M.法拉第

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法拉第,M. 英国物理学家和化学家

  法拉第,M.汉语拼音:Faladi;英语:Faraday, Michael;1791-09-22~1867-08-25),英国物理学家、化学家。生于英格兰萨里郡纽因顿镇一个贫苦的铁匠家庭,5岁时随父母到伦敦。在一所普通的日校读书。13岁时法拉第在书店中当学徒,起初送报,后学装订,工余时间自学化学电学,并动手做实验,验证书上的内容。他在装订《不列颠百科全书》时,偶然看到了《电学》这个条目,更加激发了他对科学的热情。1812年2月至4月,在皇家研究所听了H.戴维的四次化学讲座,每次他都细心笔录,清理成稿,这年10月法拉第写信给戴维,表示献身科学事业的决心,并随信附上自己记录、装订的《H.戴维爵士讲演录》。1813年3月,经戴维介绍进皇家研究所任实验室助手。同年10月,随戴维去欧洲大陆作科学考察旅行。1815年5月回皇家研究所,在戴维指导下从事化学研究。1824年为英国皇家学会会员,1825年为伦敦皇家学院实验室主任,1830年当选为圣彼得堡科学院院士,1833~1862年为皇家研究所富勒化学讲座教授。

早期科学工作

  法拉第的第一篇科学论文发表于1816年。从1818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四氯乙烯。在1820年H.C.奥斯特发现电流能使其周围的磁针偏转以后,引起法拉第研究电和磁的关系的热情。法拉第研究了这方面的问题,并在1821年9月发现通电流的导线能绕磁铁旋转,这是他的第一个重要发现。1823年,他发现了氯气和其他气体的液化方法。1825年,发现苯,为芳香族化合物的研究和应用开辟了道路,并开始研究光学玻璃的制造技术。

电磁感应的发现和场的概念的诞生

  从1831年起,法拉第的科学工作进入一个新阶段。早在1824年,他就论证过,既然电对磁有作用,那么磁也应当对电有反作用。经过多次实验,他终于在1831年8月获得成功。他在一个圆形软铁环两边绕上A、B两组线圈,在A组线圈同伏打电池接通或切断的瞬间,B组线圈中会感生出电流,法拉第把这叫作“伏打电感应”。10月又发现,磁铁和导线的闭合回路有相对运动时,回路中会产生感生电流,法拉第称之为“磁电感应”。接着几年间,他建立了电磁感应定律。1835年以实验确立了感生电流的方向。从而奠定了整个电磁学的发展基础,也预告了一个新的时代的到来。

  受电磁感应启示,法拉第直觉地揣测到磁铁周围是一个充满力线的场,感生电流的产生是由于导体切割力线。1845年,法拉第使用了“磁场”一词。1850年,他提出了关于空间的力的新观念:空间是一种能承载电磁力所应起的应变的介质,能量不仅限于发生力的物质粒子中,而且存在于这些粒子的周围空间中。这是牛顿以来又一次震动科学界的最独特的思想,也是导致后来J.C.麦克斯韦提出电磁场数学物理理论的最基本的概念。

法拉第电解定律和其他电学实验研究

  1832年他用实验证明:各种不同来源的电的统一性。1833~1834年,他发现了两条电解定律(后来称为法拉第第一和第二电解定律),这是电化学的开创性工作。第二定律还指明了电荷具有最小单位。法拉第电解定律是基本电荷存在的有力证据。法拉第还制订了许多电化学术语,如阴极、阳极、离子、电解质、电解、电极等概念,并测定了电解1摩尔物质所需要的电量,后来这被称为法拉第常数。从1834年起,法拉第对伏打电池、静电、电容和电介质的性质进行了大量实验研究。1837年发现电介质对电相互作用的影响(电介质极化),并引入了介电常数的概念。1843年,用冰桶实验证明电荷守恒原理,为了纪念他在静电学方面的工作,电容的实用单位称为法拉。

磁致旋光效应和抗磁性现象的发现

  1845年8月,法拉第研究电和磁对偏振光的影响,9月他用过去研制的重玻璃做实验,发现原来没有旋光性的重玻璃在强磁场的作用下产生旋光性,使偏振光的偏振面发生偏转。这是人类第一次认识到电磁现象和光现象之间的关系。磁致旋光效应后来称为法拉第效应

  1845年11月,法拉第发现大多数物质具有抗磁性,1849年又发现了顺磁性,并以这些物质的结晶长轴或分子结构的长轴是否与磁力线的方向平行来解释它们。

晚年研究工作

  法拉第工作过度劳累,1839~1845年间健康恶化乃至病倒。1855年以后,脑开始衰退。晚年他研究火焰和各种气体的磁性,研究晶体在磁场中所受的力。重视探讨自然界的各种力相互关联,特别是电力和重力的统一性,但没有成功。1862年他还在寻找磁场对光源发射光谱谱线的影响,也没有成功。1865年退休。1867年8月25日,这个一生放弃丰厚报酬、不愿官爵缠身,而以“平民”为乐的法拉第逝世于伦敦。

  法拉第是19世纪最伟大的实验物理学家,他的关于自然界的各种力彼此相关并具有同一来源,空间有场,力的作用以场为中心以有限速度传递等观点,是19世纪最具革命性的思想。法拉第的一些失败了的实验,在许多年后由别人做成功,如电光效应在30年后由J.克尔发现,磁场对光源发射光谱谱线的影响在34年后由P.塞曼证实;而引力场电磁场的统一至今仍是物理学中的重大问题。20世纪发展起来的广义相对论量子场论,更进一步发展了法拉第的场的理论。

  法拉第还是一位热心的科普工作者。《蜡烛的故事》一书家喻户晓,被译成各种文字而影响一代又一代年轻人。

  法拉第的主要著作有《电学实验研究》、《化学和物理学实验研究》、《日记》。