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電磁感應產生電流

工業革命的迅速展開促使人類社會的發展進入快車道,在機械、能源等工業蓬勃發展之時,人們也在尋找一種利用效率更高、更清潔的動力,電理所當然地成為人們的首選,于是電氣領域內的革命悄悄地展開了。

先是1820年丹麥的奧斯特發現通電的金屬可以產生磁的效應,接著法國人畢奧和薩伐爾發現了畢奧-薩伐爾定律,然后就有德國物理學家歐姆在1825年發現導體具有電阻,并在此基礎上提出了歐姆定律,揭示了導線中電流和電位差的正比關系。這些重大的發現為電和磁之間的互相轉化鋪平了理論基礎,法拉第則在實踐上解決了電和磁是怎樣實現轉化的這一難題,為電能的實際應用打開了通道。

法拉第,1791年9月22日出生于英國的一個鐵匠家庭,像與他同時代的許多發明家、科學家一樣,只接受過幾年的小學教育。法拉第從13~20歲做了7年的裝訂工人,但他一直熱心于科學研究。后來,在別人的介紹下投到著名物理學家戴維的門下,做一名助手。很快,法拉第得到了施展自己才華的機會。

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電與磁

1820年,漢斯·克里斯蒂安·奧斯特意外發現,當一根磁針被帶到電流場附近的時候,它竟然轉向與電流形成直角的方向。然而,他只是注意到這個現象,并沒有對其進行進一步解釋。

受到奧斯特電可以產生磁的啟發,法拉第從1822年就著手研究把磁轉化為電的問題。他先設計了如下實驗裝置,裝置的兩端中間以導線連接,并設置一個開關,左端為電源(伏打電池),右端為電流指示器,然后進行實驗:接通電源(合上開關),電流指示器指針明顯偏轉,但很快又恢復到原位。斷掉開關,切斷電源,指針也同樣發生偏轉,既而復原。實驗表明,在“開”、“關”的時點,指針各發生一次偏轉,但都不能保持。法拉第進而用永久性磁鐵加以驗證。

1821年10月17日,他完成了一個具有決定意義的實驗:取一半徑約為11.4厘米、長約為244厘米的圓紙筒,在上面繞8匝銅線圈,再接到安培計上。然后將一條形磁鐵以線筒一端放入,發現安培計指針偏轉,又將磁鐵從另一端抽出,指針再次偏轉,只是方向相反。這便是發電機的基本原理,今天各種復雜的發電機都是根據這個原理設計制造的。

在總結實驗的基礎上,法拉第進行了深入的理論分析:他運用笛卡爾的磁力線概念對所謂的“電磁感應”進行解釋——感應電流的產生是由導體切割磁力線所致,電流的方向則取決于磁力線被切割的方向。為了便于現實中的操作,法拉第還以左、右手拇指與其他四指的位置特點為依據制定了左手法則和右手法則,至今我們仍在使用。

這樣,法拉第進一步完善了電磁理論。1838年,法拉第又解釋了從負電荷或正電荷發出的電力線的感應特點。

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法拉第的實驗室

法拉第并不滿足于已有的貢獻,而是進一步將研究領域擴展到電解的規律。在這一過程中他發現了兩個重要的比例關系:由相同電量產生的不同電解產物間有當量關系,電解產物的數量與所耗電量成正比。這兩個規律后來被稱為法拉第電解定律,在電學工業領域獲得廣泛應用。

《電學實驗研究》

《電學實驗研究》是法拉第在電學領域的集大成之作,介紹了法拉第在電學領域的眾多實驗,總數在1萬以上,涉及電、磁、光等方面。

法拉第在該書的第一卷就闡明了各種電的同一性,他認為無論是摩擦電、動物電、磁感應電、溫差電還是伏打電,性質都一樣。在以后的三卷中,法拉第向人們介紹了物質在電場中的特性,測定了物質的介電常數,提出了一些新的概念如電力線、磁力線、電磁場等,并且記錄了電荷守恒定律的證明過程。

《電學實驗研究》中的許多內容都具有首創意義,對后人研究物理學有重要的參考價值和借鑒意義。

法拉第發現電磁感應定律和電解定律之后,一時名揚四海,但他仍然孜孜以求,在物理學領域默默耕耘。他澄清了各種關于電的說法,發現貯存電的方法,繼而發現法拉第效應。

同時,法拉第試圖通過實驗發現重力和電之間的關系,尋找磁場對光源所發射的光譜線的影響,尋找電對光的作用等,但由于當時的實驗條件有限,他的這些實驗都沒有成功,但他的思想和觀點是正確的。

法拉第發現的電磁感應原理,連同其他貢獻共同構成了發電機、電動機發明的基礎,使人類從蒸汽時代疾步跨入了電氣時代,由于他在電磁學方面做出了偉大貢獻,被稱為“電學之父”和“交流電之父”。1867年,法拉第離開人世,享年76歲。親人們按照他的遺囑舉行了簡單的葬禮,他墓碑上只刻了三行字:邁克爾·法拉第/生于1791年9月22日/死于1867年8月25日。

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電磁產生電流原理

閉合線圈切割磁力線時就可以產生電流。

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