法拉第

第六节 十年磨剑终成功

　　对于电磁转化的实验，法拉第一直在做，可是失败一个接一个，挫折与失望不断袭击着他。每次实验前希望获得成功的愿望，都在无情的实验结果面前破灭了。

　　法拉第承受着失败带来的苦痛，继续坚持实验，每次都进行仔细观察，不断总结失败的教训及其原因。

　　1831年，法拉第41岁了。他觉得自己的工作应该有一个转折。是到了转折的年龄，就该抓紧时间，做一些真正伟大的哲学探索。

　　法拉第的脑海里有许多新的思想在萌生、在汹涌。比起这些伟大的新思想，他过去20年的工作又算得了什么呢？

　　可惜，过去他的许多时间都被那些烦琐的商业性的技术工作吞噬了，他决定结束这类工作。7月4日，他写信给皇家学会秘书，提出了这一要求。

　　为了实现自己的梦想，法拉第开始夜以继日地在实验室紧张地工作，他的电学实验进入了最关键的阶段。

　　法拉第用软铁做了一个圆环，厚度不到0.025米，外径0.152米。他在铁环的半边即A段用了根长约7.243米的铜线绕成3个线圈，每个线圈都有好几层，每层之间用绝缘的麻布隔开。

　　如此，三个线圈可以连成一个大线圈，同时也可以相互分开当做三个小线圈用。

　　然后，法拉第将铁环的另外半边即B段用两根铜线绕成两个线圈，总长18.108米。在A段线圈和B段线圈之间，留了一定空隙，这样便互不接触。

　　法拉第把10组电池连在一起作为电源。然后，把B段的两个线圈连成一个线圈，再用一根铜线把这两个线圈的两端连接起来，铜线下面摆着一个磁针，实际是一个电流计。

　　铜线中若有电流流过，磁针就会偏转。接着，他把A段一个线圈的两端和电池组连接。

　　一切准备妥当，法拉第便集中注意力开始操作。他小心谨慎地合上A段的电闸，强大的电流通过线圈，一会儿导线就发热了。法拉第掉转头注视着B段铜线下面的电流计。磁针一动不动，毫无反应。

　　随后，法拉第换了一个A段的线圈，重复刚才的实验。结果仍是如此。后来，他把A段的三个相互绝缘的线圈，并联成一个线圈进行实验，如此作用可能会显著一些。

　　法拉第惴惴不安地合上电闸，掉过头注视着电流计，指针仿佛固定着一般，仍纹丝不动。

　　一种失望的情绪涌上心头，一个有信念的科学家是不怕失败的。然而事情却如此的无情。呕心沥血10年，竟然毫无结果。

　　这是什么原因呢？法拉第望着笨重的实验台上散布的线圈，电池组，检测电流的磁针，就如一个作家看着自己不能出版的作品一般，又心疼又惋惜。

　　在失望之余，法拉第仍抱着一丝信念慎重地进行了最后一次的考虑。他仔细地复查了全部实验记录，对设计思路和实验方法也都作了反省，并且逐件检查了实验器具，连最细微的地方都不放过。

　　在检查电流计位置时，法拉第无意中注意到，他每次实验都是先接通电源，再转过头来观测电流计。

　　问题会不会就出在这里呢？想到这儿他立即把实验台重新布置好，决定进行一次彻底的检验。这次法拉第特地把线圈铁环和电流计摆在电池开关旁边，以便操作的时候能一直看到指针。

　　法拉第目不转睛地盯着电流计，然后用手合上电源开关。就在线路接通的一刹那，电流计小磁针跳动了一下！

　　这个时间十分短暂，稍不留意就会错过。法拉第过去的多次实验都忽略了这个细节，这次终于捉住了稍纵即逝的“一刹那”。

　　“啊，电流！”法拉第欣喜若狂，不由得喊了起来。为了验证自己的新发现，他又把实验连续地做了几次，每一次都得到同样的结果。

　　因而法拉第相信胜利在望。他在自己的实验日记里写下了这个难忘的日子：1831年8月29日。

　　法拉第为自己的新发现十分兴奋，然而他没有因之而陶醉。1831年9月23日，法拉第给市哲学会里的老朋友菲利浦斯写信，其中这样写道：

　　我正再度忙于研究电磁学。我想，我捞到了一样好东西，可是没有把握。或许我花费了那么多劳动，捞到的不是一条鱼，而是一团水草。

　　法拉第这样写，也许是谦虚、诙谐吧。其实，他正在寻找磁生电的途径。他知道，自己捞到了一条大鱼。那是一项杰出的实验，也许是19世纪最杰出、最伟大的实验之一！

　　法拉第有一种预感：自己已经走到真理的边缘，只要再向前跨一步，成功就属于自己的了。

　　为了获得最终的结果，法拉第继续进行实验。他断开B段电池的接线，将一块磁铁放在铁环旁边，希望能在A段感应出电流来，可是磁铁并没有使电流计指针移动。

　　法拉第把铁环换成其他金属做成的环，并且想尽办法变换了许多种接线方法，电流计的指针仍丝毫未动。磁铁没有产生出电流来。

　　接着，法拉第再一次进行8月29日所做的实验。他发现，如果改变B段线圈和A段线圈的位置，或者是改变B段线圈里电流的大小，电流的指针都会摆动，也即是说A段线圈中有感应电流发生！

