第4章 天才电子大师：迈克尔·法拉第

1791年9月22日是一个伟大的日子，一代科学巨匠迈克尔·法拉第降生在英国萨里郡纽因顿一个贫苦的铁匠家庭。法拉第的一生是伟大的，然而法拉第的童年却是十分凄苦的。

为了解决全家的温饱，老法拉第带着5岁的小法拉第迁到伦敦，希望改变贫穷的命运。不幸的是，上帝非但没有给法拉第一家赐福，反而在小法拉第9岁那年夺走了老法拉第的生命。迫于生计，幼小的法拉第不得不去一家文具店当学徒。4年以后，13岁的法拉第又到书店当学徒。起初负责送报，后来当图书装订工。真所谓“天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤……”

贫穷是不幸的，童工的生涯非常艰苦。难能可贵的是小法拉第不安于贫穷，非常勤奋好学。14岁时他给一位装订兼卖书师傅当学徒，利用此机会博览了群书。他在20岁时有幸听到了英国著名科学家汉弗里·戴维先生讲课，对科学产生了浓厚的兴趣，并于1812年圣诞节前夕给戴维写了一封信。法拉第对科学的热情感动了戴维，他精心整理装订的“精美记录册”更使戴维深感欣慰。这时又正值他学徒期满，于是戴维推荐他于1813年3月进入皇家研究所当他的助手。同年10月，他跟随戴维去欧洲大陆作科学考察旅行。这次旅行使法拉第上了一次“社会大学”，沿途他认真地记录了戴维在各地讲学的内容，学到了许多科学知识，而且结识了许多著名的科学家，如盖·吕萨克和安培等。1815年5月回到皇家研究所时，法拉第已在戴维指导下做独立的研究工作，并取得了几项化学研究成果。1816年法拉第发表了第一篇科学论文。从1818年起，他和杰·斯托达特合作研究合金钢，首创了金相分析方法。

1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，受到科学界的关注；1821年，英国《哲学年鉴》的主编约请戴维撰写一篇文章，评述自奥斯特的发现以来电磁学实验的理论发展概况。戴维把这一工作交给了法拉第。法拉第在收集资料的过程中，对电磁现象产生了极大的热情，并开始转向电磁学的研究。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，磁也应该能产生电。于是，他试图从静止的磁力对导线或线圈的作用中产生电流，但是努力失败了。经过近10年的不断实验，到1831年，法拉第终于发现，一个通电线圈的磁力虽然不能在另一个线圈中产生电流，但是当通电线圈的电流刚接通或中断的时候，另一个线圈中的电流计指针有微小偏转。法拉第经过反复实验，证实了当磁作用力发生变化时，另一个线圈中就产生电流。他又进行了各种各样的实验，比如两个线圈发生相对运动，磁作用力的变化同样也能产生电流。这样，法拉第终于用实验揭开了电磁感应定律。法拉第的这个发现，扫清了探索电磁本质道路上的拦路虎，开通了在电池之外大量产生电流的新途径。根据这个实验，1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机，这是法拉第第二项重大的电发明。这个圆盘发电机，结构虽然简单，但它却是人类创造出的第一个发电机。现在产生电力的发电机就是从它开始的。

1837年，法拉第引入了电场和磁场的概念，指出电和磁的周围都有场的存在，这打破了牛顿力学“超距作用”的传统观念。1838年，他提出了电力线的新概念，用来解释电、磁现象，这是物理学理论上的一次重大突破。1843年，法拉第用有名的“冰桶实验”，证明了电荷守恒定律。1845年，也是在经历了无数次失败之后，他终于发现了“磁光效应”。他用实验证实了光和磁的相互作用，为电、磁和光的统一理论奠定了基础。1852年，他又引进了磁力线的概念，从而为经典电磁学理论的建立奠定了基础。后来，英国物理学家麦克斯韦用数学工具研究法拉第的磁力线理论，最后完成了经典电磁学理论。

1867年8月25日，法拉第因病医治无效与世长辞，享年76岁。

法拉第的一生是伟大的。他对科学普及工作非常热心，曾经在“星期五晚间讨论会”上作过100多次演讲，在圣诞节少年科学讲座上演讲达19年之久，他的科普讲座深入浅出，并配以丰富的演示实验，深受欢迎。法拉第为人质朴，不善交际，不图名利，喜欢帮助亲友，热心公众事业。法拉第的伟绩不能用金钱衡量，如果硬用金钱衡量的话，有人说超过了全球股票的总价值。

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1843年，法拉第做了冰桶实验，并据此最早提出电荷守恒的观念。法拉第把白铁皮做的冰桶放在绝缘物上，用导线把冰桶外面与金箔验电器相接。用丝线将带电小黄铜球吊进冰桶内，随着小球的深入，验电器箔片逐渐张开并达到最大张角，尔后，即使小球再深入，甚至与冰桶接触，张角也不再变化。并且实验结果与冰桶内是否装有其他物质也无关。冰桶实验表明，电荷可以转移变动，但不会无中生有，也不会变有为无，总量守恒。这是电荷守恒定律第一个令人满意的实验证明。