科學(xué)大家：電磁感應(yīng)定律創(chuàng)立者法拉第

邁克爾·法拉第（英語：Michael Faraday，1791年9月22日－1867年8月25日），英國物理學(xué)家（當(dāng)時對“物理”的稱呼為“自然哲學(xué)”），也精于化學(xué)，在電磁學(xué)及電化學(xué)領(lǐng)域有所貢獻(xiàn)。

他在電學(xué)方面的貢獻(xiàn)最為顯著。紀(jì)錄中法拉第最早的實驗?zāi)耸抢闷甙肫?SPAN lang=EN-US>便士、七片鋅片以及六片浸過鹽水的濕紙做成伏特電池。他并使用這個電池分解硫酸鎂。

1821年，在丹麥化學(xué)家漢斯·奧斯特發(fā)現(xiàn)電磁現(xiàn)象后，戴維和威廉·海德·渥拉斯頓嘗試設(shè)計一部電動機，但沒有成功。法拉第在與他們討論過這個問題后，繼續(xù)工作并建造了兩個裝置以產(chǎn)生他稱為“電磁轉(zhuǎn)動”的現(xiàn)象：由線圈外環(huán)狀磁場造成的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動。他把導(dǎo)線接上化學(xué)電池，使其導(dǎo)電，再將導(dǎo)線放入內(nèi)有磁鐵的汞池之中，則導(dǎo)線將繞著磁鐵旋轉(zhuǎn)。這個裝置現(xiàn)稱為單極電動機。這些實驗與發(fā)明成為了現(xiàn)代電磁科技的基石。但此時法拉第卻做了一件不智之舉，在沒有通知戴維和渥拉斯頓情況下，擅自發(fā)表了此項研究成果。此舉招來諸多爭議，也迫使他離開電磁學(xué)研究數(shù)年之久。

在這個階段，有些證據(jù)指出戴維可能有意阻礙法拉第在科學(xué)界的發(fā)展。如在1825年，戴維指派法拉第進(jìn)行光學(xué)玻璃實驗，此實驗歷時六年，但沒有顯著的進(jìn)展。直到1829年，戴維去世，法拉第停止了這個無意義的工作，并開始其他有意義的實驗。在1831年，他開始一連串重大的實驗，并發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，雖然在福朗席斯科·札德啟稍早的工作可能便預(yù)見了此結(jié)果，此發(fā)現(xiàn)仍可稱為法拉第最大的貢獻(xiàn)之一。這個重要的發(fā)現(xiàn)來自于，當(dāng)他將兩條獨立的電線環(huán)繞在一個大鐵環(huán)，固定在椅子上，并在其中一條導(dǎo)線通以電流時，另外一條導(dǎo)線竟也產(chǎn)生電流。他因此進(jìn)行了另外一項實驗，并發(fā)現(xiàn)若移動一塊磁鐵通過導(dǎo)線線圈，則線圈中將有電流產(chǎn)生。同樣的現(xiàn)象也發(fā)生在移動線圈通過靜止的磁鐵上方時。

他的展示向世人建立起“磁場的改變產(chǎn)生電場”的觀念。此關(guān)系由法拉第電磁感應(yīng)定律，建立起數(shù)學(xué)模型，并成為四條麥克斯韋方程組之一。這個方程組之后則歸納入場論之中。

法拉第并依照此定理，發(fā)明了早期的發(fā)電機，此為現(xiàn)代發(fā)電機的始祖。

1839年他一連串的成功實驗，帶領(lǐng)人類了解電的本質(zhì)。法拉第使用“靜電”、電池以及“生物生電”已產(chǎn)生靜電相吸、電解、磁力等現(xiàn)象。他由這些實驗，做出與當(dāng)時主流想法相悖的結(jié)論，即雖然來源不同，產(chǎn)生出的電都是一樣的，另外若改變大小及密度（電壓及電荷），則可產(chǎn)生不同的現(xiàn)象。

在他生涯的晚年，提出電磁力不僅存在于導(dǎo)體中，更延伸到導(dǎo)體附近的空間里。這個想法被他的同儕排斥，法拉第也終究沒有活著看到這個想法被世人所接受。法拉第也提出電磁線的概念：這些流線由帶電體或者是磁鐵的其中一極中放射出，射向另一電性的帶電體或是磁性異極的物體。這個概念幫助世人能夠?qū)⒊橄蟮碾姶艌鲂蜗蠡?，對于電力機械裝置在十九世紀(jì)的發(fā)展有重大的影響。而這些裝置在之后的十九世紀(jì)中主宰了整個工程與工業(yè)界。

1845年他發(fā)現(xiàn)了被他命名為抗磁性(diamagnetism)，現(xiàn)在則稱為法拉第效應(yīng)的現(xiàn)象：一個線性極化的光線在經(jīng)過一物體介質(zhì)時，外加一磁場并與光線的前進(jìn)方向?qū)R，則此磁場將使光線在空間中劃出的平面轉(zhuǎn)向。他在筆記本中寫下：‘我終于在“闡釋一條磁力曲線”—或者說“力線”—及“磁化光線”中取得成功?！@個實驗證明了光和磁力有所聯(lián)系。

在對于靜電的研究中，法拉第發(fā)現(xiàn)在帶電導(dǎo)體上的電荷僅依附于導(dǎo)體表面，且這些表面上的電荷對于導(dǎo)體內(nèi)部沒有任何影響。造成這樣的原因在于，在導(dǎo)體表面的電荷彼此受到對方的靜電力作用而重新分布至一穩(wěn)定狀態(tài)，使得每個電荷對內(nèi)部造成的靜電力互相抵銷。這個效應(yīng)稱為遮蔽效應(yīng)，并被應(yīng)用于法拉第籠上。

因為法拉第并未受過很多正式教育，其數(shù)學(xué)能力與其他科學(xué)家相比顯得相對薄弱，只能計算簡單的代數(shù)，甚至難以應(yīng)付三角學(xué)。但他是一個很好的實驗學(xué)家，且懂得使用條理清晰且簡單的語言表達(dá)他科學(xué)上的想法。他的實驗成果后來被詹姆斯·克拉克·麥克斯韋使用，并建立起了現(xiàn)在電磁理論的基礎(chǔ)方程式。

法拉第最早的化學(xué)成果來自于擔(dān)任戴維助手的時期。他花了很多心血研究氯氣，并發(fā)現(xiàn)了兩種碳化氯。法拉第也是第一個學(xué)者實驗觀察氣體擴散，此現(xiàn)象最早由約翰·道爾頓發(fā)表，并由湯瑪斯·葛蘭姆及約瑟夫·羅斯密特揭露其重要性。他成功的液化了多種氣體；他研究過不同的鋼合金，為了光學(xué)實驗，他制造出多種新型的玻璃。其中一塊樣品后來在歷史上占有一席之地，因為當(dāng)法拉第將此玻璃放入磁場中時，他發(fā)現(xiàn)了極化光平面受磁力造成偏轉(zhuǎn)及被磁力排斥。