　　直到此时，法拉第豁然醒悟，一定是B段线圈里电流产生的磁的变化，使A段线圈感应出电流的。

　　为了证实自己的判断，10月17日，法拉第用硬纸做了一个空心圆筒，用铜线在纸筒上分层绕了八个线圈。然后他又将八个线圈并联成一个线圈，线圈的两个端点接在电流计的两极上。

　　当法拉第把一根磁棒插在硬纸管里之时，电流计上的指针仍无反应。他心中纳闷，是什么原因呢？也许是插得太慢了吧？

　　法拉第屏住气，猛地将磁棒向纸管里一插，果然，电流计上的指针动了！法拉第心头一震，这一动，表明了电流的产生。终于把磁转变成了电，自己十年来所魂牵梦萦的不就是这一瞬间吗！

　　短暂的一瞬间，指针又恢复到原位。当他突然将磁棒从圆筒内抽出来时，指针又向相反的方向跳动，随之又返回原位。

　　法拉第又把磁棒转过来，朝里猛插，向外猛拔，再插、再拔……电流表的指针来回摆动，法拉第的心也跟着剧烈跳动起来。

　　以后的多次实验也显示了同样的结果，转磁为电的想法终于成为事实。

　　但法拉第并没有因此而停步不前，他在思考一个问题：为什么自己多年来反复千百次的实验都没能成功，唯独这样做才获得成功了呢？他想寻找到规律性的东西。

　　经过仔细的回忆与思索，再加上实验的验证，法拉第终于意识到成功的关键所在，运动才能产生电流。

　　谜底终于被法拉第揭开了，原来是线圈里的磁通量的变化引起了感应电流。换句话说，正是运动的磁产生了电流。

　　在以前的实验中，磁铁相对于导线和线圈是没有运动的，所有实验均是在静止的前提下进行的。而通过现在的实验发现，只有当磁铁插入线圈或从线圈抽出的一瞬间，才能产生电流。

　　法拉第把这种电流称为感生电流，也就是由感应而产生的电流，而把产生感生电流的电动势叫做感生电动势。

　　接着法拉第又发现，不论是将磁铁插入静置的线圈内，还是将线圈套到静置的磁铁上，只要两者之中有一个以一定的方式进行运动，就会有感生电流产生。因此，他得出“要将磁转化为电，运动是必要条件”的结论。

　　但为什么运动是产生感生电流的必要条件呢？感生电动势与感生电流的大小以及方向，是否与运动方式有关呢？这又是法拉第思考的新问题。

　　在科学上往往是这样，实验的成功与新现象的发现和新规律的总结，常常引出更多的疑问，从而促进科学技术的进步。

　　在经过了多次紧张的实验与反复的研究之后，法拉第得出了“金属导线必须切割磁力线才能产生感生电流”这一规律性的结论。

　　在实验过程中，法拉第还发现，导线切割磁力线的速度越快，导线中产生的感生电动势也就越大。切割磁力线的方向不同，产生的感生电动势方向或感生电流方向也不同。

　　法拉第将以上的结果与发现总结成定律，这就是著名的“电磁感应定律”。

　　这一定律不仅揭示了电流与磁力之间的相互作用规律，更为重要的是定律表明了：只要能持续不断地使线圈在磁场中做切割磁力线的运动，就能够产生出源源不断的电能来。

　　这是一项多么重大的发现啊！以后的世界面貌，在很大程度上将因这个定律的出现而大为改观。

　　也就是说，法拉第的这一杰出发现，预示着电能被人类所用有了可能；而人类文明发展的步伐，也将由此定律的创立而大大加快。

　　电磁感应定律是时代的产物。它是从18世纪中后期至19世纪30年代这一历史时期内的各种电学现象与规律不断被发现的必然产物。特定的历史时期就需要有特定的历史人物。

　　法拉第勤于思考、精于观察，对科学工作有着源源不断的热情，在失败面前毫不气馁，能够重整旗鼓，再次向前。他所具有的这些特点，正迎合了那个时代科学发展的迫切需要。

　　在10年里，法拉第经历了无数次失败，但正是这一次次的失败，为他奠定了不断接近成功的基础。

　　法拉第把每次的失败都当做砖，用它筑梯。随着失败的增加，梯子的高度也增高，他也就站得更高，最后终于登上了别人难于登上的顶峰。

　　电磁感应定律的创立，使法拉第蜚声国内外。后人为了纪念他的这一功绩，把电磁感应定律命名为“法拉第定律”。

　　此刻，他已完全忘记近10年来无数次失败带给他的失望与痛苦，他的身心深深地沉浸在成功的巨大喜悦之中。他像一个孩子似的在实验室里狂蹦乱跳起来。

　　法拉第呕心沥血10年的理想终于成了现实！这便是著名的电磁感应现象。它继奥斯特等人的实验之后，进一步揭示了电和磁相互转化的辩证关系，为近代电磁学的发展奠定了基础。

　　经过百折不挠的努力，法拉第终于成功了，他以自己顽强的毅力和过人的智慧，在世界电子科技史上写下了辉煌的一页。

　　§§第七章 继续前进