3.7?法拉第发觉电磁感应?1820年起，电磁热风靡亚洲，研究结果大量发表，众说纷纭，真假难辨。1821年德国哲学学报（Annalof）刊物编辑约法拉第写一篇关于电磁问题的述评，这件事造成法拉第开始了电磁学的研究。法拉第当时正在德国皇家研究所做物理研究工作。他原先是文具店学徒工，从小热爱科学，奋发自学。因为物理家戴维的帮助，进到皇家研究所的实验室当了戴维的助手，1821年受任为皇家研究所实验室处长。法拉第在整理电磁学文献时，为了判定各类学说的真假，亲自做了许多实验，其中包括奥斯特和安培的实验。在实验过程中他发觉了一个新现象：假如在载流导线附近只有吸铁石的一个极，吸铁石都会围绕导线旋转：反之，假如在磁体周围有载流导线，这导线也会绕磁体旋转，如图3－9。这就是电磁旋转现象。与此同时，法拉第对安培的“分子电压”理论提出不同见解。他设计了一个演出。取一支玻璃管，在里面缠以绝缘导线，弄成螺线管，水平地半浸于水底。之后在海面上悬浮一只长n极。根据安培的观点，载流螺线管对应于长条吸铁石，螺线管的一端相当于北极，另一端相当南极。n极假如是北极指着螺线管的南极，应当会吸向螺线管的南极并停于南极的一端。
法拉第强调，这与实验结果不符。他做的实验是n极的北极继续穿过螺线管，直到n极的北极接近螺线管的北极。法拉第论证说，假如n极是单极的，它还会沿磁力线无休止地运动下去，如同电磁旋转器那样。法拉第觉得，和载流螺线管对应的不是实心磁极，而应是圆筒形吸铁石。?安培则指责说，圆筒形吸铁石和螺线管并不一样。根据他的分子电压假定，圆筒形吸铁石中的电压是一小圈一小圈，而线圈中的电压是顺着大圈的（如图3－10）。为了证明圆筒形吸铁石中的电压是相互抵消的，他当街作了一个演出：把绝缘导线绕许多圈，弄成线圈，在线圈内部放一个用薄铜片弄成的圆环，取一磁棒放在圆环近旁，假如铜环里有宏观电压，磁棒都会驱使铜环偏转。否则，只可能有分子电压。安培的实验表明铜环里只有分子电压。这是1822年的事。假如安培悉心做下去，肯定会发觉，在线圈通断电的顿时，铜环里会出现宏观电压。遗憾的是安培一心只是想证明他的分子电压学说，竟错过了发觉电磁感应的机会。?据文献记载①，法拉第在晓得安培的答辩后，也重复了这个实验。可惜他所根据的资料把安培的圆环误画为圆盘，所以法拉第重复了多次没有得到结果。其实，法拉第发觉电磁感应并不是碰巧的机遇，而是他一贯追求科学真理的结果。
他和奥斯特一样，信奉自然力的统一，早就在找寻“磁生电”的征兆了。从1824年到1828年，法拉第多次进行电磁学实验。他仔细剖析电压的磁效应，觉得电压与磁的互相作用不仅电压对磁、磁对磁、电流对电压，还应有磁对电压的作用。他想，既然电荷可以感应周围的导体使之带电，吸铁石可以感应铁质物体使之磁化，为何电压不可以在周围导体中感应出电压来呢？于是他做了一系列实验，想找寻导体中的感应电压，其中有：线圈接电瓶通电，一根导线放在线圈近旁，导线两端接电压计构成回路。结果在电压计中未发觉感应电压。令导线穿载流线圈而过，再接于电压计，也未发觉感应电压。再将导线绕成线圈放在载流线圈内，尚未发觉感应电压……。虽然“磁转化为电”的征兆还未找到，法拉第的信念仍然没有动摇。他在实验日记里多次记录了不成功的尝试法拉第发现电磁感应，顽强的意志跃于纸上。1831年8月29日，法拉第总算取得突破性进展。此次他是用一个软铁圆环，环上绕两个相互绝缘的线圈A和B，如图3－11。法拉第在日记中写道①：?“使一个有10对极板，每烩面积为4平方英寸的电瓶充电。用一根铜导线将一个线圈，或更准确地说把B边的线圈的两个端点连接，让铝线通过一个距离，正好经过一根n极的上方（距铁圈3公尺远）。
之后把电瓶连接在A边线圈的两端；这时立刻观察到n极的效应，它振荡上去，最后又停在原来的位置上，一旦断掉A边与电瓶的连结，n极再度被扰动。”法拉第继续试验，注意到假如维持通电状态，n极毫无反应。法拉第这才猛省，原先这类感应现象有特殊性，是和顿时变化的过程联系在一起的。接着，法拉第又做了一个实验。他取来一根木棍，在木棍上绕以线圈，再和电压计相接。木棍两端各放一根磁棒，如图3－12。当磁棒张合之际法拉第发现电磁感应，电压计的n极也不断摆动。?一个月后，法拉第对各项试验作了总结，向法国皇家学会报告说：形成感应电压的情况可以分为五类：1.变化中的电压；2.变化中的磁场；3.运动的稳恒电压；4.运动中的吸铁石；5.运动中的导线。法拉第只是定性地用文字叙述了电磁感应现象。1833年楞茨（Lenz）进一步发觉楞茨定则，说明感应电压的方向。1845年才由纽曼（F.E.，1798—1895）以定理的方式提出电磁感应的定量规律，即感应电动势为：法拉第对电磁学的贡献除了是发觉了电磁感应，他还发觉了光磁效应（也别称拉第效应）、电解定理和物质的抗磁性。他在大量实验的基础上创建了力线思想和场的概念，为麦克斯韦电磁场理论奠定了基础。?①L.P.，Am.J.Phys.54（1986），p.306.①′，Bell，（1932）Vol.1，p.279