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当天晚上,梅尔本勋爵收到法拉第一张便条,措词简短而坚决,大意是
② 具有大量在外电场作用下能够自由移动的带电粒子,因此能够良好地传导电流的物体,都称做电导体,
比如金属和水等。
③ 在电解池里,同电位比较低的直流电源线相连的电极是阳极,同电位比较高的直流电源线相连的电极是
阴极。在工作中,电流从阳极流出,从阴极流入。
④ 在水溶液中或者熔融状态下能够导电的化合物,称做电解质,比如酸、碱、盐等。
⑤ 把电流通入电解质溶液,使在两个电极上(或者极旁)同时产生化学反应的过程。比如用炭极电解浓食
盐溶液,阴极上放出氢气,极旁产生苛性钠,阳极上放出氯气。
① 原子失去或者获得电子以后形成的带电微粒,称做离子。带正电的叫正离子或者阳离子,带负电的叫负
离子或者阴离子。
② 法拉第在绝缘板上放一个金属丝的笼子,在笼子的里面和外面各放一个金箔验电器,并且用金属链条分
别把验电器的金属球和笼子连接起来。当金属丝的笼子带电的时候,笼外验电器的金箔张大,笼里验电器
的金箔依旧下垂,丝毫没有带电的现象。它表明金属丝笼子能够对内部物体起到电的屏蔽作用,这就是静
电屏蔽现象。
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“既然这样,恕难接受恩惠”。勋爵读完便条,才知道他触犯了法拉第。他
起初还觉得好笑,等事情传开以后,才感到问题严重。
这时,一位同双方相识的贵夫人,看到内阁大人下不了台,于是出面调
解。她给法拉第做了几次工作,婉言劝他收下年金,但是法拉第态度坚决,
执意不收。调解人费尽口舌也无济于事,最后只好问法拉第,究竟要梅尔本
勋爵怎样做,才能使他满意。法拉第回答说:“除非他向我书面道歉。不过,
这一点我既没有权力也没有理由要求他做到。”
第二天,内阁总理亲笔写的道歉信,居然送来了。信的措词坦率而客气,
这场“年金事件”才算圆满解决。
创立新说
1841年的春天悄悄地来到伦敦。
法拉第推开实验室窗户,深深地吸了一口气。然后打开一本蓝皮册子,
写下了当天实验的记录和编号,他脸上已经出现皱纹,两鬓也有些灰白了,
只有那双褐色的眼睛,还是和青年时代一样,闪烁着和蔼的光芒。
是啊,在不断的探索和发现中,又一个十年过去了。这十年间,法拉第
的电学实验研究成就辉煌。他超过了同时代许多著名的科学家,包括他的导
师戴维和安培。因此,有人把法拉第称为“先知先觉”,甚至说他“可以闻
出真理来”。法拉第听到这些过誉之词,都是摇头一笑。凡是他的同事和最
亲近的人都知道,法拉第的每一项发现后面,凝结了多少心血,耗费了多少
艰苦的劳动啊!他工作起来有一种决不后退的劲头。丁铎尔曾经说,他胸中
蕴藏着固体燃料,一旦燃烧起来,决不会轻易熄灭。
法拉第这种不知疲倦的拼命精神,也常常使他夫人担忧。由于操劳过度,
他得了严重的神经衰弱症,终于病倒了。1841年盛夏,在医生的一再敦促下,
法拉第离开英国,在他夫人陪同下到瑞士休养;他的内弟是一位颇有才华的
画家,也陪同前往。
这是法拉第第二次出国旅行。沿途的自然风光,又象二十年前一样,使
他神采飞越,心旷神怡。旧地重游,山河依旧,科学却已经大踏步地前进了。
这次疗养,对法拉第恢复健康有明显的好处。但是十年积劳,他实在是
太累了。医生不允许他恢复工作,法拉第的研究中断了整整五年。
1845年春天,法拉第恢复健康,重新回到实验室工作,这时他已经是五
十四岁的老将了。按照一般说法,一个科学家最能够出成果的年龄在二十五
岁到四十五岁之间,他的黄金时代好象已经过去。
但是事实恰好相反,法拉第一生最重要的贡献,就是在这个时期完成的。
年龄并不是科学发明的决定因素,关键在于永远保持旺盛的斗志和孜孜不倦
的探索精神。
法拉第克服了体力日衰的困难,继续顽强地攀登着。他很早就抱定一种
想法,认为光和电磁现象有内在联系。当时电磁理论还没有建立起来,能够
有这样天才的设想,实在叫人惊异。这大概要归功于他的科学信念和哲学思
想。他相信世界是统一的,无论是磁、光、热还是引力,都应当有密切的联
系。电磁的统一已经证实,他决心寻找电磁现象和光的关系。
