“交流电之父”——法拉第的人生逆袭路

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“交流电之父”——法拉第的人生逆袭路

作者：小枣君

来源：鲜枣课堂

1791 年 9 月 22 日，英国萨里郡纽因顿镇，一个名叫詹姆斯·法拉第的穷铁匠，迎来了他第三个孩子的降生。

没错，这个孩子，就是后来被称为“交流电之父”的英国著名物理学家、化学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）。


迈克尔·法拉第（1791—1867）

法拉第的家庭条件非常差。全家的生计，都依靠他父亲打铁维持。

1796 年，也就是法拉第 5 岁的时候，全家从纽因顿镇搬到伦敦定居，租住在曼彻斯特广场附近的一个马车库房里。

虽然家境贫寒，法拉第的父亲仍坚持让法拉第和他哥哥去上小学，并告诫他们要勤劳朴实，做一个正直的人，不要贪图名利。来自父亲的教诲，对法拉第后来的人生造成了深远的影响。

几年后，法拉第的父亲积劳成疾，不幸病倒。无奈之下，全家人只好靠领取救济度日。法拉第的小学学业也被迫终止（仅仅持续了两年）。

1803 年，12 岁的法拉第为了生计，开始走上街头卖报。第二年，他来到布兰福德街的一家书店，成为一名书店学徒，学习装订手艺。

小法拉第做事很勤快，头脑也很灵活，很快赢得了书店老板里波先生的信任和喜爱。

工作之余，法拉第主动阅读了书店里大量的书籍。其中，既包括《哈姆雷特》、《李尔王》这样的莎士比亚经典文学，也包括《大英百科全书》、《化学漫谈》这样的科学名著。

年轻的法拉第求知若渴，被书中的知识深深吸引。他非常想亲身实践书里记录的实验过程。然而，作为一名穷学徒，他没有钱去购买实验设备。于是，他只能利用废旧物品，做一些简单的物理和化学实验。

1810 年，在哥哥的资助下，法拉第有幸参加了学者塔特姆领导的青年科学组织——伦敦城哲学会。通过参加哲学会的一系列活动，他初步掌握了物理、化学、天文、地质、气象等方面的基础知识，为后来的研究工作打下了良好的基础。

这期间，法拉第连续参加了塔特姆十几次关于自然哲学的通俗演讲。每次演讲结束后，法拉第都会重新誊抄笔记，并画下仪器设备图。他甚至把笔记装订成一本漂亮讲究的《塔特姆自然哲学讲演录》，送给了里波先生，令对方欣喜万分。

法拉第的勤奋好学还感动了书店的一位顾客，他就是英国皇家学院的当斯先生。作为鼓励，当斯先生把 4 张皇家学院汉弗莱·戴维教授科学讲座的入场券赠送给了法拉第。

汉弗莱·戴维是一个伟大的科学家，23 岁就成为了皇家学院的化学教授，33 岁成了皇家学院的灵魂人物。


汉弗莱·戴维（1778—1829）

1812 年 2 月，20 岁的法拉第连续听了戴维教授的四场讲座，被精彩的讲座内容所震撼，加深了对科学研究工作的热爱，立志投身其中。

于是，他写信给当时的英国皇家学会会长约瑟福·班克斯爵士，希望能获得一份皇家学会的工作，哪怕在实验室里洗瓶子也行。

结果，心神不宁的法拉第等了整整一个星期，也没有任何回复。他忍不住跑到皇家学院去打听，得到的回音只是冷冰冰的一句话，班克斯爵士说：“你的信不必回复。”

换做是别人，受到这样的屈辱肯定放弃了。但是执拗的法拉第并没有放弃。

不久后，他再次鼓起勇气，写了第二封信。这次，他直接写信给汉弗莱·戴维，并附上了自己精心整理和装订的《亨·戴维爵士演讲录》。

收到书信的汉弗莱·戴维深感震惊——他没有料到，自己总共才 4 个多小时的演讲，法拉第竟然记下了 386 页的笔记！所有内容一字不落，没细讲的也都被补充完整。

当天晚上，汉弗莱·戴维就给法拉第回信，毫不吝啬地表达了自己的钦佩之情——“先生，我愿是你的顺从、谦恭的仆人。我很乐意为你效劳，我希望这是我力所能及的事。”

