通信名人传奇:迈克尔 · 法拉第

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2020-07-18 19:07

1791 年 9 月 22 日,United 金dom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,this孩子,就是后来被称为 “交流电之父”的United 金dom著名物理学家、化学家迈克尔 · 法拉第(Mike Faraday)。

▲ 迈克尔 · 法拉第(1791 年~ 1867 年)

法拉第的家庭条件非常差。全家的生计,都依靠他father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London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father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。fromfather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father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,start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,study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love。

work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》、《Lee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Science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Science组织——London城哲学会。通过哲学会的参加一系列活动,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work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about自然哲学的通俗演讲。每次演讲end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United 金dom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Science讲座的入场券赠送给了法拉第。

汉弗莱 · 戴维(Humphry Davy)是一个伟大的Science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 年~ 1829 年)

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Science研究work的热love,立志投身其中。

于是,他写信给当时的United 金dom皇家学会会长约瑟福 · Ben克斯(J.Banks)爵士,hope能获得一份皇家学会的work,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,却没有任何回复。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:“Ben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。but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hour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hope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,Science研究的生涯算是正式start了。

▲ 年轻时的法拉第

不久后,汉弗莱 · 戴维启程到欧洲大陆coun努力考察,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these,也毫不自卑,在他眼里,这次考察是一次宝贵的study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Science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Italy语。

1815 年 5 月,法拉第回到United 金dom,start在汉弗莱 · 戴维的指导下,做一些独立的研究work。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Science论文。

1820 年,一件改变法拉第以及整个人类命运的事件hap钢笔了。

这一年,Denmark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hap钢笔偏转。

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help下,find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,but这种方法在实际use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Lou定理。顺便,安培还总结了一个很实用的规律来help判断电流产生磁场的方向,这就是安培定则(也就是高中学的右手螺旋定则)。

奥斯特的发现,同样吸引了汉弗莱 · 戴维和Willi上午 · 沃拉斯顿的关注。

Willi上午.沃拉斯顿(W.Wol上一个on),是汉弗莱 · 戴戴维的同事兼好友,也是一位举足轻重的化学家,元素钯和铑的发现者。

▲ Willi上午.沃拉斯顿(1766 年~ 1828 年)

戴维和沃拉斯顿start进行电和磁的研究,但并没有取得什么进展。

1821 年,United 金dom《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work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start转向电磁学的研究。

他认真地分析了奥斯特的实验,past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,but两人碰巧都不在。法拉第的friend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。lots of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help自己进行澄清。沃拉斯顿坦率地承认,他是在从事电和磁的work,but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help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because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start打压法拉第。

除了不help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time。

法拉第的friend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this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be able 直到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s直到p了光学玻璃的实验,start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sport。

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,but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。

past反复实验,法拉第证实了当磁作用力hap钢笔变化时,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hap钢笔相对sport,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Science研究成果的高产期。

1834 年,法拉第总结出法拉第电解定律: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Lou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Maths方程而耿耿于怀。because法拉第hour候没受过正统教育,所以他的Maths能力远远没有实验能力然后强。

正当法拉第以为自己此生看不到电磁理论被Maths论证的时候,1865 年,另一位伟大的Science家Michael斯韦接过他的衣钵,用完美的Maths公式(Michael斯韦方程组)证明了他电磁理论的猜想。

▲ 詹姆斯 · Clark · Michael斯韦(1831 年~ 1879 年)

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,London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try,实现了命运的逆袭,成功投入Science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father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hope加在我身上的荣誉,然后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become贵族”。

这就是迈克尔 · 法拉第,伟大的电磁感应理论之父!

参考

1、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 . Science家

5、法拉第传,商务印书馆

6、知乎:如何深入浅出地讲解Michael斯韦方程组?长尾科技

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