电子科学发明家-第7部分
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的重担,以便集中全部精力进行自己念念不忘的电磁研究。十年来,他一直
没有放弃“从磁产生电”的理想。同事们知道他在失败中仍旧坚持自己的信
念,都很钦佩。不久,皇家学院批准了法拉第的要求。事实证明,这个决定
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是法拉第科学事业的重要转折。
同年五月,戴维在日内瓦病死,只活了五十一岁。噩耗传来,英国上下
都很悲痛。这位大化学家一生发现极多,而发现法拉第,却是他对科学事业
最大的贡献。戴维虽然过早地去世了,但是他未竟的事业却由法拉第继承下
来,并且得到发扬光大。
“啊,电流!”
法拉第刚解脱皇家学院的负担,不料他又成为实业界争夺的目标。不少
公司和厂家,争先恐后地用重金聘请法拉第,都想网罗这位后起的化学家当
他们的技术顾问。
1830年,在朋友们的劝说下,法拉第接受了一些业务,得到一千镑酬金。
这笔相当可观的收入,对他的生活自然有很大帮助,他的妻子再也不用为衣
食和房租发愁了。据他的学生和密友丁铎尔 (1820-1893)估计,照这样下
去,他每年的收入可以增加到五千镑以上。但是这些“生意上的事务”要牵
扯法拉第的很多精力和时间,常常影响他的研究工作。法拉第感到为难起来,
他再次面临着生活道路的选择:一条路是营利致富;另一条路是清贫一生,
去追求科学真理。究竟何去何从呢?
法拉第很快作出了抉择。他谢绝了来自四面八方的聘请,全力投入研究
工作。这样做尽管生活要苦些,温存的妻子却毫无怨言。法拉第很受感动,
还有什么比能够理解自己的事业更宝贵呢!丁铎尔后来感慨地说:“这位铁
匠的儿子,订书商的学徒,把他的一生总计起来,一方面可以得到十五万镑
的财富,一方面是完全没有报酬的学问,要在这两者之间作出选择。结果他
选择了后者,终生过着穷困的日子。然而这却使英国的科学声誉比各国都高,
获得接近四十年的光荣!”
俗话说,“鸟翼系上了黄金,鸟就飞不起来了。”法拉第摆脱了羁绊,
终于展翅高飞,开始他科学上的全盛时期。
1831年是法拉第一生中最难忘的一年。
这一年的秋天似乎格外晴朗。天气已经有些凉意,法拉第还是穿着那件
朴素的外套,在实验室里紧张地工作。他的电学实验进入了最关键的阶段。
这时,法拉第已经把电池组增加到一百二十个电瓶。这意味着初级线圈
的电流同最早相比,增大了一百二十倍。他用做实验的线圈,也不知更换了
多少。
法拉第全神贯注地操作着。他小心翼翼地合上电闸,强大的电流通过线
圈,不一会导线就发热了。法拉第转过头注视着电流计,指针象是固定了一
样,还是纹丝不动。
一种失望的情绪涌上心头。一个有信念的科学家是不怕失败的,然而事
情却这样无情。呕心沥血十年,竟然毫无结果。这是为什么呢?法拉第望着
实验台上散布的线圈、电瓶和电流计,就象一个作家看着自已不能出版的作
品一样,又心疼,又惋惜。
一个有见识的科学研究工作者,既要不怕失败,又要正视失败。关键就
在作出正确的判断。在决定进退之前,法拉第慎重地作了一次最后的考虑。
他复查了全部实验记录,对设计思路和实验方法也都作了反省,并且逐
件检查了实验器具,连一根导线都不放过。在检查电流计的时候,法拉第无
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意中注意到:他每次实验都是先接通电源,再转过头来观测电流计。
问题会不会就出在这里呢?
他马上把实验台重新布置好,进行检验。这次法拉第特地把电流计摆在
电源开关旁边,以便操作的时候他的目光可以一直监视指针。
法拉第目不转睛地盯着电流计,然后用手合上了电源开关。就在线路接
通的一刹那,电流计指针跳动了一下!这个时间非常短暂,稍不留意就发现
不了。法拉第过去的多次实验都忽略了这个细节,这次终于捉住了这稍纵即
逝的“一刹那”。
“啊,电流!”法拉第欣喜若狂,不由得喊了起来。人们常说“十月怀
胎,一朝分娩”。对他说来,这却是整整怀了十年的理想啊!
