1、第四章 电磁感应,4.1划时代的发现,汉弗莱戴维 化学家 发明家,汉弗莱.戴维,戴维最伟大的发现是： 发现了法拉第,物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及我们所知道的各种其他现象的零散的罗列，我们将把整个宇宙纳在一个体系中。,电流的磁效应,奥斯特实验：,奥斯特在作报告时，无意中发现 小磁针偏转,奥斯特断言：电与磁是有联系的！,解释奥斯特实验,迈克尔法拉第,1791年9月22日是一个光辉的日子， 一代科学巨匠迈克尔法拉第降生 在英国萨里郡纽因顿一个贫苦的铁 匠家庭。法拉第的一生是伟大的， 然而法拉第的童年却是十分凄苦的。 为了维持生计，幼小的仅有九岁的迈 克尔.法拉第不得不承担起生活重
2、担， 去一家文具店充当学徒。四年以后， 13岁的法拉第又到书店学徒。起初负 责送报，后来充当图书装订工。 真所谓“天将降大任于斯人也，必先 苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤” 他利用此机会博览群书。,迈克尔法拉第,1812年2月到4月，21岁的法拉第有幸在皇家研究所听了戴维的四次化学讲演。这位大化学家渊博的知识立即吸引了年轻的法拉第。他热忱地把戴维的每个科学观点转述给市哲学学会的同伴们。他精心整理听课笔记并装订成一本精美的书册，取名H戴维爵士演讲录，并附上一封渴望做科学研究工作的信，于1812年圣诞节前夕一起寄给了戴维。法拉第热爱科学的激情感动了戴维，他所精心整理装订的“精美记录册”更使戴维深感欣
3、慰.这时又正直他学徒期满，于是戴维特推荐他于1813年3月进入皇家研究所当他的助手。同年10月跟随戴维去欧洲大陆作科学考察旅行。这次旅行使法拉第上了一次“社会大学”，沿途他认真地记录了戴维在各地讲学的内容，学到了许多科学知识，而且结识了许多著名的科学家，如盖吕萨克和安培等。增长了见闻，开扩了眼界。,迈克尔法拉第,1815年5月回到皇家研究所，法拉第已能在戴维指导下做独立的研究工作并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。从18I8年起他和J斯托达特合作研究合金钢，首创了金相分析方法。1820年他用取代反应制得六氯乙烷和四氯乙烯。1821年任皇家学院实验室总监。1823见他
4、发现了氯气和其他气体的液化方法。1824年1月他当选为皇家学会会员。1825年2月接替戴维任皇家研究所实验室主任。同年发现苯。 更主要的是他在电化学方面（对电流所产生的化学效应的研究）所做出的贡献。经过多次精心试验，法拉第总结了两个电解定律，这两个定律均以他的名字命名，构成了电化学的基础。他将化学中的许多重要术语给予了通俗的名称，如阳极、阴极、电极、离子等。,迈克尔法拉第,1820年，奥斯特发现电流的磁效应，受此启发，法拉第对电磁现象产生了极大的热情，并开始转向电磁学的研究。他仔细地分析了电流的磁效应等现象，认为既然电能够产生磁，反过来，磁也应该能产生电。经过近10年的不断实验，到1831年法
5、拉第终于发现，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。法拉第心明眼亮，经过反复实验，都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。这样，法拉第终于用实验揭开了电磁感应定律。根据这个实验，1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机，这是法拉第第二项重大的电发明。这个圆盘发电机，结构虽然简单，但它却是人类创造出的第一个发电机。现代世界上产生电力的发电机就是从它开始的。,迈克尔法拉第,迈克尔法拉第,法拉第作为一名天才的电学
6、大师，在电磁学的新领域中树立起了前进的路标。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，他提出了电场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。1852年，他又引进了磁感线的概念，从而为经典电磁学理论的建立奠定了基础。后来，英国物理学家麦克斯韦用数学工具研究法拉第的力线理论，最后完成了经典电磁学理论。 爱因斯坦高度评价法拉第的工作，认为他在电学中的地位，相当于伽利略在力学中的地位。法拉第奠定了电磁学的实验基础。 爱因斯坦在他的学习墙上放着法拉第的
7、一张照片，并将其与牛顿和麦克斯韦放在一起。,法拉第的观点： 电和磁是一对和谐对称的自然现象。,依据：磁化和静电感应现象,猜想：磁铁应该可以感应出电流！,信念：一定要转磁为电！,法拉第研究的道路并不平坦。他于1822年12月、1825年11月和1828年4月做过三次集中的实验，然而均以失败告终。原因在于，法拉第认为，既然奥斯特的实验表明有电流就会有磁场，那么有了磁场就一定会有电流。遗憾的是，他在这些实验中使用的都是恒定电流产生的磁场，看看这样的磁场是不是会在某个电路中产生感应电流。,法拉第日记,未显示作用,毫无反应,不行,从普通的磁铁中获得电的希望，时时激励着我从实验上探求电流的感应效应。,18
8、31年8月29日,法拉第线圈：与160年后出现的现代变压器出奇的相似，现已成为著名的科学文物。,开关,电池组,电流计,五种类型可以引起感应电流：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。,有规律吗,?,1831年11月24日，法拉第向皇家学会提交了一个报告，把这种现象定名为电磁感应，产生的电流叫做感应电流。”磁生点“是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。,“跑失良机”的科拉顿（瑞士）,螺旋管,电流计,1831年10月28日 法拉第的创新：,圆盘发电机，首先向人类揭开了机械能转化为电能的序幕。,法拉第提出了“电场”、“磁场”和“力线”的概念。暗示了电磁波存在的可
9、能性，并预言了光可能是一种电磁振动的传播 。,爱因斯坦的评价：场的思想是法拉第最富创造性的思想，是牛顿以来最重要的发现。麦克斯韦正是继承和发展了场的思想，为之找到了完美的数学表示形式从而建立了电磁场理论。,奥斯特发现的电流磁效应，使整个科学界受到了极大的震动，它证实电现象与磁现象是有联系的。法拉第赞扬道：“它突然打开了科学中一个黑暗领域的大门，使其充满光明。”,法拉第发现的电磁感应使人们对电和磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生，为电磁学的发展作出了重大贡献。,课堂小结：,1、法拉第去世一年后的1868年，一个美国报童在波士顿的一个旧书摊上买到了几本残缺不全的法拉第著作电学实验研究 。 谁知道：这竟然成了这个人一生中收益最大的投资。他就是：爱迪生。正是爱迪生这样的发明家把法拉第所进行的电学成果转化成实用的电器。 2、爱因斯坦也极力追求反映自然界物质运动规律的简单、和谐与统一的理论体系。他在晚年着力建立引力场与电磁场统一的理论（统一场论） ，但是，未能成功。3、1967年，美国的温伯格和巴基斯坦的萨拉姆建立了弱相互作用与电磁场相互作用的规范理论，使物理学意义上的统一场论的研究获得了一个鼓舞人心的成果。,
