xué)術(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)，被稱為“電學(xué)之父”和“交流電之父”。

邁克爾.法拉第（1791-1867年）

1931年，后人為紀(jì)念電磁感應(yīng)發(fā)現(xiàn)100周年，在倫敦舉行了盛大的慶?；顒?dòng)。人們把法拉第的電磁感應(yīng)稱做他最偉大的發(fā)現(xiàn)——為人類打開了電能寶庫(kù)。從此，人類迅速進(jìn)入電氣時(shí)代。

縱觀法拉第的一生，他都在和自己的坎坷命運(yùn)做斗爭(zhēng)。年輕時(shí)，他憑借個(gè)人的努力，實(shí)現(xiàn)了命運(yùn)的逆襲，成功投入科學(xué)事業(yè)；中年時(shí)，面對(duì)逆境，他忍辱負(fù)重，不怨不艾；取得成就之后，法拉第并沒有沉迷于名利。他始終牢記父親的教誨，保持謙虛和低調(diào)，做一個(gè)正直的學(xué)者。他淡泊名利，全心投入科研工作，其研究成果不僅推動(dòng)了科學(xué)的發(fā)展，也影響了人類認(rèn)識(shí)自然界的方式。

這就是“電磁理論之父”法拉第的傳奇人生！

參考資料： 

1、鮮棗課堂：《【通信名人傳奇】邁克爾·法拉第》，小棗君；

2、《天才般的直覺：法拉第怎么發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的？》，參見《物理學(xué)中的理論概念》中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社；

3、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)：《十年磨一劍｜科學(xué)史小畫》，蒲雅杰。