这位百折不挠的科学家把实验重复做了几次,每次都得到同样的结果。
因此他确信胜利已经在望。
法拉第乘胜前进,又改进了实验仪器。
他用软铁环代替木棍做线圈的芯子,效果更明显。在断开或者接通初级
线圈电流的一瞬间,次级线圈连接的电流计上的指针摆动得很厉害。
成功使法拉第非常兴奋,但是他没有陶醉。这位严肃的科学家激动地思
索着,应该怎样评价和分析这个发现。因为从表面上看,这个实验是从初级
电流感应出次级电流,换句话说,是从电变成电,好象同磁没有关系。而法
拉第孜孜以求的目标是“从磁产生电”,他的理想好象没有达到。但是反过
来说,如果这个发现仅仅意味着“从电变成电”,那又有一个问题不好解释
——为什么要在初级电流接上或者断开的一瞬间,次级线圈才有电流产生
呢?这种初级电流的突变会不会同磁有关系呢?
为了弄清这个疑难问题,法拉第继续进行实验。几天以后,他进一步发
现,如果改变初级线圈和次级线圈间的位置,或者是改变初级线圈的电流强
度,次级线圈也有感应电流发生。法拉第顿时明白了,一定是初级线圈的电
流产生的磁的作用,使次级线圈感应出电流。为了证实这个判断,法拉第索
性把初级线圈拆掉,用一块磁铁来取代它。他让磁铁穿过次级线圈环,电流
计的指针也随着磁铁的运动而摆动!
谜底终于被揭开了:原来是通过次级线圈的磁通量的变化引起了感应电
流。换句话说,正是运动的磁产生了电流,法拉第酝酿和追求了十年的理想
实现啦!这就是著名的电磁感应现象!它继奥斯特等人的实验之后,进一步
揭示出电和磁互相转化的辩证关系,为近代电磁学奠定了基础。
“锲而不舍,金石可镂”。经过百折不挠的努力,法拉第终于成功了。
他用自己的意志和智慧,在电子科学技术史上写下了光辉的一页。
在我们看来,他结束了这场持久战,可以稍为休息一下了。但是法拉第
没有停顿,他找来一块大的马蹄磁铁,把一个铜线圈放在磁铁中旋转,线圈
中就感应出持续的电流来。在这个实验的基础上,他创造出世界上第一台感
应发电机。这一年的除夕,法拉第满面春风地向他的亲朋友好表演了这个新
发明。
这是一台别致的装置:只见一个中心有轴的圆形铜盘固定在支架上,铜
盘取垂直方向,并且伸进一块水平固定的马蹄形磁铁两极间。铜盘的中轴连
接一根导线,铜盘边缘同另一根导线保持接触,两根导线同一只电流计相连。
在圣诞节日烛光的映照下,铜盘更显得光泽夺目。客人们围在四周,兴趣盎
然地观看着。
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法拉第大声宣布:“开始!”只见他快活地转动摇柄,铜盘在两个磁极
间不停地旋转起来。由于铜盘的各部分都切割了磁力线,电流针的指针逐渐
偏离零位,微微颤动地指示出电流的读数。铜盘转动越快,电流的读数越大。
客人们赞不绝口。只有一位好挑剔的贵妇人不以为然,她取笑地问法拉
第:“先生,你发明的这玩意儿有什么用呢?”
法拉第把手放在胸前,微一欠身地回答:“夫人,新生的婴儿又有什么
用呢?”
