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1、划时代的发现——法拉第电磁感应现象物理与工程Vo1.15No.12005划时代的发现——法拉第电磁感应现象胡祥发沈俊鑫(昆明陆军学院物理教研室,云南昆明650207)(云南大学软件学院,云南昆明650091)(收稿日期:2004—02—14)摘要法拉第是19世纪自学成才的伟大的物理学家,他发现的电磁感应定律揭示了电现象和磁现象之间的联系,是电磁理论发展的重要基础.本文简要地介绍了法拉第电磁感应现象发现和探索研究的历程.关键词电磁学;电磁感应现象;电磁感应定律电磁感应现象的发现是电磁学发展史上又一个重要成就,它进一
2、步揭示了自然界电现象和磁现象之间的联系,促进了电磁理论的发展,为麦克斯韦电磁场理论的建立奠定了坚实的基础,使现代电力工业,电工和电子技术得以建立和发展.1科学家对电磁现象的研究在物理学的发展史上,曾有相当长的时期一直未找到电与磁的联系,电现象与磁现象是被分别进行研究的,特别是吉尔伯特对磁现象与电现象进行深入分析对比后断言电与磁是两种截然不同的现象,没有什么一致性之后,许多科学家都认为电与磁没有什么联系,连库仑也持同样的观点….然而实际事例不断吸引人们注意,例如:1731年有一名英国商人诉述,雷电过后,他的一箱新刀
3、叉竞带上了磁性;1751年富兰克林发现在菜顿瓶放电后,缝纫针磁化了.电真的能产生磁吗?电与磁有没有联系的疑问一直萦绕在一些有志探索的科学家的心头.丹麦物理学家奥斯特就是其中的一位,他信奉康德的哲学,认为自然界各种基本力是可以相互转化的,深信电和磁有某种联系,并开始了对电,磁的统一性的研究.1820年4月的一天晚上,奥斯特在做有关电和磁的演讲,在演讲结束时说:"让我把通电导线与磁针平行放置来试试看!"l2于是,他在一个小伽伐尼电池的两极之间接上一根很细的铂丝,在铂丝正下方放置一枚磁针,然后接通电源,小磁针微微地晃动
4、.转动到与铂丝垂直的方向.小磁针的摆动,使他意识到多年来盼望出现的现象终于看到了,当时简直使他愣住,他又改变电流的方向,发现小磁针向相反方向偏转,说明电流的方向与磁针的转动之间有某种联系.奥斯特为了进一步弄清楚电流对磁针的作用,于1820年4月至7月,费了3个月的时间.做了60多个实验,他把磁针分别放在导线的上方,下方,考察了电流对磁针作用的方向;把磁针放在距导线不同的距离,考察电流对磁针作用的强弱;把玻璃,金属,木头,石头,瓦片,松脂,水等放在磁针与导线之间,考察电流对磁针的影响.经过反复实验,终于查明电流的磁
5、效应沿着围绕导线的螺旋方向.1820年7月21日,奥斯特发表了题为"关于磁针上电流碰撞的实验"的论文.十分简洁地报告了60多次实验的结果,向科学界宣布了电流的磁效应_2],从此揭开了电磁学的序幕.人们认识到磁现象与电现象之间的内在联系.奥斯特的论文发表后,在欧洲科学家中引起了强烈的反响,他们投入了大量的人力,物力对电磁现象进行研究.既然电与磁有密切的联系,电能产生磁,那么很自然地会想到它的逆效应"磁能产作者简介1胡祥发(1947年出生)男,湖南祁东县人,副教授,主要从事大学物理和实验的教学和研究2沈俊鑫(1978
6、年出生)男,福建诏安县人,工程师,云南大学软件学院在读研究生.物理与工程Vo1.15No.12005生电"吗?为此科学家们开始了长期的实验探索.自1820年至1831年的十多年中.当时许多着名的科学家.如安培,菲涅耳,阿拉果,德拉里夫等都投身于探索磁与电的关系之中.他们用很强的各种磁场试图产生电流.但均无结果,究其原因是抱住稳态条件不放.而没有考虑暂态效应,因此十余年中研究进展不大.2法拉第发现电磁感应现象1820年奥斯特发现电流的磁效应.受到科学界的关注.促进了科学的发展.1821年英国《哲学年鉴》的主编约请戴
7、维撰写一篇关于自奥斯特的发现以来电磁学实验的理论发展概况的文章.戴维把这一工作交给了当时正在英国皇家研究院做化学助理实验员的法拉第.法拉第在收集整理电磁学文献资料的过程中,对电磁现象产生了极大的热情,并从此开始了电磁学的研究.他仔细地分析了电流的磁效应等现象,认为既然电能够产生磁.反过来,磁也能产生电.这个想法为日后人类利用电能奠定了基础.法拉第认为既然磁铁可以使临近的铁块感应带磁,静电荷可以使临近的导体感应出电荷,那么电流也应当可以在临近的线圈中感应出电流.他本着这种信念,在发现电磁感应现象之前6年的日记中就记
8、下了他的光辉思想:"磁能转化为电",并使用了"感应"(Induction)这个词_2,可见他对于电磁感应的存在是坚信不移的.但如何从实验中去发现这种感应现象,却非易事.刚开始,法拉第也简单地认为用磁铁靠近导线,导线就会产生稳定的电流,或者在一根导线里通以强大的电流,那么在邻近的导线中也会产生稳定的电流,他做了大量的实验,但是努力失败了.经过近十年的实验,失败,再实验,再失