法拉第采用的是他拿手的办法——实验。经过多次失败以后,他把一块
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①
玻璃放在电磁铁的两极间,然后用一束偏振光 沿着磁力作用的方向透过玻
璃,光线在磁力的作用下,它的振动面果然偏转了一个角度,磁力越强,偏
转角度越大。这就是有名的磁致旋光效应,是法拉第对电磁学的又一个大功
劳。法拉第满怀着胜利的喜悦,兴奋地在日记里写着:“这样一来,磁力和
光有相互关系就得到了证明!”这个发现的时间是1845年,也就是法拉第恢
复研究工作的同一年。
这个成功对法拉第很有启发,他又杀了个回马枪,把几年以前研究过的
各种介质放进两个磁极之间,做同样的实验。他的设想是:可能其他物质也
应该和玻璃有相同的反应。他使用的是一个比以前强大得多的电磁铁。意想
不到的是,在实验过程中,法拉第发现了一个新奇的现象。他把一根玻璃棒
放进磁铁两极间,玻璃棒居然表现出对磁力作用的反抗,停在同磁力垂直的
方向上。这就是说:磁不但对磁性金属有作用,对其他材料也有作用,不同
的只是前者顺着磁力方向,后者恰恰相反。
法拉第又惊又喜,他马上换成一根铜棒进行实验,铜棒也停在同磁力垂
直的方向上,傲然不动。他又用木块代替铜棒,结果一样。这是多么奇妙的
发现啊!他把身边所有的东西都放进两个磁极之间,一一进行试验,发现全
部物质对磁力都有反应,其中大多数都表现出抗磁性。
法拉第全神贯注地做着实验,连吃晚饭的时间也忘掉了。他妻子只好把
晚饭给他送到实验室来。她推开实验室的门,发现法拉第正埋头在一堆乱物
中忙着,眼里不由流露出温和的责备,催促他赶快吃饭。法拉第见她从篮子
里拿出一块面包和牛排,十分高兴。做妻子的还没有反应过来,法拉第已经
把面包用一根细线悬挂起来,放进两个磁极之间。面包象受过训练那样,一
动不动地停立在磁力交叉的方向上。法拉第朝着妻子眨眨眼睛,笑了笑,又
用牛排做试验,取得同样的结果。法拉第夫人看着他的表演,简直哭笑不得。
实际上根据法拉第当时的心情,如果不是因为磁铁不够大,恐怕连他夫人也
会被吊起来,送进磁极之间去检验一番,因为他确信人体也是反磁体。
磁致旋光效应和反磁体的发现,给法拉第很大的启示。一个崭新的思想
终于脱颖而出!
当时,“超距作用”的观念很流行。牛顿(1642-1727)曾经为超距观
念苦恼过,但是最终他还是采用了超距的说法。一百多年来,牛顿力学成了
物理学的主宰。“超距作用”观念不但支配了天体力学,也影响到电磁学。
人们普遍认为,力的传递 (包括电力和磁力)是即时而超距的,也就是不管
传递多远都不需要时间,一个电荷或者磁极周围的空间,除了距离以外,一
无所有。法拉第不随波逐流,他从大量的实验事实出发,对“超距观念”提
出了怀疑。他相信“物质到处存在,没有不被物质占有的中空地带”,因此
电力和磁力不能凭空传递。这个思想,法拉第酝酿了十几年,在没有找到充
分的实验证据以前,他不愿意匆忙宣布自己的科学假设。摧毁旧学说,需要
新的武器。法拉第终于找到了这种武器,那就是杰出的“力线”概念。
法拉第把铁粉撒在磁铁周围,铁粉立刻呈现出有规则的曲线,从一个磁
极到另一个磁极,连续不断。法拉第把这种曲线称做力线。他进一步用实验
证明,这种力线不只是几何性质的,它同时具有物理性质,导线里感应电流
的大小,完全取决于导线截割磁力线的数目,而同导线的移动位置无关。换
① 光是一种电磁波,是横波,波的振动面限于某一固定方向的光,称做偏振光。
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句话说,磁力线越密的地方,磁的强度越大。
用这种全新的眼光来观察,电荷或者磁极周围的空间不再是一无所有,
而是布满了向各个方向散发出去的力线,电荷或者磁极就是力线的起点。从
这一事实出发,法拉第在物理学上首次提出了“场”的概念。他把布满磁力
线的空间称做磁场,而磁力就是通过连续的场传递的。牛顿力学“超距作用”
的神圣殿堂就这样被动摇了!
法拉第力线观念的建立,看起来不象发现电磁感应那样富于戏剧性,然
而它在电磁学上的意义却是更深远的。可以