人群中顿时爆发出一阵喝采声。
这台小发电机在今天看来,确实象一个简单的玩具,事实上法拉第也没
有把它付诸实用,然而它却是现在所有发电机的“老祖宗”。这个发明在近
代科学史上的意义是深远的。人类从此打开了电能宝库的大门。
向纵深挺进
电磁感应是近代物理学上的一项重大发现,也是法拉第科学事业的一座
高峰。他一旦越过这道峻岭,就向电磁学的纵深挺进,长驱直入,取得了许
多可喜的发现。
1832年,法拉第通过大量实验,证明了电的普遍性,澄清了电学界多年
来的模糊认识。
这个成果实际是上一世纪富兰克林工作的继续。富兰克林用风筝实验证
明了雷电也是电,把人们对电的认识推进了一步。但是各种电在本质上是否
也都一样呢?富兰克林因为条件的限制,没有继续研究下去。一直到法拉第
时代,这个问题还没有解决。学者们众说纷坛,莫衷一是。戴维生前也不敢
妄下定论。
法拉第早就关心这个难题,在他的科学笔记里有大量的构思和设想,其
中有一段是这样写的:“对于我的疑问,实在有穷加追究的必要,就是用各
种不同方法诱起的电,到底是完全相同的还是各不相同的,非弄清楚不可,
不能留下丝毫的疑点。”
“从磁产生电”的宿愿实现以后,法拉第自然就想到:这种电同已经知
道的其他各种电是否相同呢?他把摩擦电、伏打电池产生的电同刚获得的电
磁感应电在生理效应、磁偏转、电火花、热效应、电解作用等方面一一进行
了比较。可以想见,这些实验的工作量是巨大的,而且很精细。法拉第竟然
一气呵成。
结果,法拉第发现几种电的性质完全一样,只有程度上的差别。因此,
他得出科学的结论:“不管来源怎样,电的性质是相同的。”
紧接着,1834年,法拉第在电化学领域作出了卓越的贡献。他在戴维多
年工作的基础上,发现了著名的电解定律。这个定律找出了电解的时候物理
现象和化学现象定量的联系,成为化学的基本定律。电化学的开创人是戴维,
法拉第把它发扬光大了。
① ②
法拉第还对电介质和电导体进行了深入的研究。在实验中,他感到当
① 不导电物质的总称。当外加电场超过某个极限的时候,电介质被击穿而失去介电性能。工程上大量采用
的电气绝缘材料以及电容器中的介质,都是电介质。
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时电学中沿用的旧名称很混乱,不但词不达意,还常有谬误。法拉第认为随
着新的电学理论的出现,有必要对旧名称来一次清理。他断然废除了一些过
③ ④ ⑤
时的旧名称,更换了新名。比如电极、阳极、阴极、电解质、电解、离子
①等,就是法拉第首先使用的。这些名称一直沿用到现在。
②
法拉第不知疲倦地探索着。1836年,他又发现了静电屏蔽现象 。这些
重要的发现,直到今天还是中学电学课的主要内容。在地球的每个角落,没
有哪个中学生不知道法拉第的名字。
法拉第的杰出贡献,使他成了举世瞩目的大科学家。人们从四面八方向
英国皇家学会投来尊敬的目光。但是并不是所有的人都知道,法拉第的成就
是在十分艰苦的条件下取得的。由于皇家学院的财政一直窘迫,法拉第的工
资,除了住宿和燃料外,每年只有一百镑,而且有时还不能如数支付。对于
清贫的生活,法拉第倒是安之若素。
有一段传做佳话的趣事,也足以表明法拉第的高尚人格。那是1835年,
大约连政府也感到科学家待遇太低,英国内阁总理皮尔爵士建议设立一种年
金,奖给在科学或者文学上有贡献的人 (以前年金只有政治家、军事将领才
有资格得到),其中有一项就准备授予法拉第。
法拉第知道这个消息以后,马上给内阁总理写了封信,表示自己可以自
食其力,坚决拒绝接受这份年金。这封信在寄出以前被朋友们制止了,都觉
得有些失礼,而且他的生活境况确实很窘。他们劝法拉第改变主意,但是法
拉第执意不肯。
在事情最后决定以前,皮尔爵士已经离职,由另一位名叫梅尔本的勋爵
继任。一天,新任内阁总理亲自到皇家学院来,邀请法拉第在办公室面谈。
在大家劝说下,法拉第应约前去。但是,这位勋爵大约对法拉第并不了解,
而且官做大了,说话也毫无顾忌,言谈中流露出对科学技术人员的轻视。他
认为年金对文臣武将来说是受之无愧的,对科学家或者作家来说,那就算是
一种恩惠了。
法拉第听到这些话,感到是对科学的一种侮辱。他本来就不愿意来,人
家硬叫他来,结果却是来受辱。他赶紧结束谈话,告别回家,弄得这位勋爵
大人一时摸不着头脑。
当天晚上,梅尔本勋爵收到法拉第一张便条,措词简短而坚决,大意是
② 具有大量在外电场作用下能够自由移动的带电粒子,因此能够良好地