作为一名社会公认的大学者，汉弗莱·戴维能写出这样的文字，而且是写给一个无名小学徒，简直无法想象。

1813 年 3 月，22 岁的法拉第终于进入皇家学院，成为一名助理实验员，同时也是汉弗莱·戴维的助手。

对法拉第来说，科学研究的生涯算是正式开始了。


年轻时的法拉第

不久后，汉弗莱·戴维启程到欧洲大陆国家考察，法拉第作为他的助手，陪同前往。

尽管他实际上是助手，但公开身份却只是仆人。法拉第并没有计较这些，也毫不自卑，在他眼里，这次考察是一次宝贵的学习机会，能学到东西就行。

事如人愿，通过这次考察，他见到了许多著名的科学家，参加了各种学术交流活动，大大开阔了眼界。聪明勤奋的他，还学会了法语和意大利语。

1815 年 5 月，法拉第回到英国，开始在汉弗莱·戴维的指导下，做一些独立的研究工作。很快，他就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。

1820 年，一件改变法拉第以及整个人类命运的事件发生了。

这一年，丹麦物理学家汉斯·克海斯提安·奥斯特在一次讲座上偶然发现，当他让导线通电时，旁边的小磁针会发生偏转。



随后，奥斯特针对这一现象进行了三个月的反复实验，最后通过名为《论磁针的电流撞击实验》的论文，正式向学术界宣告发现了电流的磁效应。

这一发现轰动了整个物理学界。几个月后，毕奥和萨伐尔在大佬拉普拉斯的帮助下，找到了电流在空间中产生磁场大小的定量规律，这就是著名的毕奥-萨伐尔定律。有了毕奥-萨伐尔定律，就可以算出任意电流在空间中产生磁场的大小，但是这种方法在实际使用的时候会比较繁琐。

又过了两个月，安培发现了一个更实用更简单的计算电流周围磁场的方式，这就是安培环路定理。顺便，安培还总结了一个很实用的规律来帮助判断电流产生磁场的方向，这就是安培定则。

奥斯特的发现，同样吸引了汉弗莱·戴维和威廉·沃拉斯顿的关注。

威廉．沃拉斯顿，是汉弗莱·戴维的同事兼好友，也是一位举足轻重的化学家，元素钯和铑的发现者。


威廉·沃拉斯顿（1766—1828）

戴维和沃拉斯顿开始进行电和磁的研究，但并没有取得什么进展。

1821 年，英国《哲学年鉴》的主编邀请戴维撰写一篇文章，评述奥斯特之后的电磁学实验理论的发展概况。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。

他认真地分析了奥斯特的实验，经过反复试验和思考，取得了一些研究成果。

当时，法拉第打算将成果告诉戴维和沃拉斯顿，但是两人碰巧都不在。法拉第的朋友劝他尽快发表成果，以免被安培等人抢先公布。于是，法拉第听从了建议。

没想到，法拉第的成果发布之后，不但没有受到赞赏，反而遭到了指责。很多人认为法拉第剽窃了沃拉斯顿的研究成果。

法拉第请求沃拉斯顿帮助自己进行澄清。沃拉斯顿坦率地承认，他是在从事电和磁的工作，但是从不同的角度，因此，法拉第并不能从他那里借用什么。

法拉第还请求自己的恩师戴维帮助自己澄清。然而，戴维并没有这么做，他选择了沉默。

究其原因，还是因为嫉妒。法拉第的成就，超过了戴维，戴维内心深处无法接受这样的现实，所以开始打压法拉第。

除了不帮助法拉第进行澄清之外，戴维还干预了法拉第的电磁学研究。1825 年，戴维指派法拉第去研究一个和电、磁都无关的新项目——光学玻璃的制法。

此实验历时多年，没有任何显著进展，纯粹是在浪费法拉第的时间。

法拉第的朋友们为法拉第的遭遇感到气愤，于是，联络了 29 位皇家学会会员，联名提议法拉第当皇家学会会员候选人。沃拉期顿带头签了名。

戴维听到这个消息之后，勃然大怒。他怒气冲冲地跑到皇家学院实验室，命令法拉第放弃资格。法拉第强压住愤怒，冷冷地说：“汉弗里爵士，我既没有提名自己当皇家学会会员候选人也没有呈交什么证书，我有什么可撤回的呢？”

