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第28章 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。

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