后来，为了阻止法拉第成为会员，戴维一再拖延投票，并在最终投票时，投下了全场唯一一张反对票。然而，孤家寡人的戴维没有能够阻止法拉第成功当选皇家学会会员。



1829 年，戴维去世，法拉第终于停止了光学玻璃的实验，开始回归有意义的研究。

在电磁学领域，法拉第可谓如鱼得水。回归第二年，他就发现了磁生电的关键在于相对运动。

1831 年，法拉第发现，一个通电线圈的磁力虽然不能在另一个线圈中引起电流，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。

经过反复实验，法拉第证实了当磁作用力发生变化时，另一个线圈中就有电流产生。他又设计了各种各样实验，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。

就这样，法拉第提出了电磁感应定律。

同年 10 月 28 日，基于自己的理论研究，法拉第发明了圆盘发电机。这是人类第一次发明发电机。


圆盘发电机

发电机的发明，具有划时代的意义，也意味着巨大的专利收益。然而，法拉第从始至终，都没动过申请专利的念头，更没从中获利哪怕一分钱。

此后的法拉第，进入了科学研究成果的高产期。

1834 年，法拉第总结出了法拉第电解定律：电解释放出来的物质总量和通过的电流总量成正比，和那种物质的化学当量成正比。这条定律成为联系物理学和化学的桥梁，也是通向发现电子道路的桥梁。

1837 年，他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，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。

尽管法拉第取得了举世瞩目的成就，但他一直都在为无法给出电磁理论精确的数学方程而耿耿于怀。因为法拉第小时候没受过正统教育，所以他的数学能力远远没有实验能力那么强。

正当法拉第以为自己此生看不到电磁理论被数学论证的时候，1865 年，另一位伟大的科学家麦克斯韦接过他的衣钵，用完美的数学公式（麦克斯韦方程组）证明了他电磁理论的猜想。



两年后，1867 年，没有遗憾的迈克尔·法拉第与世长辞，享年 76 岁。

法拉第离世时，伦敦有人提议停电 3 天，向他致哀。

纵观法拉第的一生，他都在和自己的坎坷命运做斗争。年轻时，他凭借个人的努力，实现了命运的逆袭，成功投入科学事业。中年时，面对恩师的打压，他忍辱负重，不怨不艾。

取得成就之后，法拉第并没有沉迷于名利。他始终牢记父亲的教诲，保持谦虚和低调，做一个正直的学者。

1857 年，皇家学会学术委员会一致决议聘请他担任皇家学会会长。对这一荣誉职务，他再三拒绝。他说：“我是一个普通人。如果我接受皇家学会希望加在我身上的荣誉，那么我就不能保证自己的诚实和正直，连一年也保证不了。”

当英王室准备授予他爵士称号时，他也多次婉言谢绝。他说：“法拉第出身平民，不想变成贵族”。

这就是迈克尔·法拉第，伟大的电磁感应理论之父！



参考文献

1、百度百科：迈克尔·法拉第

2、360doc 图书馆：迈克尔·法拉第的故事

3、宇宙时空之旅：电之骄子.寰宇地球

4、方圆.平凡不掩光华：迈克尔·法拉第.科学家

5、法拉第传，商务印书馆

6、知乎：如何深入浅出地讲解麦克斯韦方程组？长尾科技

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《蜡烛的故事》

[英] 法拉第 著

王其冰  译

本文来源：鲜枣课堂。

科学元典 2023-07-20 20:49 发表于安徽